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.
电机控制扭矩的尝试导致了不同控制策略的发展,在这些策略中,直接扭矩控制(DTC)和直接自我控制(DSC)以及基于脉冲宽度调制(PWM)的策略已知。基于PWM的控制策略的缺点是逆变器的不必要的额外切换操作以及控制器的高参数依赖性。 DTC和DSC控制策略患有高扭矩,通量和当前的涟漪,但仅显示较低的开关损耗。通过此建议,将开发一种用于控制电机的新方法。逆变器是否应更改其开关状态,将根据沿轨迹的当前和未来状态变量来确定,该变量应实现驱动系统的最佳行为。为了优化,将最小化成本函数,其中包含加权参数,例如通量和扭矩与其参考值的偏差,达到预设速度或位置的时间,交换事件的数量,逆变器的损耗和IM等。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,因此可以实现电动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)。通过该提案,将通过控制感应机(但是,可以将其应用于任何类型的电机)来研究DPTC的潜力和好处。与DTC或DSC等方法相比,首先模拟显示了DPTC的巨大潜力。

项目成果

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