大功率變換器及工業(yè)傳動模型預測控制

譯者序
原書前言
縮略語中英文對照表
書中變量及符號等釋義
第1篇 引言1
第1章 概述3
1.1 工業(yè)電力電子3
1.1.1 中壓變速傳動3
1.1.2 市場趨勢4
1.1.3 技術趨勢5
1.2 控制和調(diào)制策略5
1.2.1 要求5
1.2.2 最新策略6
1.2.3 挑戰(zhàn)7
1.3 模型預測控制8
1.3.1 控制問題9
1.3.2 控制原理9
1.3.3 優(yōu)點及挑戰(zhàn)12
1.4 研究前景和動機13
1.5 主要成果14
1.6 本書概要15
1.7 預備知識17
參考文獻18
第2章 工業(yè)電力電子21
2.1 預備知識21
2.1.1 三相系統(tǒng)21
2.1.2 標幺值系統(tǒng)23
2.1.3 靜止坐標系24
2.1.4 旋轉(zhuǎn)坐標系26
2.1.5 空間矢量29
2.2 感應電機30
2.2.1 電機模型的空間矢量表示30
2.2.2 電機模型的矩陣表示32
2.2.3 電機模型的標幺值表示33
2.2.4 電機模型的狀態(tài)空間表示34
2.2.5 電機諧波模型36
2.3 功率半導體器件37
2.3.1 集成門極換流晶閘管37
2.3.2 功率二極管38
2.4 多電平電壓源型逆變器38
2.4.1 中點鉗位逆變器39
2.4.2 五電平有源中點鉗位逆變器44
2.5 案例分析49
2.5.1 中點鉗位逆變器驅(qū)動系統(tǒng)49
2.5.2 有緩沖約束的中點鉗位逆變器驅(qū)動系統(tǒng)51
2.5.3 五電平有源中點鉗位逆變器驅(qū)動系統(tǒng)51
2.5.4 并網(wǎng)中點鉗位變換器系統(tǒng)52
參考文獻54
第3章 經(jīng)典控制與調(diào)制策略56
3.1 控制與調(diào)制策略的要求56
3.1.1 與電機相關的要求56
3.1.2 與電網(wǎng)相關的要求57
3.1.3 與變換器相關的要求59
3.1.4 總結60
3.2 控制與調(diào)制策略框圖60
3.3 基于載波的脈沖寬度調(diào)制61
3.3.1 單相脈寬調(diào)制62
3.3.2 三相載波脈寬調(diào)制67
3.3.3 總結與特性72
3.4 優(yōu)化脈沖調(diào)制74
3.4.1 脈沖模式與諧波分析75
3.4.2 三電平變換器的優(yōu)化問題77
3.4.3 五電平變換器的優(yōu)化問題81
3.4.4 總結與特性84
3.5 脈寬調(diào)制的性能權衡85
3.5.1 電流總諧波畸變與開關損耗85
3.5.2 轉(zhuǎn)矩總諧波畸變與開關損耗86
3.6 感應電機驅(qū)動控制方法88
3.6.1 標量控制88
3.6.2 磁場定向控制89
3.6.3 直接轉(zhuǎn)矩控制93
附錄3.A 單相OPP的諧波分析99
附錄3.B 數(shù)學優(yōu)化101
3.B.1 一般優(yōu)化問題101
3.B.2 混合整數(shù)優(yōu)化問題102
3.B.3 凸優(yōu)化問題103
參考文獻104
第2篇 基于參考值跟蹤的直接模型預測控制109
第4章 短步長預測控制111
4.1 單相阻感負載電路的預測電流控制111
4.1.1 控制問題112
4.1.2 電流軌跡預測112
4.1.3 優(yōu)化問題113
4.1.4 控制算法113
4.1.5 性能評估114
4.1.6 多步長預測116
4.1.7 總結118
4.2 三相感應電機的預測電流控制118
4.2.1 案例研究118
4.2.2 控制問題119
4.2.3 控制器模型120
4.2.4 優(yōu)化問題121
4.2.5 控制算法121
4.2.6 性能評估123
4.2.7 關于范數(shù)的選擇126
4.2.8 延遲補償128
4.3 三相異步電機的預測轉(zhuǎn)矩控制132
4.3.1 案例研究133
4.3.2 控制問題133
4.3.3 控制器模型134
4.3.4 優(yōu)化問題134
4.3.5 控制算法135
4.3.6 代價函數(shù)分析135
4.3.7 轉(zhuǎn)矩與電流控制器的代價函數(shù)比較136
4.3.8 性能評估138
4.4 總結140
參考文獻140
第5章 多步長預測控制142
5.1 預備知識142
5.1.1 案例研究142
5.1.2 控制器模型143
5.1.3 代價函數(shù)144
5.1.4 優(yōu)化問題144
5.1.5 基于窮舉搜索的控制算法145
5.2 整數(shù)二次規(guī)劃描述146
5.2.1 優(yōu)化問題的向量描述146
5.2.2 無約束最小化求解146
5.2.3 整數(shù)二次規(guī)劃147
5.2.4 預測步長為1的直接模型預測控制148
5.3 一種求解優(yōu)化問題的有效方法149
5.3.1 準備知識和關鍵特性149
5.3.2 改進的球形解碼算法149
5.3.3 一個預測范圍為1的例子150
5.3.4 一個預測范圍為2的例子152
5.4 計算負擔153
5.4.1 離線計算154
5.4.2 在線預處理154
5.4.3 球形解碼154
附錄5.A 狀態(tài)空間模型155
附錄5.B 向量形式的代價函數(shù)推導155
參考文獻157
第6章 多步長預測控制性能評估158
6.1 中點鉗位逆變器驅(qū)動系統(tǒng)性能評估158
6.1.1 性能評估框架158
6.1.2 開關頻率為250Hz時的性能對比160
6.1.3 閉環(huán)成本163
6.1.4 相對電流總諧波畸變率164
6.1.5 暫態(tài)運行168
6.2 基于直接求整的次優(yōu)化模型預測控制169
6.3 帶LC濾波器的中點鉗位逆變器驅(qū)動系統(tǒng)性能評估171
6.3.1 案例研究171
6.3.2 控制器模型173
6.3.3 優(yōu)化問題173
6.3.4 穩(wěn)態(tài)運行174
6.3.5 暫態(tài)運行177
6.4 總結與討論178
6.4.1 穩(wěn)態(tài)性能178
6.4.2 暫態(tài)性能179
6.4.3 代價函數(shù)179
6.4.4 控制目標179
6.4.5 計算復雜度180
附錄6.A 狀態(tài)空間模型180
附錄6.B 輸出參考向量計算180
6.B.1 第一步:定子頻率180
6.B.2 第二步:逆變器電壓181
6.B.3 第三步:輸出參考向量182
參考文獻182
第3篇 有邊界的直接模型預測控制183
第7章 模型預測直接轉(zhuǎn)矩控制185
7.1 引言185
7.2 預備知識186
7.2.1 案例分析186
7.2.2 控制問題188
7.2.3 控制器模型188
7.2.4 開關動作190
7.3 控制問題的描述190
7.3.1 簡單優(yōu)化問題191
7.3.2 約束條件191
7.3.3 代價函數(shù)192
7.4 模型預測直接轉(zhuǎn)矩控制193
7.4.1 定義193
7.4.2 優(yōu)化問題的簡化194
7.4.3 開關時域的概念194
7.4.4 搜索樹198
7.4.5 基于窮舉的MPDTC算法200
7.5 擴展方法201
7.5.1 對狀態(tài)軌跡和輸出軌跡進行分析201
7.5.2 線性擬合方法202
7.5.3 二次擬合方法203
7.5.4 二次插值擬合法205
7.6 總結和討論206
附錄7.A NPC型逆變器驅(qū)動系統(tǒng)的控制器模型208
參考文獻209
第8章 模型預測直接轉(zhuǎn)矩控制的性能評估210
8.1 中點鉗位逆變器驅(qū)動系統(tǒng)的性能評估210
8.1.1 仿真設置210
8.1.2 穩(wěn)態(tài)運行211
8.1.3 暫態(tài)運行216
8.2 ANPC逆變器驅(qū)動系統(tǒng)的性能評估218
8.2.1 控制器模型219
8.2.2 改進的MPDTC算法220
8.2.3 仿真設置221
8.2.4 穩(wěn)態(tài)運行221
8.2.5 暫態(tài)運行227
8.3 總結和討論228
附錄8.A ANPC型逆變器驅(qū)動系統(tǒng)的控制器模型229
參考文獻230
第9章 模型預測直接轉(zhuǎn)矩控制的分析與可行性232
9.1 目標集232
9.2 狀態(tài)反饋控制律233
9.2.1 預備知識234
9.2.2 給定轉(zhuǎn)子磁鏈矢量的控制律235
9.2.3 目標集邊緣的控制律241
9.3 死鎖現(xiàn)象分析242
9.3.1 死鎖的根本原因分析242
9.3.2 死鎖的位置244
9.4 死鎖的解決方法246
9.5 死鎖的避免247
9.5.1 死鎖避免策略247
9.5.2 性能評估249
9.6 總結和討論252
9.6.1 狀態(tài)反饋控制律的推導與分析252
9.6.2 死鎖的分析?解決與避免253
參考文獻253
第10章 高效模型預測直接轉(zhuǎn)矩控制255
10.1 預備知識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 限制最大計算數(shù)259
10.2.4 高效MPDTC算法259
10.3 性能評估260
10.3.1 案例研究260
10.3.2 穩(wěn)態(tài)運行時的性能標準261
10.3.3 穩(wěn)態(tài)運行時的計算指標263
10.4 總結和討論267
參考文獻268
第11章 模型預測直接轉(zhuǎn)矩
控制的推演269
11.1 模型預測直接電流控制269
11.1.1 案例研究270
11.1.2 控制問題271
11.1.3 定子電流邊界的描述271
11.1.4 控制器模型274
11.1.5 控制問題的描述275
11.1.6 MPDCC算法276
11.1.7 性能評估277
11.1.8 整定282
11.2 模型預測直接功率控制283
11.2.1 案例研究284
11.2.2 控制問題285
11.2.3 控制器模型286
11.2.4 控制問題的描述286
11.2.5 性能評估287
11.3 總結和討論292
11.3.1 模型預測直接電流控制292
11.3.2 模型預測直接功率控制293
11.3.3 目標集293
附錄11.A MPDCC中使用的控制器模型295
附錄11.B 有功和無功功率296
附錄11.C MPDPC中使用的控制器模型297
參考文獻298
第4篇 基于脈沖寬度調(diào)制的模型預測控制301
第12章 模型預測脈沖模式控制303
12.1 最新控制方法303
12.2 優(yōu)化脈沖模式304
12.2.1 概要?性能及計算304
12.2.2 磁鏈幅值與調(diào)制度的關系305
12.2.3 時間與角度的關系306
12.2.4 定子磁鏈參考軌跡306
12.2.5 查表法308
12.3 定子磁鏈控制308
12.3.1 控制目標308
12.3.2 控制原理308
12.3.3 控制問題309
12.3.4 控制方法309
12.4 MP3C算法310
12.4.1 觀測器311
12.4.2 速度控制器312
12.4.3 轉(zhuǎn)矩控制器312
12.4.4 磁鏈控制器312
12.4.5 脈沖模式加載器312
12.4.6 參考磁鏈313
12.4.7 脈沖模式控制器313
12.5 MP3C求解方法315
12.5.1 基于二次規(guī)劃的MP3C 316
12.5.2 基于無差拍控制的MP3C 318
12.6 脈沖插入319
12.6.1 定義320
12.6.2 算法320
附錄12.A 二次規(guī)劃322
附錄12.B 無約束求解323
附錄12.C 無差拍MP3C的轉(zhuǎn)換324
參考文獻324
第13章 模型預測脈沖模式控制性能評估325
13.1 NPC逆變器驅(qū)動系統(tǒng)性能評估325
13.1.1 仿真設置325
13.1.2 穩(wěn)態(tài)運行326
13.1.3 瞬態(tài)運行331
13.2 ANPC逆變器驅(qū)動系統(tǒng)實驗結果335
13.2.1 實驗設置335
13.2.2 分層控制結構337
13.2.3 穩(wěn)態(tài)運行338
13.3 總結和討論340
13.3.1 與現(xiàn)有先進控制方法的區(qū)別340
13.3.2 討論342
參考文獻343
第14章 模塊化多電平變換器的模型預測控制344
14.1 引言344
14.2 預備知識345
14.2.1