第1篇 引言

第1章 概述

1.1工业电力电子

1.1.1中压变速传动

1.1.2市场趋势

1.1.3技术趋势

1.2控制和调制策略

1.2.1要求

1.2.2最新策略

1.2.3挑战

1.3模型预测控制

1.3.1控制问题

1.3.2控制原理

1.3.3优点及挑战

1.4研究前景和动机

1.5主要成果

1.6本书概要

1.7预备知识

参考文献

第2章 工业电力电子

2.1预备知识

2.1.1三相系统

2.1.2标幺值系统

2.1.3静止坐标系

2.1.4旋转坐标系

2.1.5空间矢量

2.2感应电机

2.2.1电机模型的空间矢量表示

2.2.2电机模型的矩阵表示

2.2.3电机模型的标幺值表示

2.2.4电机模型的状态空间表示

2.2.5电机谐波模型

2.3功率半导体器件

2.3.1集成门极换流晶闸管

2.3.2功率二极管

2.4多电平电压源型逆变器

2.4.1中点钳位逆变器

2.4.2五电平有源中点钳位逆变器

2.5案例分析

2.5.1中点钳位逆变器驱动系统

2.5.2有缓冲约束的中点钳位逆变器驱动系统

2.5.3五电平有源中点钳位逆变器驱动系统

2.5.4并网中点钳位变换器系统

参考文献

第3章 经典控制与调制策略

3.1控制与调制策略的要求

3.1.1与电机相关的要求

3.1.2与电网相关的要求

3.1.3与变换器相关的要求

3.1.4总结

3.2控制与调制策略框图

3.3基于载波的脉冲宽度调制

3.3.1单相脉宽调制

3.3.2三相载波脉宽调制

3.3.3总结与特性

3.4优化脉冲调制

3.4.1脉冲模式与谐波分析

3.4.2三电平变换器的优化问题

3.4.3五电平变换器的优化问题

3.4.4总结与特性

3.5脉宽调制的性能权衡

3.5.1电流总谐波畸变与开关损耗

3.5.2转矩总谐波畸变与开关损耗

3.6感应电机驱动控制方法

3.6.1标量控制

3.6.2磁场定向控制

3.6.3直接转矩控制

附录3.A单相OPP的谐波分析

附录3.B数学优化

3.B.1一般优化问题

3.B.2混合整数优化问题

3.B.3凸优化问题

参考文献

第2篇 基于参考值跟踪的直接模型预测控制

第4章 短步长预测控制

4.1单相阻感负载电路的预测电流控制

4.1.1控制问题

4.1.2电流轨迹预测

4.1.3优化问题

4.1.4控制算法

4.1.5性能评估

4.1.6多步长预测

4.1.7总结

4.2三相感应电机的预测电流控制

4.2.1案例研究

4.2.2控制问题

4.2.3控制器模型

4.2.4优化问题

4.2.5控制算法

4.2.6性能评估

4.2.7关于范数的选择

4.2.8延迟补偿

4.3三相异步电机的预测转矩控制

4.3.1案例研究

4.3.2控制问题

4.3.3控制器模型

4.3.4优化问题

4.3.5控制算法

4.3.6代价函数分析

4.3.7转矩与电流控制器的代价函数比较

4.3.8性能评估

4.4总结

参考文献

第5章 多步长预测控制

5.1预备知识

5.1.1案例研究

5.1.2控制器模型

5.1.3代价函数

5.1.4优化问题

5.1.5基于穷举搜索的控制算法

5.2整数二次规划描述

5.2.1优化问题的向量描述

5.2.2无约束最小化求解

5.2.3整数二次规划

5.2.4预测步长为1的直接模型预测控制

5.3一种求解优化问题的有效方法

5.3.1准备知识和关键特性

5.3.2改进的球形解码算法

5.3.3一个预测范围为1的例子

5.3.4一个预测范围为2的例子

5.4计算负担

5.4.1离线计算

5.4.2在线预处理

5.4.3球形解码

附录5.A状态空间模型

附录5.B向量形式的代价函数推导

参考文献

第6章 多步长预测控制性能评估

6.1中点钳位逆变器驱动系统性能评估

6.1.1性能评估框架

6.1.2开关频率为250Hz时的性能对比

6.1.3闭环成本

6.1.4相对电流总谐波畸变率

6.1.5暂态运行

6.2基于直接求整的次优化模型预测控制

6.3带LC滤波器的中点钳位逆变器驱动系统性能评估

6.3.1案例研究

6.3.2控制器模型

6.3.3优化问题

6.3.4稳态运行

6.3.5暂态运行

6.4总结与讨论

6.4.1稳态性能

6.4.2暂态性能

6.4.3代价函数

6.4.4控制目标

6.4.5计算复杂度

附录6.A状态空间模型

附录6.B输出参考向量计算

6.B.1第一步：定子频率

6.B.2第二步：逆变器电压

6.B.3第三步：输出参考向量

参考文献

第3篇 有边界的直接模型预测控制

第7章 模型预测直接转矩控制

7.1引言

7.2预备知识

7.2.1案例分析

7.2.2控制问题

7.2.3控制器模型

7.2.4开关动作

7.3控制问题的描述

7.3.1简单优化问题

7.3.2约束条件

7.3.3代价函数

7.4模型预测直接转矩控制

7.4.1定义

7.4.2优化问题的简化

7.4.3开关时域的概念

7.4.4搜索树

7.4.5基于穷举的MPDTC算法

7.5扩展方法

7.5.1对状态轨迹和输出轨迹进行分析

7.5.2线性拟合方法

7.5.3二次拟合方法

7.5.4二次插值拟合法

7.6总结和讨论

附录7.A NPC型逆变器驱动系统的控制器模型

参考文献

第8章 模型预测直接转矩控制的性能评估

8.1中点钳位逆变器驱动系统的性能评估

8.1.1仿真设置

8.1.2稳态运行

8.1.3暂态运行

8.2 ANPC逆变器驱动系统的性能评估

8.2.1控制器模型

8.2.2改进的MPDTC算法

8.2.3仿真设置

8.2.4稳态运行

8.2.5暂态运行

8.3总结和讨论

附录8.A ANPC型逆变器驱动系统的控制器模型

参考文献

第9章 模型预测直接转矩控制的分析与可行性

9.1目标集

9.2状态反馈控制律

9.2.1预备知识

9.2.2给定转子磁链矢量的控制律

9.2.3目标集边缘的控制律

9.3死锁现象分析

9.3.1死锁的根本原因分析

9.3.2死锁的位置

9.4死锁的解决方法

9.5死锁的避免

9.5.1死锁避免策略

9.5.2性能评估

9.6总结和讨论

9.6.1状态反馈控制律的推导与分析

9.6.2死锁的分析、解决与避免

参考文献

第10章 高效模型预测直接转矩控制

10.1预备知识

10.2基于分支定界法的MPDTC

10.2.1概念和原理

10.2.2分支定界法的特性

10.2.3限制最大计算数

10.2.4高效MPDTC算法

10.3性能评估

10.3.1案例研究

10.3.2稳态运行时的性能标准

10.3.3稳态运行时的计算指标

10.4总结和讨论

参考文献

第11章 模型预测直接转矩控制的推演

11.1模型预测直接电流控制

11.1.1案例研究

11.1.2控制问题

11.1.3定子电流边界的描述

11.1.4控制器模型

11.1.5控制问题的描述

11.1.6 MPDCC算法

11.1.7性能评估

11.1.8整定

11.2模型预测直接功率控制

11.2.1案例研究

11.2.2控制问题

11.2.3控制器模型

11.2.4控制问题的描述

11.2.5性能评估

11.3总结和讨论

11.3.1模型预测直接电流控制

11.3.2模型预测直接功率控制

11.3.3目标集

附录11.A MPDCC中使用的控制器模型

附录11.B有功和无功功率

附录11.C MPDPC中使用的控制器模型

参考文献

第4篇 基于脉冲宽度调制的模型预测控制

第12章 模型预测脉冲模式控制

12.1最新控制方法

12.2优化脉冲模式

12.2.1概要、性能及计算

12.2.2磁链幅值与调制度的关系

12.2.3时间与角度的关系

12.2.4定子磁链参考轨迹

12.2.5查表法

12.3定子磁链控制

12.3.1控制目标

12.3.2控制原理

12.3.3控制问题

12.3.4控制方法

12.4 MP3C算法

12.4.1观测器

12.4.2速度控制器

12.4.3转矩控制器

12.4.4磁链控制器

12.4.5脉冲模式加载器

12.4.6参考磁链

12.4.7脉冲模式控制器

12.5 MP3C求解方法

12.5.1基于二次规划的MP3C

12.5.2基于无差拍控制的MP3 C

12.6脉冲插入

12.6.1定义

12.6.2算法

附录12.A二次规划

附录12.B无约束求解

附录12.C无差拍MP3C的转换

参考文献

第13章 模型预测脉冲模式控制性能评估

13.1 NPC逆变器驱动系统性能评估

13.1.1仿真设置

13.1.2稳态运行

13.1.3瞬态运行

13.2 ANPC逆变器驱动系统实验结果

13.2.1实验设置

13.2.2分层控制结构

13.2.3稳态运行

13.3总结和讨论

13.3.1与现有先进控制方法的区别

13.3.2讨论

参考文献

第14章 模块化多电平变换器的模型预测控制

14.1引言

14.2预备知识

14.2.1拓扑

14.2.2变换器非线性模型

14.3模型预测控制

14.3.1控制问题

14.3.2控制器结构

14.3.3线性预测模型

14.3.4代价函数

14.3.5硬约束与软约束

14.3.6优化问题

14.3.7多电平载波脉宽调制

14.3.8平衡控制

14.4性能评估

14.4.1系统和控制参数

14.4.2稳态运行

14.4.3瞬态运行

14.5参数设计

14.5.1开环预测偏差

14.5.2闭环性能

14.6总结和讨论

附录14.A动态电流方程

附录14.B变换器系统的控制器模型

参考文献

第5篇 总结

第15章 结论和总结

15.1直接模型预测方法的性能比较

15.1.1案例研究

15.1.2性能权衡曲线

15.1.3总结与讨论

15.2控制和调制方法的评估

15.2.1基于SVM的FOC和VOC

15.2.2 DTC和DPC

15.2.3基于参考值跟踪的直接MPC

15.2.4带边界的直接MPC

15.2.5基于OPP的MP3 C

15.2.6间接MPC

15.3结论

15.4展望

参考文献