显式模型预测控制及在电机控制

转矩 定子磁链长度平方
0.83 0.82 0.81
0.8 0.79 0.78 0.77 0.76
0
200
400
600
800
1000
采样时刻
0.96 0.94 0.92
0.9 0.88
0
200
400
600
800
1000
采样时刻
输出变化曲线图
异步电机的显式模型预测直接转矩控制
2）当N=3时，取
转矩 定子磁链长度平方
60
80
100
采样时刻
控制量变化曲线图
无刷直流电机的显式模型预测控制
转矩
0.15 0.1
0.05 0
-0.05 -0.1 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
采样时刻
输出变化曲线图
无刷直流电机的显式模型预测控制
3）当N=2时，严格约束
状态变化曲线图
异步电机的显式模型预测直接转矩控制
控制量u a 控制量u c
控制量u b
1
1
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0
0
20
40
60
80
100
采样时刻
0
0
20
40
60
80
100
采样时刻
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
20
40
60
80
100
采样时刻
控制量变化曲线图
异步电机的显式模型预测直接转矩控制
控制量u bp
1
0.5
0
0
20
40
60
80
100
采样时刻
1
0.5
0
0
20
40
60
80
100
采样时刻
1
0.5
控制量u bn
控制量u an
1
0.5
0
0
20
40
60
80
100
采样时刻
1
0.5
0
0
20
40
60
80
100
采样时刻
1
0.5
控制量u cn
控制量u cp
0
0
20
40
60
80
100
采样时刻
0
0
20
40
异步电机的显式模型预测直接转矩控制 1、系统控制框图：
异步电机的显式模型预测直接转矩控制
2、系统数学模型：
• 状态方程
ds
qs
cos
k 1
eFm Fr 0
Ts
0
cos wrTs
ds
qs
cos
k
Vdc
2
Ts eFmTs d P
0
0
rs
xm D
0
0
-0.5
-0.5
-1
0
500 1000 1500 2000 2500 3000
采样时刻
-1
0
500 1000 1500 2000 2500 3000
采样时刻
6
5
4
3
2
1
0
0
500 1000 1500 2000 2500 3000
采样时刻
状态变化曲线图
无刷直流电机的显式模型预测控制
控制量u ap
无刷直流电机的显式模型预测控制 1、系统控制框图：
无刷直流电机的显式模型预测控制 2、系统数学模型：
• 状态方程
无刷直流电机的显式模型预测控制
• 输出方程
Ia 2Ib,
0
6
Ia Ib , 6
2
2Ia Ib ,
2
5
6
Te
Ia 2Ib,
5
6
7
6
Ia Ib ,
7
显式模型预测控制及在电机控制 中的应用
目录
• 显式模型预测控制理论 • 异步电机的显式模型预测直接转矩控制 • 无刷直流电机的显式模型预测控制 • 基于DSP的无刷直流电机显式模型预测控制 • 展望
目录
• 显式模型预测控制理论 • 异步电机的显式模型预测直接转矩控制 • 无刷直流电机的显式模型预测控制 • 基于DSP的无刷直流电机显式模型预测控制 • 展望
模型摄动
状态分区图
李雅普诺夫函数图
价值函数图
简单查找过程
ui fi x gi x Ri
显式模型预测控制理论
优点：
适用于采样频率高、实时性要求高的系统， 扩展了模型预测控制技术的适用范围。
——如电力电子、电机等系统
目录
• 显式模型预测控制理论 • 异步电机的显式模型预测直接转矩控制 • 无刷直流电机的显式模型预测控制 • 基于DSP的无刷直流电机显式模型预测控制 • 展望
状态分区图5638个
0.83 0.82 0.81 0.8 0.79 0.78 0.77 0.76
0
200
400
600
800 1000
采样时刻
0.96
0.94
0.92
0.9
0.88
0
200
400
600
800 1000
采样时刻
输出变化曲线图
异步电机的显式模型预测直接转矩控制
3）当N=2时，严格约束
状态分区图504个
6
9
6
2Ia Ib ,
9
6
11
6
Ia
2Ib ,
9
6
2
系统参数表
p
0.00122H
4
20rad/s
无刷直流电机的显式模型预测控制 3、仿真实验：
考虑约束 1）当N=2时
状态分区图650个
无刷直流电机的显式模型预测控制
给定初始状态
1
1
定子A相电流I a 位置
定子B相电流I b
0.5
0.5
显式模型预测控制理论
离
线性时不变约束二次最优控制问题的
线
多参数二次规划求解
计
（得到状态分区及对应分区上的线性控制律 ） 算
闭
环
预
测
控
状态分区
虚 线
制 系
查表
箭 头
统
为
转
控制量
在
化
线
为
计
等
当前时刻
价
控制信号
当前时刻 系统状态
算 过
的
PWA 模
被控对象标称模型 （线性定常多变量约束状态模型）
程
型
外部干扰
Ts 0
e
Fm
Fr
Ts
d
r
sin wrTs sin k
• 输出方程
异步电机的显式模型预测直接转矩控制 3、仿真实验：
系统参数表（标幺值）
0.0108 2.4593 2.3489 0.6265 1.5937
0.8
考虑约束
1）当N=2时，取
状态分区图568个
异步电机的显式模型预测直接转矩控制
d相定子磁链 角度
0.944 0.943 0.942 0.941 0.94
0.939 0.938
0.937
20
22
24
26
28
30
32
34
采样时刻
约束条件变化前后的输出变化曲线局部放大
目录
• 显式模型预测控制理论 • 异步电机的显式模型预测直接转矩控制 • 无刷直流电机的显式模型预测控制 • 基于DSP的无刷直流电机显式模型预测控制 • 展望
异步电机的显式模型预测直接转矩控制
定子磁链长度平方 定子磁链长度平方
图（a）未严格约束时输出变化曲线局部放大
0.954 0.952 0.95 0.948 0.946 0.944 0.942
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
采样时刻
图（b）严格约束时输出变化曲线局部放大
0.947
0.946 0.945
q相定子磁链
给定初始状态
0.96
0.245
0.95 0.94 0.93 0.92 0.91
0
200
400
600
800
1000
采样时刻
0.24 0.235
0.23 0.225
0
200
400
600
800
1000
采样时刻
0.8 0.75
0.7 0.65
0.6
0.55 0
200
400
6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0
800
1000
采样时刻