一种新型GPC算法及其在PMSM直接转矩控制中的实现

1、 70 表3 哈 尔 4 滨 理 工 大 学 学 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 报 第 16 卷 电机不同运行时段的参数变化 运行时段 参数 新购置 转子磁链 转动惯量 f 1. 2 f / 长时间运行后 f 0. 7 f J2 J GPC 控制器响应 PI 控制器响应 速度环 GPC 控制器在动态性能方面的优势在 3 5 文 ， 等中已有详细阐述， 在此不再赘述 图 5 给 出速度环 GPC 控制器与 PI 控制器的比较， 从该图 可很明显的看出 GPC 控制器在参考转速、 负载转矩 发生变化时的动态性能优于 PI 控制器（ 调节时间较

2、 慢的原因是： GPC 控制器所设定的最大电磁转矩小 于 PI 控制器） ， 但其响应脉动较大， 稳态性能差强人 意， 且程序运行时间相对较长 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 0 转速 /103rpm 0 0.1 0.2 0.3 0.4 时间 /s 0.5 0.6 0.7 0.8 图5 速度环 GPC 控制器与 PI 控制器响应的比较 图 6 所示中， 放大的三个部分分别是： 系统动态 0. 1s 突然加大负载的响应过程及系统稳 调节过程、 态响应 由该图可看出改进后的 GPC 控制器具有更 好的稳态和动态响应 表 4 给出了本文所述的三种

3、 控制器的各项性能指标的对比 表 4 为取 0 0. 08s 期间系统运行数据经过运 算所得的结果 其中， 调节时间取系统响应脉动小于 0. 1% 的参考速所用时间 而运行时间则为 Simulink 模型仿真 0. 8s 所用时间 实验结果表明： 本文所提出的改进的 GPC 算法 具有超调量小、 调节时间短、 稳态误差小、 运行时间 相对较短， 相对于 PI 控制及传统的 GPC 控制更加 适用于高精确度的实际工程项中 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 0 新购置 长期运行后 正常情况 转速 /103rpm 0.1 0.2 0.3 0.4 时

4、间 /s 0.5 0.6 0.7 0.8 图3 速度环 PI 控制器参数变化响应曲线 实验 2 ： 传统 GPC 控制器与改进的 GPC 控制器 的比较 转速 /103rpm 传统 GPC 本文改进的 GPC l = 3， 给定 s = 0. 8 ， 实验电机参数如表 1 所示， 分别运行传统 GPC 控制器下的 DTC 系统及改进的 GPC 控制器下的 DTC 系统， 得到的速度响应曲线如 图 6 所示 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 0 正常情况 长期运行后 新购置 0.1 0.2 0.3 0.4 时间 /s 0.5 0.6 0.7 0

5、.8 转速 /103rpm 图6 表4 类型 PI 传统 GPC 与改进 GPC 的比较 各种控制器的性能指标对比 稳态误差 0. 188 8 4. 569 1 0. 107 8 运行时间 / s 10 58 18 超调量 / （ % ） 调节时间 / s 2. 61 1. 59 1. 23 0. 0571 0. 08 0. 033 2 0.1 0.2 0.3 0.4 时间 /s 0.5 0.6 0.7 0.8 GPC 改进 GPC 图4 速度环 GPC 控制器参数变化响应曲线 第5 期 林瑞全等： 一种新型 GPC 算法及其在 PMSM 直接转矩控制中的实现 71 4 HASSAINE S，

6、MOREAU S，OGAB C，et al Robust Speed Con- 4 结 语 trol of PMSM using Generalized Predictive and Direct Torque Control Techniques C/ / IEEE Trans On Industrial Electronics，Vi2007 ： 1213 1218 go，Spain， 5 陈书锦， 李华德， 胡广大 基于广义预测算法的直接转矩控制 系统仿真学报， 2008 ， 20 （ 2 ） ： 437 439 ， 454 仿真J 6 杨承志， 重庆大 孙棣华， 张长胜 系统辨识与自适应

7、控制M 2009 ： 69 71 学出版社， 7 H P 威鲁麦特 车辆动力学模型及其方法M 北京： 北京理 1998 ： 78 91 工大学出版社， 8 杨兵， 孙德敏， 弓岱伟 改进的 GPC 算法及其在火电机组的应 2006 ， 18 （ 6 ） ： 1688 1691 ， 1695 用J 系统仿真学报， 9 陈志旺， 刘文龙， 刘志辉 广义预测控制逆矩阵 Toeplitz 变换的 J 仪器仪表学报， 2010 ， 30 （ 7 ） ： 1626 2631 快速算法 10 WANG Y，ZHOU D，GAO F，et al ，Generalized Predictive Control

8、of Linear Systems with Actuator Arrearage Faults J Journal of Process Control， 2009 ， 19 （ 5 ） ： 803 815 11 WANG D，ROMAGNOLI J A Robust Model Predictive Control J Control EnDesign Using a Generalized Objective Function gineering Practice， 2009 ， 17 （ 9 ） ： 1076 1088 12 童一飞， 金晓明 基于广义预测控制的循环流化床锅炉燃烧 中国

9、电机工程学报， 2010 ， 30 过程多目标优化控制策略J （ 11 ） ： 38 43 考虑传统广义预测控制器在预测长度较短的情 PI 控制器鲁棒性不强等 况下动态及稳态性能较差， 本文提出一种与阶梯式广义预测控制算法相 缺点， 结合的分段式的新型广义预测控制算法， 仿真结果 表明， 在永磁同步电动机基于预期电压 SVPWM 直 接转矩控制系统中利用该算法设计的速度环控制器 具有较强 的 参 数 变 化 鲁 棒 性， 且动态及稳态性能 良好 参 考 文 献： 1 RAHMAN M A，HOQUE M A Online Adaptive Artificial Neural Network B

10、ased Vector Control of Permanent Magnet Synchro IEEE Trans On Energy Conversion，1998 ， 13 nous Motors J （ 4 ） ： 311 318 2 王成元， 北京： 机 夏加宽， 孙宜标， 等 现代电机控制技术M 2009 ： 30 35 械工业出版社 ， 3 KENNEL R， A Linder，Predictive Control of Inverter Supplied EC/ / Proc of the Conference on Power Electronlectrical Drives

11、 2000 ： 761 766 ics Specialists，Galway，Ireland， （ 编辑： 付长缨） 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 （ 上接第 64 页） 行了计算和仿真， 并生成相应 VHDL 语言， 下载到 FPGA 中实现 这 种 设 计 方 法 不 仅 节 约 时 间、 效率 高， 而且拓宽了编程的灵活性， 方便了程序的升级和 修正， 提高了程序的可移植性 同时在 FPGA 中实现 数字滤波处理， 充分利用了 FPGA 并行快速处理特 ， 点 增强了监测节点的数据处理能力 ， 提高了无线传 感器网络数据传输

12、效率， 在结构健康监测系统的应 用中证明了其有效性 参 考 文 献： 1 张志刚 FPGA 与 SOPC 设计教程M 西安： 西安电子科技大 2007 ： 10 12 学出版， 2 尚盈等 基于无线传感网络的大型结构健康监测系统J 数 2009 ， 24 （ 2 ） ： 254 258 据采集与处理 ， 3 蔡爱杰， 耿振亚 无线传感器网络数据信道 BCH 码编译的设 J 哈尔滨理工大学学报 ， 2010 ， 15 （ 4 ） ： 23 29 计 4 罗韩君， 刘明伟， 王成 基于 DSP Builder 的滤波器设计与实现 J 微计算机信息， 2009 ， 25 （ 1 2 ） ： 148

13、149 5 彭雪峰， 汪临伟， 徐建平 基于 MATLAB 与 QUARTUS II 的 FIR 电 子 设 计 工 程， 2009 ， 17 （ 11 ） ： 118 滤波器设 计 与 验 证J 119 6 MEHER Pramod Kumar，CHANDRASEKARAN Shrutisagar FPGA Realization of FIR Filters by Efficient and Flexible Systolization Using Distributed ArithmeticJ IEEE Transactions on Signal Processing， 2008 ， 56 （ 7 ） ： 3009 3017 7 李星， 杨家玮 基于 FPGA 的 FIR 数字滤波器的设计J 电子 2006 ， 202 （ 7 ） ： 16 18 科技， 8 童红， 微计算机 肖铁军 基于 FPGA 的 FIR 滤波器的设计J 2010 ， 2