大功率变换器及工业传动模型预测控制PDF电子书下载

第1篇 引言 1

第1章 概述 3

1.1工业电力电子 3

1.1.1中压变速传动 3

1.1.2市场趋势 4

1.1.3技术趋势 5

1.2控制和调制策略 5

1.2.1要求 5

1.2.2最新策略 6

1.2.3挑战 7

1.3模型预测控制 8

1.3.1控制问题 9

1.3.2控制原理 9

1.3.3优点及挑战 12

1.4研究前景和动机 13

1.5主要成果 14

1.6本书概要 15

1.7预备知识 17

参考文献 18

第2章 工业电力电子 21

2.1预备知识 21

2.1.1三相系统 21

2.1.2标幺值系统 23

2.1.3静止坐标系 24

2.1.4旋转坐标系 26

2.1.5空间矢量 29

2.2感应电机 30

2.2.1电机模型的空间矢量表示 30

2.2.2电机模型的矩阵表示 32

2.2.3电机模型的标幺值表示 33

2.2.4电机模型的状态空间表示 34

2.2.5电机谐波模型 36

2.3功率半导体器件 37

2.3.1集成门极换流晶闸管 37

2.3.2功率二极管 38

2.4多电平电压源型逆变器 38

2.4.1中点钳位逆变器 39

2.4.2五电平有源中点钳位逆变器 44

2.5案例分析 49

2.5.1中点钳位逆变器驱动系统 49

2.5.2有缓冲约束的中点钳位逆变器驱动系统 51

2.5.3五电平有源中点钳位逆变器驱动系统 51

2.5.4并网中点钳位变换器系统 52

参考文献 54

第3章 经典控制与调制策略 56

3.1控制与调制策略的要求 56

3.1.1与电机相关的要求 56

3.1.2与电网相关的要求 57

3.1.3与变换器相关的要求 59

3.1.4总结 60

3.2控制与调制策略框图 60

3.3基于载波的脉冲宽度调制 61

3.3.1单相脉宽调制 62

3.3.2三相载波脉宽调制 67

3.3.3总结与特性 72

3.4优化脉冲调制 74

3.4.1脉冲模式与谐波分析 75

3.4.2三电平变换器的优化问题 77

3.4.3五电平变换器的优化问题 81

3.4.4总结与特性 84

3.5脉宽调制的性能权衡 85

3.5.1电流总谐波畸变与开关损耗 85

3.5.2转矩总谐波畸变与开关损耗 86

3.6感应电机驱动控制方法 88

3.6.1标量控制 88

3.6.2磁场定向控制 89

3.6.3直接转矩控制 93

附录3.A单相OPP的谐波分析 99

附录3.B数学优化 101

3.B.1一般优化问题 101

3.B.2混合整数优化问题 102

3.B.3凸优化问题 103

参考文献 104

第2篇 基于参考值跟踪的直接模型预测控制 109

第4章 短步长预测控制 111

4.1单相阻感负载电路的预测电流控制 111

4.1.1控制问题 112

4.1.2电流轨迹预测 112

4.1.3优化问题 113

4.1.4控制算法 113

4.1.5性能评估 114

4.1.6多步长预测 116

4.1.7总结 118

4.2三相感应电机的预测电流控制 118

4.2.1案例研究 118

4.2.2控制问题 119

4.2.3控制器模型 120

4.2.4优化问题 121

4.2.5控制算法 121

4.2.6性能评估 123

4.2.7关于范数的选择 126

4.2.8延迟补偿 128

4.3三相异步电机的预测转矩控制 132

4.3.1案例研究 133

4.3.2控制问题 133

4.3.3控制器模型 134

4.3.4优化问题 134

4.3.5控制算法 135

4.3.6代价函数分析 135

4.3.7转矩与电流控制器的代价函数比较 136

4.3.8性能评估 138

4.4总结 140

参考文献 140

第5章 多步长预测控制 142

5.1预备知识 142

5.1.1案例研究 142

5.1.2控制器模型 143

5.1.3代价函数 144

5.1.4优化问题 144

5.1.5基于穷举搜索的控制算法 145

5.2整数二次规划描述 146

5.2.1优化问题的向量描述 146

5.2.2无约束最小化求解 146

5.2.3整数二次规划 147

5.2.4预测步长为1的直接模型预测控制 148

5.3一种求解优化问题的有效方法 149

5.3.1准备知识和关键特性 149

5.3.2改进的球形解码算法 149

5.3.3一个预测范围为1的例子 150

5.3.4一个预测范围为2的例子 152

5.4计算负担 153

5.4.1离线计算 154

5.4.2在线预处理 154

5.4.3球形解码 154

附录5.A状态空间模型 155

附录5.B向量形式的代价函数推导 155

参考文献 157

第6章 多步长预测控制性能评估 158

6.1中点钳位逆变器驱动系统性能评估 158

6.1.1性能评估框架 158

6.1.2开关频率为250Hz时的性能对比 160

6.1.3闭环成本 163

6.1.4相对电流总谐波畸变率 164

6.1.5暂态运行 168

6.2基于直接求整的次优化模型预测控制 169

6.3带LC滤波器的中点钳位逆变器驱动系统性能评估 171

6.3.1案例研究 171

6.3.2控制器模型 173

6.3.3优化问题 173

6.3.4稳态运行 174

6.3.5暂态运行 177

6.4总结与讨论 178

6.4.1稳态性能 178

6.4.2暂态性能 179

6.4.3代价函数 179

6.4.4控制目标 179

6.4.5计算复杂度 180

附录6.A状态空间模型 180

附录6.B输出参考向量计算 180

6.B.1第一步：定子频率 180

6.B.2第二步：逆变器电压 181

6.B.3第三步：输出参考向量 182

参考文献 182

第3篇 有边界的直接模型预测控制 183

第7章 模型预测直接转矩控制 185

7.1引言 185

7.2预备知识 186

7.2.1案例分析 186

7.2.2控制问题 188

7.2.3控制器模型 188

7.2.4开关动作 190

7.3控制问题的描述 190

7.3.1简单优化问题 191

7.3.2约束条件 191

7.3.3代价函数 192

7.4模型预测直接转矩控制 193

7.4.1定义 193

7.4.2优化问题的简化 194

7.4.3开关时域的概念 194

7.4.4搜索树 198

7.4.5基于穷举的MPDTC算法 200

7.5扩展方法 201

7.5.1对状态轨迹和输出轨迹进行分析 201

7.5.2线性拟合方法 202

7.5.3二次拟合方法 203

7.5.4二次插值拟合法 205

7.6总结和讨论 206

附录7.A NPC型逆变器驱动系统的控制器模型 208

参考文献 209

第8章 模型预测直接转矩控制的性能评估 210

8.1中点钳位逆变器驱动系统的性能评估 210

8.1.1仿真设置 210

8.1.2稳态运行 211

8.1.3暂态运行 216

8.2 ANPC逆变器驱动系统的性能评估 218

8.2.1控制器模型 219

8.2.2改进的MPDTC算法 220

8.2.3仿真设置 221

8.2.4稳态运行 221

8.2.5暂态运行 227

8.3总结和讨论 228

附录8.A ANPC型逆变器驱动系统的控制器模型 229

参考文献 230

第9章 模型预测直接转矩控制的分析与可行性 232

9.1目标集 232

9.2状态反馈控制律 233

9.2.1预备知识 234

9.2.2给定转子磁链矢量的控制律 235

9.2.3目标集边缘的控制律 241

9.3死锁现象分析 242

9.3.1死锁的根本原因分析 242

9.3.2死锁的位置 244

9.4死锁的解决方法 246

9.5死锁的避免 247

9.5.1死锁避免策略 247

9.5.2性能评估 249

9.6总结和讨论 252

9.6.1状态反馈控制律的推导与分析 252

9.6.2死锁的分析、解决与避免 253

参考文献 253

第10章 高效模型预测直接转矩控制 255

10.1预备知识 255

10.2基于分支定界法的MPDTC 256

10.2.1概念和原理 256

10.2.2分支定界法的特性 257

10.2.3限制最大计算数 259

10.2.4高效MPDTC算法 259

10.3性能评估 260

10.3.1案例研究 260

10.3.2稳态运行时的性能标准 261

10.3.3稳态运行时的计算指标 263

10.4总结和讨论 267

参考文献 268

第11章 模型预测直接转矩控制的推演 269

11.1模型预测直接电流控制 269

11.1.1案例研究 270

11.1.2控制问题 271

11.1.3定子电流边界的描述 271

11.1.4控制器模型 274

11.1.5控制问题的描述 275

11.1.6 MPDCC算法 276

11.1.7性能评估 277

11.1.8整定 282

11.2模型预测直接功率控制 283

11.2.1案例研究 284

11.2.2控制问题 285

11.2.3控制器模型 286

11.2.4控制问题的描述 286

11.2.5性能评估 287

11.3总结和讨论 292

11.3.1模型预测直接电流控制 292

11.3.2模型预测直接功率控制 293

11.3.3目标集 293

附录11.A MPDCC中使用的控制器模型 295

附录11.B有功和无功功率 296

附录11.C MPDPC中使用的控制器模型 297

参考文献 298

第4篇 基于脉冲宽度调制的模型预测控制 301

第12章 模型预测脉冲模式控制 303

12.1最新控制方法 303

12.2优化脉冲模式 304

12.2.1概要、性能及计算 304

12.2.2磁链幅值与调制度的关系 305

12.2.3时间与角度的关系 306

12.2.4定子磁链参考轨迹 306

12.2.5查表法 308

12.3定子磁链控制 308

12.3.1控制目标 308

12.3.2控制原理 308

12.3.3控制问题 309

12.3.4控制方法 309

12.4 MP3C算法 310

12.4.1观测器 311

12.4.2速度控制器 312

12.4.3转矩控制器 312

12.4.4磁链控制器 312

12.4.5脉冲模式加载器 312

12.4.6参考磁链 313

12.4.7脉冲模式控制器 313

12.5 MP3C求解方法 315

12.5.1基于二次规划的MP3C 316

12.5.2基于无差拍控制的MP3 C 318

12.6脉冲插入 319

12.6.1定义 320

12.6.2算法 320

附录12.A二次规划 322

附录12.B无约束求解 323

附录12.C无差拍MP3C的转换 324

参考文献 324

第13章 模型预测脉冲模式控制性能评估 325

13.1 NPC逆变器驱动系统性能评估 325

13.1.1仿真设置 325

13.1.2稳态运行 326

13.1.3瞬态运行 331

13.2 ANPC逆变器驱动系统实验结果 335

13.2.1实验设置 335

13.2.2分层控制结构 337

13.2.3稳态运行 338

13.3总结和讨论 340

13.3.1与现有先进控制方法的区别 340

13.3.2讨论 342

参考文献 343

第14章 模块化多电平变换器的模型预测控制 344

14.1引言 344

14.2预备知识 345

14.2.1拓扑 345

14.2.2变换器非线性模型 346

14.3模型预测控制 348

14.3.1控制问题 348

14.3.2控制器结构 348

14.3.3线性预测模型 349

14.3.4代价函数 349

14.3.5硬约束与软约束 350

14.3.6优化问题 351

14.3.7多电平载波脉宽调制 351

14.3.8平衡控制 352

14.4性能评估 352

14.4.1系统和控制参数 352

14.4.2稳态运行 354

14.4.3瞬态运行 355

14.5参数设计 361

14.5.1开环预测偏差 362

14.5.2闭环性能 362

14.6总结和讨论 363

附录14.A动态电流方程 364

附录14.B变换器系统的控制器模型 365

参考文献 366

第5篇 总结 369

第15章 结论和总结 371

15.1直接模型预测方法的性能比较 371

15.1.1案例研究 371

15.1.2性能权衡曲线 372

15.1.3总结与讨论 376

15.2控制和调制方法的评估 379

15.2.1基于SVM的FOC和VOC 379

15.2.2 DTC和DPC 380

15.2.3基于参考值跟踪的直接MPC 380

15.2.4带边界的直接MPC 381

15.2.5基于OPP的MP3 C 381

15.2.6间接MPC 382

15.3结论 383

15.4展望 383

参考文献 384