CN107408880B - 电气转换器系统及其控制方法、计算机可读介质和控制器 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制电气转换器系统(10)的方法，所述方法包括：基于电气转换器系统(10)中的测量结果来确定电气转换器系统(10)的参考输出
Figure DDA0001389188420000011
和所估计的输出(ωm)；通过从预计算的优化的脉冲图案的表格选择来确定优化的脉冲图案(ui，n)，这是基于参考输出
Figure DDA0001389188420000012
和所估计的输出(ωm)来选取的，脉冲图案包括应用于电气转换器系统(10)的切换时刻(t*)的序列；确定电气转换器系统(10)中的谐振振荡(ψs，h)，其中谐振振荡(ψs，h)包括电气转换器系统(10)的LC滤波器(14)和电机(16)；通过求解电气转换器系统(10)的数学模型来确定电气转换器系统(10)的未来状态的序列，所述电气转换器系统(10)的数学模型受制于优化成本函数并且受制于将修改后的脉冲图案(ui)应用于电气转换器系统(10)的约束，所述修改后的脉冲图案(ui)包括关于优化的脉冲图案(ui，n)的时间移位切换时刻，其中成本函数包括利用由修改后的脉冲图案(ui)的时间移位切换时刻引起的脉冲响应振荡来补偿谐振振荡(ψs，h)的项，并且其中数学模型受约束使得修改后的脉冲图案(ui)的切换时刻具有与优化的脉冲图案(ui，n)的切换时刻相同的次序；将修改后的脉冲图案(ui)应用于电气转换器系统(10)。

Description

电气转换器系统及其控制方法、计算机可读介质和控制器
技术领域
本发明涉及电力转换器的控制领域。特别地，本发明涉及用于控制电气转换器系统的方法、计算机程序、计算机可读介质和控制器。此外，本发明涉及电气转换器系统。
背景技术
以优化的脉冲图案操作电气电力转换器可能引起供应到电机的较高电流谐波，所述电气电力转换器使用在包括电气转换器和电机的中等电压电气系统中。为了减少由较高谐波引起的负面影响，LC滤波器可以安装在电机和电气转换器的输出之间。尽管滤波器使馈送至电机的谐波成分衰减，但是它可能向电气驱动系统中引入谐振行为。通常，通过使用独立于主追踪控制器工作的附加主动阻尼控制器而处置这种谐振行为，所述主追踪控制器选择要应用于电气转换器的优化的脉冲图案。
由于电气转换器为电机供应有限数目的电压水平，所以电气系统在稳定状态期间的性能可以通过总谐波失真（THD）来描述。它的值量化了定子电流与理想正弦形状的失真。稳定状态定子电流通过基次谐波和较高谐波来表征，所述基次谐波负责用于电气能量向机械能量的转换，所述较高谐波是电气转换器的切换性质的结果。较高电流谐波通常引起电机中的谐波损耗。作为较高损耗的结果，电机需要尺寸过大，这引起较高的价格。此外，由较高电流谐波引起的增加的损耗可能防止将电力转换器安装到DOL（直接在线）电机，所述DOL电机设计为经由向电力网的直接连接进行工作。
用于减少稳定状态电流失真的可能性之一将是在电气转换器与电机之间插入LC滤波器。这种类型的滤波器可以引起较高定子电流谐波的非常强的衰减速率，并且可以展现获得低得多的电流失真的可能性。然而，LC滤波器的插入可能向电气系统中引入谐振行为。克服与所引入的谐振行为有关的问题的一种方式可以是以串联连接方式向滤波电容器添加电阻性元件。这种概念作为被动阻尼而已知。然而，电阻性元件的添加还可能引起由滤波器提供的较高电流谐波的较弱衰减速率。此外，所插入的电阻性元件R浪费能量并且因此降低系统的能量效率。
解决由LC滤波器引入的谐振行为的问题的更合适方式是通过使用适当的阻尼控制。这样，不必插入电阻性元件R并且较高电流谐波的强有力衰减得以保留。这些解决方案大多是基于附加阻尼回路。附加阻尼回路包括辅助控制器，所述辅助控制器作为对谐振频率周围的经滤波的测量结果的反应而提供参考阻尼校正。
最近，已经存在电力电子设备中的预测控制的应用方面的持续兴趣。相比于之前的控制方法，所研发的应用于中等电压电气系统的预测控制方案展示了性能的显著改进。这些优势涉及瞬变期间的更好动态性能以及更好的稳定状态行为二者。例如，WO 2014183930 A1和WO 2014 064141 A1涉及电气转换器系统的模型预测控制。
EP 2 469 692 A1公开了一种用于控制电气转换器系统的方法，其基于该电气转换器系统中的测量结果来确定该电气转换器系统的参考输出和所估计的输出，并且通过从预计算的优化的脉冲图案的表格选择来确定优化的脉冲图案，预计算的优化的脉冲图案的表格基于参考输出和所估计的输出来选择。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于与谐振系统互连的电气转换器系统的控制方法，所述方法导致低THD并且需要来自执行该方法的控制器的低计算能力。
该目标通过本发明的方案实现。另外的示例性实施例根据本发明的各方面和以下描述是明显的。
本发明的一方面涉及一种用于控制电气转换器系统的方法，所述电气转换器系统可以包括经由谐振子系统与电机(诸如，发电机或发动机) 互连的电气转换器。可替换地，电气转换器系统可以互连两个电气网络，即，电气网络中的一个可以看作类似于电机的负载。在第二种情况下，该控制方法可以基于电气网络的虚拟通量和/或虚拟扭矩来执行。
根据本发明的实施例，该方法包括：基于电气转换器系统中的测量结果来确定该电气转换器系统的参考输出和所估计的输出；基于参考输出和所估计的输出从预计算的优化的脉冲图案的表格来确定优化的脉冲图案，脉冲图案包括应用于电气转换器系统的切换时刻的序列；确定电气转换器系统中的谐振振荡，其中谐振振荡由电气转换器系统的电机和LC滤波器构成；通过求解电气转换器系统的数学模型来确定电气转换器的未来状态的序列，所述电气转换器系统的数学模型受制于优化成本函数并且受制于将修改后的脉冲图案应用于电气转换器系统的约束，所述修改后的脉冲图案包括关于优化的脉冲图案时间移位的切换时刻，其中成本函数包括利用由修改的脉冲图案的时间移位切换时刻引起的脉冲响应振荡来补偿谐振振荡以及将修改后的脉冲图案应用于电气转换器的项。
总结起来，控制方法使用模型预测控制来以使谐振振荡被减幅的这种形式修改预计算的优化的脉冲图案。
首先，通过从预计算的优化的脉冲图案的表格进行选择来确定优化的脉冲图案，这基于参考输出和所估计的输出而选取，所述参考输出和所估计的输出例如可以为参考扭矩和所估计的扭矩。在此之后，控制方法求解电气转换器系统的数学模型，其通常是在优化成本函数的同时描述电气转换器系统的离散化和线性化微分方程，所述成本函数包括补偿谐振振荡的项。利用所谓的脉冲响应振荡来补偿谐振振荡，所述脉冲响应振荡通过优化的脉冲图案的时间移位切换时刻而引起，并且可以如下文所述的那样分析地确定。通常，电气转换器系统的未来行为在包括多于一个的接下来的切换时刻的时间范围内进行计算。然而，仅将接下来的未来切换时刻应用于电气转换器系统。在此之后，重复方法以用于确定随后的切换时刻。
控制方法是基于由谐振引入的非期望的频谱成分(即，谐振振荡) 与逆变器脉冲(即，脉冲响应振荡)之间的分析关系。此外，控制方法是基于优化问题，所述优化问题选择最小化谐振周围的频谱成分的最优轨迹。逆变器脉冲与谐振频谱成分之间的分析关系的线性化允许以二次规划(QP)的形式来公式化优化问题，所述二次规划(QP)在计算上可追踪以用于在线计算。
在没有附加的外部阻尼回路的情况下设计控制方法和对应的控制器。这样，控制器可以直接地计划如何以最优方式将电气转换器系统带入给定的稳定状态。特别地，控制器可以在瞬变期间针对谐振振荡的最小激发进行计划。利用控制方法，利用仅以一个控制回路而实现频域目标(阻尼)和时域目标(参考追踪)。
根据本发明的实施例，通过确定电气转换器系统的数学模型的预确定齐次解的系数来确定电气转换器系统中的谐振振荡，其中基于电气转换器系统中的测量结果来确定所述系数。对于LC滤波器，在方程(17) 中利用方程(16)中的系数来描述下面的齐次解。一般地，齐次解可以是基于具有系数的正弦和余弦函数的线性组合，所述系数取决于电气转换器系统的电气参数。
根据本发明的实施例，谐振振荡由谐振滤波器或者更一般地谐振子系统而引起。谐振滤波器可以是LC或LCL滤波器。
根据本发明的实施例，脉冲响应振荡是基于数学模型关于电压脉冲的解，所述电压脉冲源自于优化的脉冲图案与修改后的脉冲图案之间的差异。在下文，在方程(26)中描述针对脉冲响应振荡的具体解。对于修改后的脉冲图案的每一个时间移位切换时刻，脉冲响应振荡包括取决于时间移位的振荡项。
根据本发明的实施例，利用脉冲响应振荡补偿谐振振荡的项是基于谐振振荡的函数与脉冲响应振荡的函数的和的范数。控制方法通过以这样的方式优化成本函数来求解电气转换器系统的数学模型，使得补偿项最小化并且因此，利用脉冲响应振荡来补偿针对系统所确定的谐振振荡，所述脉冲响应振荡可以通过脉冲图案的时间移位切换时刻来调节。
根据本发明的实施例，数学模型基于定子通量的微分方程，未来状态是未来定子通量，和/或谐振振荡和/或脉冲响应振荡是定子通量的振荡。当使用定子通量作为数学模型的基本变量时，数学模型的微分方程变为二阶微分方程。
根据本发明的实施例，成本函数包括最小化修改后的脉冲图案的切换时刻关于优化的脉冲图案的时间移位的项。通过不仅最小化参考追踪和谐振振荡而且还最小化修改后的脉冲图案的时间移位，可以迫使控制方法尽可能少地从预计算的优化的脉冲图案偏离。以这样的方式，可以在没有在成本函数中明确地计及的同时维持优化的脉冲图案的其它有益性质。
根据本发明的实施例，成本函数包括最小化通量误差与校正通量之间的差异的项，所述校正通量表示修改后的脉冲图案的时间移位切换时刻的影响。该项负责参考追踪。换言之，方法尝试利用校正来补偿通量误差，可以基于电气转换器系统中的测量结果来确定所述通量误差，所述校正源自于使脉冲图案的切换时刻发生时间移位。
根据本发明的实施例，通量误差是针对优化的脉冲图案预确定的参考通量和从之前应用的修改后的脉冲图案估计的所估计通量的差异。参考通量可以与预计算的优化的脉冲图案一起存储。所估计的通量可以从 (一个或多个)之前应用的脉冲图案来估计。以这样的方式，通量误差不取决于修改后的脉冲图案的时间移位并且尚未利用其它变量优化。
根据本发明的实施例，数学模型受约束，使得修改后的脉冲图案的切换时刻具有与优化的脉冲图案的切换时刻相同的次序。切换时刻的数目以及其脉冲图案的次序没有被该方法修改。
根据本发明的实施例，其中参考输出和所估计的输出是电气转换器系统的负载和/或谐振滤波器的参考速度和所估计的速度和/或参考扭矩和所估计的扭矩和/或参考通量和所估计的通量。一般地，输出或者系统输出可以是指由电气转换器系统输出(并且输入到控制方法和/或控制器)的变量。
根据本发明的实施例，在多于一个时间时刻的范围内的每一时间时刻确定未来状态的序列。如已经在上文提及的，方法可以是基于移动范围。感兴趣的量(诸如脉冲图案的校正通量和/或时间移位)在固定长度的范围内进行计算和/或优化，所述固定长度的范围可以包括多于接下来的切换时刻。然而，仅将针对接下来的时间时刻所确定的切换时刻应用于电气转换器系统。
本发明的另外的方面涉及计算机程序以及其中存储这样的计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序在由处理器执行时适配为实施如在上文以及在下文中描述的方法的步骤。
计算机可读介质可以是软盘、硬盘、USB(通用串行总线)存储设备、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)或者闪速存储器。计算机可读介质还可以是允许下载程序代码的数据通信网络，例如互联网。一般地，计算机可读介质可以是非暂时性或者暂时性的介质。
本发明的另外的方面涉及一种控制器，所述控制器适配用于执行如在上文以及在下文中描述的方法。控制方法可以在任何计算硬件上实现，所述计算硬件包括DSP、FPGA、微控制器、CPU、GPU、多核平台及其组合。
本发明的另外的方面涉及一种电气转换器系统，所述电气转换器系统包括电气转换器、与转换器互连的谐振系统以及控制器，所述控制器适配用于确定由谐振系统引起的谐振振荡并且用于通过执行如在上文和下文中描述的方法而使电气转换器系统中的谐振振荡减幅。例如，谐振子系统是LC滤波器或者可以包括LC滤波器。电气转换器系统可以经由谐振子系统与负载和/或电源(诸如电机或者电网)互连。
必须要理解的是，如在上文以及在下文中描述的方法、计算机程序和计算机可读介质的特征可以是如在上文以及在下文中描述的电气转换器系统的特征，并且反之亦然。
本发明的这些和其它方面将从此后描述的实施例显而易见并且将参照此后描述的实施例进行阐述。
附图说明
将在以下文本中参照示例性实施例更加详细地解释本发明的主题，在所附各图中图示了所述示例性实施例。
图1示意性示出了根据本发明的实施例的电气转换器系统。
图2示意性示出了根据本发明的实施例的控制器和控制方法。
图3示出了具有用于在图2的方法中使用的优化的脉冲图案的切换时刻的示图。
图4示出了指示在图2的方法中使用的切换时刻的时间移位的示图。
图5示出了描述在图2的方法中使用的通量误差向量的示图。
图6示出了具有在图2的方法中使用的优化的脉冲图案的示图。
图7示出了具有没有阻尼以及带有由图2的方法提供的阻尼的定子电流的示图。
在各图中使用的参考标记以及其含义以总结形式在参考标记列表中列出。原则上，在各图中为相同的部件提供相同的参考标记。
具体实施方式
转换器系统
图1示出了具有在输出侧上经由LC滤波器14与旋转电机16(诸如，发电机或电动机)连接的逆变器(DC到AC转换器)12的电气转换器系统10。如所指示的，转换器12可以具有三相输出。然而，转换器系统10还可以是单相系统。
逆变器12产生N级输出电压，所述N级输出电压通过LC滤波器 14平滑化，所述LC滤波器14包括连接在转换器12和旋转电机16之间的滤波电感器Lf。滤波电容器Cf连接滤波电感器Lf的一侧与大地或中性点n。必须要理解的是，在多相系统中，滤波电感器Lf和滤波电容器Cf可以包括对应于相位数目的数个物理电感器和电容器。
为了利用由LC滤波器14引入的较高电流谐波的强衰减，可能必须抑制在电气转换器系统10中存在的谐振频谱。这将通过预测控制而实现，所述预测控制考虑到预测范围的开头处的谐振频谱量并且针对其消除而进行优化。这种类型的方案将称为预测阻尼。
控制器和控制方法
电气转换器系统10可以由图2中示出的控制器18控制。图2中示出的示图还可以看作用于控制方法的示图，而控制器18的模块可以看作控制方法的方法步骤。
滤波模块/步骤20接收测量值和/或系统输出x并且生成经滤波的值
Figure BDA0001389188400000071
其在振荡模块/步骤22中随后用于在预测范围的开头处计算存在于系统中的谐振振荡ψ s，h。
由于滤波器模块/步骤20可以在谐振频率ωr处引入某一相位移位，该相位移位可以通过改变ψ s，h的角度来补偿。
在模块/步骤20和22中，确定电气转换器系统中的谐振振荡ψ s，h。用于系统10的谐振振荡ψ s，h的精确形式在下文部分“齐次解”中导出。
在速度控制器模块/步骤24中，接收参考速度
Figure BDA0001389188400000072
(其是参考系统输出的示例)和所估计的速度ωm(其是所估计的系统输出的示例)。所估计的速度ωm可能已经基于电气转换器系统10中的测量结果而确定。
速度控制器模块/步骤24确定参考扭矩
Figure BDA0001389188400000075
所述参考扭矩
Figure BDA0001389188400000076
与所估计的定子通量ψs和参考逆变器通量
Figure BDA0001389188400000073
的量值一起在扭矩控制器模块/步骤 26中使用以用于确定针对逆变器通量的参考角度＜ψr+γ*。
通量控制器模块/步骤28接收参考逆变器通量
Figure BDA0001389188400000074
的量值、DC链路电压VDC，并且确定调制指数，所述调制指数与参考角度和脉冲数d一起由图案选择器模块30使用以用于从脉冲图案的表格选择预计算的优化的脉冲图案ui，n。
可以将参考逆变器通量
Figure BDA0001389188400000084
和所估计的逆变器通量ψi的差异输入到图案控制器模块/步骤32，所述参考逆变器通量
Figure BDA0001389188400000085
可以由图案选择器模块/步骤30基于所选择的优化的脉冲图案ui，n来提供，所述所估计的逆变器通量ψi可以看作通量误差ψi，err，所述图案控制器模块/步骤32基于谐振振荡ψ s，h和优化的脉冲图案ui，n来确定修改后的脉冲图案ui。
图案控制器模块/步骤32通过求解电气转换器系统10的数学模型来确定电气转换器系统10的未来状态的序列，所述电气转换器系统10的数学模型受制于优化成本函数并且受制于将修改后的脉冲图案应用于电气转换器系统10的约束。在以下部分“数学模型”中更加详细地描述数学模型。在以下部分“优化问题”中更加详细地描述约束和成本函数。
图案控制器模块/步骤32可以将该问题求解为二次规划。
修改后的脉冲图案ui包括关于优化的脉冲图案ui，n的时间移位切换时刻，其中成本函数包括利用由修改后的脉冲图案ui的时间移位切换时刻引起的脉冲响应振荡来补偿谐振振荡的项。
最后，将修改后的脉冲图案ui应用于电气转换器12，其中仅将接下来的时间段Ts应用于电气转换器12。在图2中示出的提供预测阻尼的控制方法可以以时间段Ts来执行。然而，修改后的脉冲图案ui的未来切换时刻可以在比时间段Ts长的范围内计算。
数学模型
参照图1，以下方程成立：
Figure BDA0001389188400000081
其定子is和电容器ic电流可以表示为
Figure BDA0001389188400000083
将is和ic的表达式代入(3)，我们获得
Figure BDA0001389188400000091
其中在引入如下系数之后
Figure BDA0001389188400000092
我们获得
Figure BDA0001389188400000093
通过假设零初始条件并且对微分方程(6)的两侧进行积分，获得以下形式
Figure BDA0001389188400000094
因此，定子通量中的谐振的阻尼还使定子电流中的谐振减幅并且提供期望的低电流THD。
预测阻尼
电气转换器系统10的预测阻尼将通过将响应分解成三个部分而实现。这三个部分是标称特定解ψs，n、齐次解ψs，h和脉冲响应ψs，p。
标称解ψs，n是给出最佳THD的期望稳定状态响应。在应用预计算的最优输入ψi，n时，它是(10)的特定解。将通过使用优化的脉冲图案(OPP) 而生成标称输入ψi，n。更重要地，响应ψs，n是不包括对当前THD不利的任何频谱成分的特定解。响应的ψs，n部分在部分“标称解”中描述。
齐次解ψs，h是使THD劣化的谐振频率处的振荡。它是(10)的齐次解。响应的该部分构成污染THD的不想要的频谱成分。在部分“齐次解”中分析ψs，h。
脉冲响应ψs，p是在输入处对附加电压脉冲的系统反应。根据(9)利用电压脉冲作为输入而获取它。该响应具有两个部分
Figure BDA0001389188400000095
和它们分别影响标称ψs，n和齐次ψs，h解。本质上，分量
Figure BDA0001389188400000097
是用于实现标称稳定状态的逆变器通量的部分。分量
Figure BDA0001389188400000098
影响齐次解中的不想要的振荡，并且它用于预测阻尼。在部分“脉冲响应”中导出脉冲响应的该分量
ψs，n-标称解
标称解ψs，n是利用最佳当前THD的稳定状态操作。因此，它不牵涉到可能由谐振行为引入的任何不想要的频谱。它是该微分方程的最佳特定解，并且它满足(10)使得
Figure BDA0001389188400000101
其中ψi，n∈IR2是给出最佳当前THD的标称输入轨迹。它获取为
Figure BDA0001389188400000102
其中υi，n是预计算的OPP，并且常数υi，n(0)选取为使得轨迹定心在αβ帧的原点周围。
控制方法的目的是将电气控制系统10带入标称稳定状态。从频域观察，标称解ψs，n是不牵涉到任何不利频谱的解，所述不利频谱可以由谐振行为引入。频谱的该部分的缺失是当前THD的最佳值的原因。
标称解ψs，n表示可能的特定解中的仅一个。通过添加齐次解来获得与标称不同的另一个特定解。这引入谐振频谱部分，其使THD劣化并且可以引起非稳定性。将在以下部分中描述齐次解。
ψs，h-齐次解
齐次解ψs，h是包括电机和LC滤波器的系统中的振荡源。它可以与标称解共同存在于稳定状态中，并且作为谐振频率下的振荡，它添加了使 THD增加的不利频谱成分。它满足
Figure BDA0001389188400000103
其是(10)的齐次方程。齐次解是
ψs，h＝C1cos(ωrt)+C2sin(ωrt) (14)
其中C1∈IR2和C2∈IR2是任意常数。频率
表示谐振频率，其也称为系统的自然频率。
任意常数C1和C2可以获取为
Figure BDA0001389188400000105
Figure BDA0001389188400000111
用于从经滤波的测量结果计算的任意常数。在将它们插入回到(14) 之后，获得描述齐次解的振荡的表示
Figure BDA0001389188400000112
它将可用于在该点处通知因为电容器和定子电压相等所以可以用
Figure BDA0001389188400000117
来替换
Figure BDA0001389188400000118
控制中的问题由于随后的标称输入轨迹ψi，n没有立即暗示标称定子通量ψs，n作为特定解而出现。标称定子通量ψs，n是仅一个可能的特定解，并且通过向它添加任何齐次解来获得新的特定解。
ψs＝ψs，n+ψs，h (18)
通过齐次解ψs，h将非期望的频谱引入到系统。
ψs，p-脉冲响应
脉冲响应ψs，p是系统10在输入处对电压脉冲的反应。它的重要性在于，它对应于作为从标称输入υi，n的偏离而传入的校正脉冲。
在图3中示出了切换标称输入υi，n的脉冲图案ui，n的预测范围Tp之上的切换转变的示例。特别地，在切换时刻(切换时间)等处切换相位a，b，c。
为了导出由所有校正脉冲引起的第一脉冲响应ψs，p，将首先计算对单个脉冲的响应ψs，pp。考虑在标称切换时刻
Figure BDA0001389188400000114
处的相位x∈{a，b，c}中的单个校正脉冲Δtx，如在图6中所示。可以看出的是，校正Δtx引起具有包括两个阶跃函数h(t)的形式的校正脉冲υi，pp∈IR2
Figure BDA0001389188400000115
这在图4中指示为脉冲图案ui，pp。
通过使用(10)获得对脉冲(19)的响应。由于由标称输入作为缓慢外部扰动而拒绝转子通量，脉冲响应描述方程
Figure BDA0001389188400000116
其中υi，pp∈IR2来自方程(19)。由于υi，pp是两个阶跃输入的差异，可以通过对应两个阶跃响应的叠置而获得响应。对阶跃输入的响应
Figure BDA0001389188400000121
具有形式
Figure BDA0001389188400000122
其通过经由拉普拉斯变换求解微分方程而获得。由于脉冲响应是ψs，pp(t)＝ψs，step(t)-ψs，step(t-Δtx)，表达式
Figure BDA0001389188400000123
代表对脉冲(19)的响应。它仅针对输入脉冲已经完成之后的时间时刻而有效。脉冲响应具有两个项
其对应于校正脉冲形成的两个效应。
第一效应来自于非振荡项
其是平均值。它可以示出，该项建立了逆变器通量的改变。由于将控制逆变器通量，该项并不特别重要并且不进行讨论。
第二效应来自于振荡项
Figure BDA0001389188400000126
其是谐振频率下的振荡。校正脉冲将该振荡留下并且它与齐次解的非期望的稳定状态振荡ψs，h叠置。
由复数描述的振荡
作为之前导出的结果，可以通过将由脉冲
Figure BDA0001389188400000127
积分的振荡优化为与来自(17)的谐振振荡ψs，h(t)∈IR2相反而实现预测阻尼。这样，所生成的振荡将计划为消去从预测范围的开头就存在的振荡ψs，h(t)。这可以通过使时间轴网格化并且定义成本项而实现
Figure BDA0001389188400000129
其中tk是网格化时间时刻。这些成本项Jdamp，k(Δt)中的每一个在时间时刻tk处引入
Figure BDA00013891884000001210
要与ψs，h(t)相反的趋势。
该方案引入最适当的最小数目的网格化时刻的困境。为了避免该问题，将通过利用其在t＝0处定义的复数代表和ψ s，h来表示振荡函数
Figure BDA0001389188400000132
和ψs，h(t)来消除时间变量。这样，关于相位的信息和关于量值的信息二者映射到复数，并且成本项
Figure BDA0001389188400000133
用于提供期望的预测阻尼。Jdamp(Δt)将标注为控制优化问题中的 J2(Δt)。
优化问题
定义
Figure BDA0001389188400000137
其中
Figure BDA0001389188400000134
Figure BDA0001389188400000135
然后，通过最小化成本函数来给出要由图2的图案控制器模块步骤 32求解的优化问题
Figure BDA0001389188400000136
其中
Figure BDA0001389188400000141
在(31)中还包括问题的约束。可以以二次规划(QP)的形式求解优化问题(30)、(31)。
ψi，corr(Δt)表示校正脉冲对逆变器通量的影响。图5是示出了上面使用的量(诸如通量误差ψi，corr(Δt)、所估计的逆变器通量ψi、参考逆变器通量
Figure BDA0001389188400000142
和所估计的定子通量ψs)如何彼此依赖的示图。曲线ψi，n是对应于所选优化的脉冲图案ui，n的随时间过去的所估计的逆变器通量。
成本函数J(Δt)牵涉到三项。
范数为二次的第一项||ψi，err-ψi，corr(Δt)||2导致通过在向标称轨迹的方向上迫使逆变器通量而对指定稳定状态参考的追踪，这提供最低的THD 和所要求的扭矩。
第二项
Figure BDA0001389188400000143
通过引入校正脉冲的趋势以在它们后面生成这样的振荡而提供预测阻尼，这将消去当前存在于系统10中的振荡。第二项kpred.damp的系数可以看作增益，所述增益可以用于接通或者关断成本函数的预测阻尼部分，或者所述增益可以用于关于第一项而调谐第二项。
第三项qΔtTΔt以权重q而惩罚与标称切换时刻的偏离以便避免大的校正。
参考逆变器通量
Figure BDA0001389188400000151
可以从所存储的数据读出，所存储的数据例如可以与优化的脉冲图案ui，n一起存储。
可以从之前应用的输入在线计算/估计所估计的逆变器通量ψi。因此，量ψi，err可以可用于模块/步骤32并且不取决于向量决定变量Δt。
根据ID文档中的方程(17)而通过使用方程(1)中的经滤波的数据来计算齐次解ψ s，n。
用于脉冲响应振荡
Figure BDA0001389188400000152
(Δt)的表示可以进一步线性化，并且最后的约束可以保证线性化保持非常接近于实际值。
结果
图6示出了在四分之一时段期间具有数个d＝8的脉冲的优化的脉冲图案ui，n的示例。
图7示出了所提出的控制方法展示出卓越的阻尼性能。左图是在图 2的控制器18以kpred.damp＝0而执行以上描述的方法时所生成的随时间过去的三个相位的定子电流。左图示出了在将kpred.damp设置为1(即预测阻尼接通)时三个相位的定子电流。成本函数的预测阻尼项能够使存在于左图中的振荡有效地衰减。
尽管已经在各图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述要理解为说明性或示例性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。可以由本领域技术人员并且实践所要求保护的发明而通过研究附图、公开内容和随附权利要求来理解和实现所公开的实施例的其它变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其它要素或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或控制器或其它单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于使优点突出。权利要求中的任何参考标记不应当解释为限制范围。
参考符号列表
10 电气转换器系统
12 逆变器/电气转换器
14 LC滤波器/谐振子系统
16 电机/负载
18 控制器
20 滤波模块/步骤
22 振荡模块/步骤
24 速度控制器模块/步骤
26 扭矩控制器模块/步骤
28 通量控制器模块/步骤
30 图案选择器模块/步骤
32 图案控制器模块/步骤
x 系统输出/测量值
xωr 经滤波的值
ψs，h 齐次解
Figure BDA0001389188400000161
参考速度/参考输出
ωm 所估计的速度/所估计的输出
参考扭矩
ψs 所估计的定子通量
Figure BDA0001389188400000163
参考逆变器通量
＜ψs+γ* 用于逆变器通量的参考角度
VDCDC 链路电压
m 调制指标
d 脉冲数
ui，n 优化的脉冲图案
ψi，err 逆变器通量误差
ui 修改后的脉冲图案
t* 切换时刻
Tp 范围

Claims (13)

1.一种用于控制电气转换器系统（10）的方法，所述方法包括：
基于电气转换器系统（10）中的测量结果来确定电气转换器系统（10）的参考输出（ω* m）和所估计的输出（ωm）；
通过从预计算的优化的脉冲图案的表格选择来确定优化的脉冲图案（ui,n），这是基于参考输出（ω* m）和所估计的输出（ωm）来选取的，
优化的脉冲图案包括应用于电气转换器系统（10）的切换时刻（t*）的序列；
确定电气转换器系统（10）中的谐振振荡（ѱs,h），其中谐振振荡（ѱs,h）涉及电气转换器系统（10）的谐振滤波器（14）和电气转换器系统（10）的电机（16）；
其特征在于以下步骤：
通过求解电气转换器系统（10）的数学模型来确定电气转换器系统（10）的未来状态的序列，所述电气转换器系统（10）的数学模型受制于优化成本函数并且受制于将修改后的脉冲图案（ui）应用于电气转换器系统（10）的约束，所述修改后的脉冲图案（ui）包括关于优化的脉冲图案（ui,n）的时间移位切换时刻，其中成本函数包括利用由修改后的脉冲图案（ui）的时间移位切换时刻引起的脉冲响应振荡来补偿谐振振荡（ѱs,h）的项，并且其中数学模型受约束使得修改后的脉冲图案（ui）的切换时刻具有与优化的脉冲图案（ui,n）的切换时刻相同的次序；
将修改后的脉冲图案（ui）应用于电气转换器系统（10）。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中通过确定电气转换器系统（10）的数学模型的齐次解的系数（
Figure DEST_PATH_IMAGE001
）来确定电气转换器系统（10）中的谐振振荡（ѱs,h），其中所述系数基于电气转换器系统（10）中的测量结果来确定；和/或
其中谐振振荡（ѱs,h）由谐振滤波器（14）引起。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中脉冲响应振荡是基于数学模型关于电压脉冲的解，所述电压脉冲源自于优化的脉冲图案（ui,n）与修改后的脉冲图案（ui）之间的差异。
4.根据权利要求1或2所述的方法，
其中利用脉冲响应振荡补偿谐振振荡的成本函数的项是基于谐振振荡的函数和脉冲响应振荡的函数的和的范数。
5.根据权利要求1或2所述的方法，
其中数学模型是基于定子通量（ѱs）的微分方程；和/或
其中未来状态是未来定子通量；和/或
其中谐振振荡和/或脉冲响应振荡是定子通量的振荡。
6.根据权利要求1或2所述的方法，
其中成本函数包括最小化修改后的脉冲图案（ui）的切换时刻关于优化的脉冲图案（ui,n）的时间移位的项。
7.根据权利要求1或2所述的方法，
其中成本函数包括最小化通量误差（ѱi,err）与校正通量之间的差异的项，所述校正通量表示修改后的脉冲图案（ui,n）的时间移位切换时刻的影响。
8.根据权利要求7所述的方法，
其中通量误差是针对优化的脉冲图案预确定的参考输出与从之前应用的修改后的脉冲图案（ui）估计的所估计的通量的差异。
9.根据权利要求1或2所述的方法，
其中参考输出和所估计的输出是电气转换器系统的负载和/或谐振滤波器的参考速度和所估计的速度和/或参考扭矩和所估计的扭矩和/或参考通量和所估计的通量。
10.根据权利要求1或2所述的方法，
其中未来状态的序列在多于一个时间时刻的范围（Tp）内的每一个时间时刻进行确定。
11.一种计算机可读介质，其中存储有在由处理器执行时适配用于执行权利要求1-10中的一项所述的方法的计算机程序。
12.一种控制器（18），适配用于执行权利要求1-10中的一项所述的方法。
13.一种电气转换器系统（10），包括：
电气转换器（12）；
与电气转换器（12）互连的谐振滤波器；
根据权利要求12所述的控制器（18），适配用于确定由谐振滤波器引起的谐振振荡并且用于通过执行权利要求1-10中的一项所述的方法而使电气转换器系统（10）中的谐振振荡减幅。
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