功率变换器和电气传动的预测控制

书籍目录

译者序

原书序

原书前言

原书致谢

第一部分绪论

第1章绪论1

1.1功率变换器和传动装置的应用1

1.2功率变换器的类型3

1.2.1通用传动系统3

1.2.2功率变换器的分类3

1.3功率变换器和传动装置的控制6

1.3.1早期的功率变换器控制6

1.3.2目前的功率变换器控制8

1.3.3控制要求和面临的挑战9

1.3.4数字控制平台10

1.4预测控制技术特别适用于电力电子领域的原因11

1.5本书内容11

参考文献13

第2章功率变换器和传动装置的传统控制方法14

2.1传统电流控制方法14

2.1.1滞环电流控制14

2.1.2基于脉宽调制或空间矢量调制的线性控制17

2.2传统电气传动装置控制方法21

2.2.1磁场定向控制22

2.2.2直接转矩控制23

2.3总结26

参考文献27

第3章模型预测控制28

3.1功率变换器和传动装置的预测控制方法28

3.2模型预测控制的基本原理29

3.3电力电子和传动装置的模型预测控制31

3.3.1控制器设计31

3.3.2实现34

3.3.3通用控制方案34

3.4总结35

参考文献35

第二部分应用于功率变换器的模型预测控制

第4章三相逆变器的预测控制37

4.1引言37

4.2预测电流控制37

4.3代价函数38

4.4变换器模型38

4.5负载模型42

4.6预测的离散时间模型42

4.7工作原理43

4.8预测控制策略实施45

4.9与传统控制策略进行比较53

4.10总结56

参考文献56

第5章三相三电平中性点钳位逆变器的预测控制57

5.1引言57

5.2系统建模57

5.3应用脉宽调制的线性电流控制方法61

5.4预测电流控制方法62

5.5实现64

5.5.1开关频率降低64

5.5.2电容电压平衡68

5.6总结70

参考文献71

第6章有源前端整流器的控制72

6.1引言72

6.2整流器模型74

6.2.1空间矢量模型74

6.2.2离散时间模型76

6.3在有源前端整流器中的预测电流控制77

6.3.1代价函数77

6.4预测功率控制80

6.4.1代价函数和控制方案80

6.5AC-DC-AC变换器的预测控制84

6.5.1逆变器侧控制84

6.5.2整流器侧控制85

6.5.3控制方案85

6.6总结88

参考文献88

第7章矩阵变换器的控制90

7.1引言90

7.2系统的模型90

7.2.1矩阵变换器模型90

7.2.2矩阵变换器工作原理92

7.2.3开关的转换93

7.3经典控制：Venturini方法93

7.4矩阵变换器的预测电流控制96

7.4.1为预测控制产生的矩阵变换器模型96

7.4.2输出电流控制98

7.4.3在输入无功功率最小条件下的输出电流控制99

7.4.4输入无功功率控制103

7.5结论104

参考文献104

第三部分应用于电机传动的模型预测分析

第8章感应电机预测控制105

8.1引言105

8.2感应电机动态模型106

8.3利用预测电流控制对由矩阵变换器供电的感应电机进行磁场定向控制108

8.3.1控制方案108

8.4对由电压源逆变器供电的感应电机进行预测转矩控制111

8.5对由矩阵变换器供电的感应电机进行预测转矩控制115

8.5.1转矩与磁链控制115

8.5.2采用输入最小化无功功率的转矩与磁链控制117

8.6总结118

参考文献119

第9章永磁同步电机预测控制121

9.1引言121

9.2电机方程121

9.3采用预测电流控制的磁场定向控制123

9.3.1离散时间模型123

9.3.2控制方案123

9.4预测速度控制126

9.4.1离散时间模型127

9.4.2控制方案127

9.4.3转子速度估算128

9.5总结130

参考文献130

第四部分模型预测控制的设计与实现

第10章代价函数的选择131

10.1引言131

10.2参考跟踪131

10.2.1示例131

10.3驱动约束条件132

10.3.1开关频率最小化134

10.3.2开关损耗最小化135

10.4约束条件138

10.5频谱含量140

10.6总结143

参考文献144

第11章权重系数设计145

11.1引言145

11.2代价函数分类145

11.2.1未包含权重系数的代价函数146

11.2.2包含次要项的代价函数146

11.2.3包含同等重要项的代价函数147

11.3权重系数调整147

11.3.1包含次要项的代价函数147

11.3.2包含同等重要项的代价函数148

11.4示例149

11.4.1降低开关频率149

11.4.2降低共模电压150

11.4.3输入无功功率降低150

11.4.4转矩与磁链控制151

11.4.5电容电压平衡155

11.5总结156

参考文献157

第12章延时补偿158

12.1引言158

12.2计算时间导致的延时影响158

12.3延时补偿方法160

12.4未来参考值预测164

12.4.1采用外推法的未来参考值计算164

12.4.2采用矢量角补偿法的未来参考值计算166

12.5总结168

参考文献168

第13章模型参数误差影响169

13.1引言169

13.2三相逆变器169

13.3采用脉宽调制的比例积分控制器170

13.3.1控制方案170

13.3.2模型参数误差影响170

13.4采用脉宽调制的无差拍控制171

13.4.1控制方案171

13.4.2模型参数误差影响172

13.5模型预测控制173

13.5.1负载参数变化影响173

13.6比较结果174

13.7总结179

参考文献179

附录180

附录A预测控制仿真——三相逆变器180

A.1三相逆变器的预测电流控制180

A.1.1仿真参数的定义183

A.1.2预测电流控制的MATLAB代码184

附录B预测控制仿真——由两电平逆变器驱动的感应电机的转矩控制186

B.1预测转矩控制仿真参数的定义189

B.2预测转矩控制仿真的MATLAB代码190

附录C预测控制仿真——矩阵变换器192

C.1直接矩阵变换器的预测电流控制192

C.1.1仿真参数的定义194

C.1.2具有瞬时无功功率最小化的预测电流控制的MATLAB代码196

作者简介

在半导体变流技术、电气传动与电机拖动领域应用预测控制理论等智能控制理论与方法,是对该领域中传统控制技术手段与方法的巨大变革，代表了这一领域今后控制理论与技术应用的一个发展方向。本书详细介绍了预测控制理论在电力电子与电气传动领域的最新理论发展与技术应用情况，既全面详细地介绍了此领域基本的理论，同时也包含了较多使用MATLAB编写的应用示例（可参见本书配套网站:www.wiley.com/go/rodriguez_control）。本书适合许多类型的读者，特别是工作在电气工程领域并对预测控制理论有一定了解的读者群，包括从事电力电子与电气传动的研究人员、工程技术人员、研究生和高年级本科生。

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