Dynamic Programming-Based Optimal Torque Control of InductionMachine

基于动态规划的感应电机最优扭矩控制

基本信息

项目摘要

The attempts to control the torque of electrical machines have led to development of different control strategies where Direct Torque Control (DTC) and Direct Self-Control (DSC) as well as strategies based on Pulse Width Modulation (PWM) are known today. The drawbacks of control strategies based on PWM are the unnecessary extra switching operations of the inverter and high Parameter dependencies of the controller. The DTC and DSC control strategies suffer from high torque, flux, and current ripple, but show only low switching losses. With this proposal, a new approach for controlling electric machines is to be developed. Whether the inverter should change its switching state will be decided based upon the present and future state variables along a trajectory which should enable optimal behavior of the drive system. For optimization purposes a cost function will be minimized, which contains weighted parameters such as the deviation of flux and torque from their reference values, time to reach a pre-set speed or position, number of switching events, losses of the inverter and the IM etc. In order to solve the optimization problem within reasonable time and effort, the method of Dynamic Programming will be used. This method solves the optimization problem for a manageable number of future states (the event horizon) and therefore enables an implementation for real-time controller of electric drives. The method is therefore called Dynamic Programing Torque Control (DPTC). With this proposal, the potential and the benefit of DPTC will be investigates by controlling an induction machine (the method, however, can be applied to any type of electric machine). First simulations have shown the huge potential of DPTC compared with methods such as DTC or DSC.
控制电机扭矩的尝试导致了不同控制策略的发展,其中直接扭矩控制 (DTC) 和直接自控制 (DSC) 以及基于脉宽调制 (PWM) 的策略如今已为人所知。基于 PWM 的控制策略的缺点是逆变器不必要的额外开关操作以及控制器的高参数依赖性。 DTC 和 DSC 控制策略面临高扭矩、磁通和电流纹波的问题,但开关损耗却很低。根据该提案,将开发一种控制电机的新方法。逆变器是否应该改变其开关状态将根据当前和未来的状态变量沿着应该实现驱动系统的最佳行为的轨迹来决定。为了优化目的,成本函数将被最小化,其中包含加权参数,例如磁通和扭矩与其参考值的偏差、达到预设速度或位置的时间、开关事件的数量、逆变器和 IM 的损耗等。为了在合理的时间和精力内解决优化问题,将使用动态规划的方法。该方法解决了可管理数量的未来状态(事件范围)的优化问题,因此能够实现电力驱动器的实时控制器。因此,该方法称为动态编程扭矩控制(DPTC)。根据该提案,将通过控制感应电机来研究 DPTC 的潜力和优势(但是,该方法可以应用于任何类型的电机)。首次模拟表明,与 DTC 或 DSC 等方法相比,DPTC 具有巨大的潜力。

项目成果

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