Model predictive torque control (MPTC) is emerging as a high-performance control strategy for induction motor (IM) drives, due to its intuitive nature, flexibility to incorporate constraints and quick dynamic response. However, the implementation of MPTC requires high computational ability and the use of single voltage vector during one control period fails to reduce the torque ripple to the minimal value. This study proposes an improved MPTC for IM drives with reduced torque ripple and low complexity. On the basis of the relationship between stator current and stator flux, the complicated current prediction for each voltage vector is eliminated, reducing the control complexity significantly. Torque ripple reduction is achieved by allocating only a fraction of control period to the active vector selected from conventional MPTC, whereas the rest of time is allocated for a null vector. Two kinds of methods for optimising the duty ratio of the active vector are proposed and evaluated in detail. Presented experimental results prove that, compared with conventional MPTC, the proposed MPTC achieves better steady-state performance by reducing the torque ripple significantly. Meanwhile, the quick dynamic response of conventional MPTC is reserved

چکیده

مدل پیشگویانه کنترل گشتاور (MPTC) بعنوان یک استراتژی کنترل که دارای عملکرد بالایی برای دریواهای موتور القایی است ظهور پیدا کرده است که دلیل آن طبیعت حسی، انعطاف پذیری در ادغام قیود و پاسخ دینامیکی سریع است. با وجود این، پیاده سازی MPTC نیازمند توانایی محاسباتی بالا و استفاده از یک بردار ولتاژ در طی یک پریود است که در کاهش ریپل گشتاور به مقدار مینیمم ناموفق است. این مقاله یک MPTC بهبود یافته  برای درایوهای IM با ریپل گشتاور کاهش یافته و پیچیدگی پایین ارائه میدهد. بر اساس رابطه بین جریان و شار استاتور، پیچیدگی پیش بینی جریان برای هر بردار ولتاژ حذف میشود که این موضوع سبب میشود که پیچیدگی کنترل به میزان بسیار زیادی کاهش پیدا کند. کاهش ریپل گشتاور تنها با اختصاص کسری از پریود کنترل برای بردار اکتیو انتخاب شده از PMTC معمولی حاصل میشود، در نتیجه بقیه زمان برای یک بردار صفر اختصاص پیدا میکند. دو نوع روش برای بهینه کردن نسبت دیوتی بردار اکتیو اختصاص داده میشود و جزئیات آن مورد ارزیابی قرار میگیرد. نتایج تجربی ارائه شده ثابت می کنند که روش MPTC ارائه شده در مقایسه با MPTC معمولی، با کاهش بسیار زیادی که در ریپل گشتاور بوجود می آورد به عملکرد حالت پایدار بهتری می رسد. در ضمن پاسخ دینامیکی سریع MPTC معمولی حفظ میشود.

1-مقدمه

کنترل مستقیم گشتاور (DTC) یک نوع استراتژی قدرتمند با عملکرد بالا در کنترل درایوهای موتور القایی (IM) است [1-3]. این روش دارای پاسخ گشتاور بسیار سریع با یک ساختار ساده است. با این وجود بدلیل استفاده از مقایسه گرهای هیسترزیس و جدول سوئیچینگ از پیش تعریف شده، ریپل بسیار زیادی در گشتاور وجود دارد و دارای فرکانس های سوئیچینگ متغییر است [4-6]. در دهه گذشته، برای حل این مشکلات طرح های بسیار زیادی مانند مدولاسیون بردار فضایی [5,7]، کنترل دیوتی سایکل [8-10] و مدل کنترل پیشگویانه (MPC) [11-13] و غیره ارائه شده است. در میان این روش ها MPC اخیرا بعنوان یک روش جایگزین مناسب برای DTC معمولی معرفی شده است و توجه بسیار زیادی را از جامعه صنعتی و آکادمیک بسوی خود جلب کرده است...