第12期 张勇军等：带有负载观测的异步电动机广义预测控制 ·1463· 直接转矩预测控制.清华大学学报：自然科学版，2008,48 4结论 (1):1) (1)从传动系统运动方程出发建立的受控自回 [6]Song C H,Hu D,Ke J.Research on fuzzy prediction control technique for induction motor.J Syst Simul,2008,20(6):1639 归积分滑动平均模型作为广义预测控制器的参数估 (宋春华，胡丹，柯坚.感应电机模糊预测控制策路的研究 计模型.由于模型中积分作用的存在，负载扰动引 系统仿真学报，2008,20(6)：1639) 起的偏差可以确保收敛到零. ] Abad G,Rodriguez M A,Poza J.Two-evel VSC based predictive (2)通过对所设计的负载转矩观测器进行仿真 direct torque control of doubly fed induction machine with reduced 研究，发现观测器中增益矩阵的选取对观测效果影 torque and flux ripples at low constant switching frequeney.IEEE Trans Power Electron,2008,23(3):1050 响较大，特别是对阶跃转矩的观测，需要通过离线仿 [8]Miranda H,Cortes P,Yuz J I,et al.Predictive torque control of 真研究确定该增益矩阵的合理取值范围. induction machines based on state space models.IEEE Trans Ind (3)广义预测控制算法中控制时域和加权系数 Electron,2009,56(6):1916 对速度控制的跟踪能力和稳定性有直接关系，加权 Geyer T.Papafotiou G,Morari M.Model predictive direct torque 系数决定了控制作用的幅度，控制时域代表了可以 control:Part I.Concept,algorithm and analysis.IEEE Trans Ind Electron,2009,56(6):1894 影响预测电磁转矩的控制增量步数，需同时兼顾系 [10]Papafotiou G,Kley J.Papdopoulos KG,et al.Model predictive 统的控制性能与实时性要求. direct torque control:Part II.Implementation and experimental (4)采用广义预测控制算法对直接转矩控制系 evaluation.IEEE Trans Ind Electron,2009,56(6):1906 统中的电磁转矩动态设定进行求解，通过选择合理 11] Chen W H.Predictive control of general nonlinear systems using 控制参数，可以改善比例积分控制中对负载突变等 approximation.IEEE Proc Control Theory Appl,2004,151(2): 137 引起的扰动调节不灵敏的特点，增强调速系统的跟 [12]Zhang J,Xie R H,Ji B Y.Robust model predictive control for 随性和抗干扰能力. time-delay systems with input constraints.Electr Mach Control, 2004,8(4):362 参考文献 (张军，谢荣华，计秉玉.输入受限时滞系统的鲁棒模型预 测控制.电机与控制学报，2004,8(4)：362) Ortega R,Barabanov N,Valderrama G E.Direct torque control of [13]Chen W H,Balance D J,Gawthrop PJ,et al.A nonlinear dis- induction motors:stability analysis and performance improvement turbance observer for robotics manipulators.IEEE Trans Ind IEEE Trans Autom Control,2001,46(8):1209 Electron,2000,47(4):932 2]Zhang A L,Zhang Y.Direct torque control for brushless doubly- [14]Clarke D W,Mohtadi C,Tuffs P S.Generalized predictive con- fed machine based on torque predict control strategy.Electr Mach trol:Part I.The basic algorithm.Automatica,1987,23 (2): Control,2007,11(4):326 137 (张爱玲，张洋.基于转矩预测控制的无刷双馈电机直接转矩 [15]Clarke D W,Mohtadi C,Tuffs P S.Generalized predictive con- 控制系统.电机与控制学报，2007,11(4)：327) trol:Part Il.Extensions and interpretations.Automatica,1987, B3]Chen W H.Balance DJ,Gawthrop P J.Optimal control of non- 23(2):149 linear systems:a predictive control approach.Automatica,2003. [16]Yanou A,Masuda S,Inoue A.Two degree-of-freedom of gener- 39(4):633 alized predictive control for m-input mutput systems based on 4]Chen Z W,Wang H R.Nonlinear fuzzy adaptive direct generalized state space approach /Annual Conference of the Society of Instru- predictive control.Electr Mach Control,2007,11(1):55 ment and Control Engineers (SICE).Sapporo,2004,3:2680 (陈志旺，王洪瑞。非线性模糊自适应直接广义预测控制.电 07] Hu H,Li Y D.A predictive direet torque conto strategies of in 机与控制学报，2007,11(1)：55) duction motor based on area voltage vector table.Trans China [5]Zhang M,Xiao X,Li Y D.Predictive direct torque control of PM Electrotech Soc,2004,19(2):25 synchronous motors based on an area voltage vector table.I Tsing- (胡虎，李永东.基于区域电压矢量表的交流异步电动机直 hua Unir Sci Technol,2008,48(1):1 接转矩预测控制策略研究.电工技术学报，2004,19(2)： (张猛，肖曦，李永东.基于区域电压矢量表的永磁同步电机 25)第 12 期 张勇军等: 带有负载观测的异步电动机广义预测控制 4 结论 ( 1) 从传动系统运动方程出发建立的受控自回 归积分滑动平均模型作为广义预测控制器的参数估 计模型． 由于模型中积分作用的存在，负载扰动引 起的偏差可以确保收敛到零． ( 2) 通过对所设计的负载转矩观测器进行仿真 研究，发现观测器中增益矩阵的选取对观测效果影 响较大，特别是对阶跃转矩的观测，需要通过离线仿 真研究确定该增益矩阵的合理取值范围． ( 3) 广义预测控制算法中控制时域和加权系数 对速度控制的跟踪能力和稳定性有直接关系，加权 系数决定了控制作用的幅度，控制时域代表了可以 影响预测电磁转矩的控制增量步数，需同时兼顾系 统的控制性能与实时性要求． ( 4) 采用广义预测控制算法对直接转矩控制系 统中的电磁转矩动态设定进行求解，通过选择合理 控制参数，可以改善比例积分控制中对负载突变等 引起的扰动调节不灵敏的特点，增强调速系统的跟 随性和抗干扰能力． 参 考 文 献 ［1］ Ortega R，Barabanov N，Valderrama G E． Direct torque control of induction motors: stability analysis and performance improvement． IEEE Trans Autom Control，2001，46( 8) : 1209 ［2］ Zhang A L，Zhang Y． Direct torque control for brushless doubly￾fed machine based on torque predict control strategy． Electr Mach Control，2007，11( 4) : 326 ( 张爱玲，张洋． 基于转矩预测控制的无刷双馈电机直接转矩 控制系统． 电机与控制学报，2007，11( 4) : 327) ［3］ Chen W H，Balance D J，Gawthrop P J． Optimal control of non￾linear systems: a predictive control approach． Automatica，2003， 39( 4) : 633 ［4］ Chen Z W，Wang H R． Nonlinear fuzzy adaptive direct generalized predictive control． Electr Mach Control，2007，11( 1) : 55 ( 陈志旺，王洪瑞． 非线性模糊自适应直接广义预测控制． 电 机与控制学报，2007，11( 1) : 55) ［5］ Zhang M，Xiao X，Li Y D． Predictive direct torque control of PM synchronous motors based on an area voltage vector table． J Tsing￾hua Univ Sci Technol，2008，48( 1) : 1 ( 张猛，肖曦，李永东． 基于区域电压矢量表的永磁同步电机 直接转矩预测控制． 清华大学学报: 自然科学版，2008，48 ( 1) : 1) ［6］ Song C H，Hu D，Ke J ． Research on fuzzy prediction control technique for induction motor． J Syst Simul，2008，20( 6) : 1639 ( 宋春华，胡丹，柯坚． 感应电机模糊预测控制策略的研究． 系统仿真学报，2008，20( 6) : 1639) ［7］ Abad G，Rodriguez M ，Poza J． Two-level VSC based predictive direct torque control of doubly fed induction machine with reduced torque and flux ripples at low constant switching frequency． IEEE Trans Power Electron，2008，23( 3) : 1050 ［8］ Miranda H，Cortés P，Yuz J I，et al． Predictive torque control of induction machines based on state space models． IEEE Trans Ind Electron，2009，56( 6) : 1916 ［9］ Geyer T，Papafotiou G，Morari M． Model predictive direct torque control: Part I． Concept，algorithm and analysis． IEEE Trans Ind Electron，2009，56( 6) : 1894 ［10］ Papafotiou G，Kley J，Papdopoulos K G，et al． Model predictive direct torque control: Part II． Implementation and experimental evaluation． IEEE Trans Ind Electron，2009，56( 6) : 1906 ［11］ Chen W H． Predictive control of general nonlinear systems using approximation． IEEE Proc Control Theory Appl，2004，151( 2) : 137 ［12］ Zhang J，Xie R H，Ji B Y． Robust model predictive control for time-delay systems with input constraints． Electr Mach Control， 2004，8( 4) : 362 ( 张军，谢荣华，计秉玉． 输入受限时滞系统的鲁棒模型预 测控制． 电机与控制学报，2004，8( 4) : 362) ［13］ Chen W H，Balance D J，Gawthrop P J，et al． A nonlinear dis￾turbance observer for robotics manipulators． IEEE Trans Ind Electron，2000，47( 4) : 932 ［14］ Clarke D W，Mohtadi C，Tuffs P S． Generalized predictive con￾trol: Part I． The basic algorithm． Automatica，1987，23 ( 2 ) : 137 ［15］ Clarke D W，Mohtadi C，Tuffs P S． Generalized predictive con￾trol: Part II． Extensions and interpretations． Automatica，1987， 23( 2) : 149 ［16］ Yanou A，Masuda S，Inoue A． Two degree-of-freedom of gener￾alized predictive control for m-input m-output systems based on state space approach / / Annual Conference of the Society of Instru￾ment and Control Engineers ( SICE) ． Sapporo，2004，3: 2680 ［17］ Hu H，Li Y D． A predictive direct torque control strategies of in￾duction motor based on area voltage vector table． Trans China Electrotech Soc，2004，19( 2) : 25 ( 胡虎，李永东． 基于区域电压矢量表的交流异步电动机直 接转矩预测控制策略研究． 电工技术学报，2004，19 ( 2) : 25) ·1463·