Discrete space vector modulation (DSVM) is an effective method to improve the steady-state performance of the finite control set predictive control for permanent magnet synchronous motor drive systems. However, it requires complex computations due to the presence of numerous virtual voltage vectors. This paper proposes an improved finite control set model-free predictive control using DSVM to reduce the computational burden. First, model-free deadbeat current control is used to generate the reference voltage vector. Then, based on the principle that the voltage vector closest to the reference voltage vector minimizes the cost function, the optimal voltage vector is obtained in an effective way which avoids evaluation of the cost function. Additionally, in order to implement double-objective control, a two-level decisional cost function is designed to sequentially reduce the stator currents tracking error and the inverter switching frequency. The effectiveness of the proposed control is validated based on experimental tests.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.19
no.3
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pp.249-256
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2014
This paper proposes a torque control method of permanent magnet synchronous motor, which has small torque ripple. The proposed control method is using the finite control set-model predictive control(FCS-MPC) strategy. An optimal input voltage vector minimizing a cost function is chosen among 6 passible active input voltage vectors following the FCS-MPC strategy. Then, a modulation factor for the optimal input voltage vector is computed to minimize the torque ripple. Thus, the proposed control method yields fast torque response and small torque ripple. The efficacy of the proposed method was verified through simulation and experiment.
The Finite Control Set-Model Predictive Controller (FCS-MPC) for quasi Z-Source Inverters (qZSIs) is designed to reduce the number of sensors by proposing a current observer for the inductor current. Unlike the traditional FCS-MPC algorithm, the proposed model removes the inductor current sensor and observes the inductor current value based on the deposited prior optimized state as well as the capacitor voltage during this state. The proposed observer has been validated versus a typical MPC. Then, a comparative study between the proposed Modified Finite Control Set-Model Predictive Controller (MFCS-MPC) and a linear PID controller is provided under the same operating conditions. This study demonstrates that the dynamic response of the control objectives by MFCS-MPC is faster than that of the PID. On the other hand, the PID controller has a lower Total Harmonic Distortion (THD) when compared to the MFCS-MPC at the same average switching. Experimental results validate both methods using a DSP F28335.
This paper proposes a fault-tolerant control strategy with finite control set model predictive control (FCS-MPC) based on hierarchical optimization for five-level H-bridge neutral-point-clamped (5L-HNPC) inverter-fed induction motor drives. Fault-tolerant operation is analyzed, and the fault-tolerant control algorithm is improved. Adopting FCS-MPC based on hierarchical optimization, where the voltage is used as the controlled objective, called model predictive voltage control (MPVC), the postfault controller is simplified as a two layer control. The first layer is the voltage jump limit, and the second layer is the voltage following control, which adopts the optimal control strategy to ensure the current following performance and uniqueness of the optimal solution. Finally, simulation and experimental results verify that 5L-HNPC inverter-fed induction motor drives have strong fault tolerant capability and that the FCS-MPVC based on hierarchical optimization is feasible.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.6
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pp.453-462
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2016
This paper proposes a torque control method for surface mounted permanent magnetic synchronous motor (PMSM) driven by a 2-level voltage source driven inverter, which has fast torque response and small torque ripple. The proposed torque control method follows the finite control set model predictive control (FCS-MPC) strategy. A reference state is derived at each time step for the given time varying torque reference and the cost index is defined so that the tracking error for this reference state should be penalized. The choice of an optimal output voltage vector is made first from the 6 possible active voltage vectors of the 2-level voltage source inverter. Then a modulation factor for the chosen optimal voltage vector is obtained so that the torque ripple can be reduced further. It is shown that the proposed FCS-MPC control method yields fast torque tracking response and small torque ripple through simulation and experiments.
Finite-control-set model predictive control (FCS-MPC) is a promising control scheme for two-level voltage-source inverters (TL-VSIs). However, two main issues arise in the classical FCS-MPC method: an exponentially-increasing computational time and a low steady-state performance. To solve these two issues, a novel FCS-MPC method has been proposed for n-phase TL-VSIs in this paper. The basic idea of the proposed method is to carry out the FCS-MPC scheme of TL-VSIs for one leg by one leg, like a "pipeline". Based on this idea, the calculations are reduced from exponential time to linear time and its current waveforms are improved by applying more switching states per sampling period. The cases of three-phase and five-phase TL-VSIs were tested to verify the effectiveness of proposed method.
This paper proposes a model predictive control based on the discrete Lyapunov function to improve the performance of power electronic converters. The proposed control technique, based on the finite control set model predictive control (FCS-MPC), defines a cost function for the control law which is determined under the Lyapunov stability theorem with a control error compensation. The steady state and dynamic performance of the proposed control strategy has been tested under a single phase AC/DC voltage source rectifier (S-VSR). Experimental results demonstrate that the proposed control strategy not only offers global stability and good robustness but also leads to a high quality sinusoidal current with a reasonably low total harmonic distortion (THD) and a fast dynamic response under linear loads.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.3
no.3
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pp.502-507
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2005
The dual-mode strategy has been adopted in many constrained MPC (Model Predictive Control) methods. The size of stabilizable regions of states of MPC methods depends on the size of underlying feasible and positively invariant sets and the number of control moves. The results, however, may perhaps be conservative because the definition of positive invariance does not allow temporal departure of states from the set. In this paper, a concept of periodic invariance is introduced in which states are allowed to leave a set temporarily but return into the set in finite time steps. The periodic invariance can be defined with respect to sets of different state feedback gains. These facts make it possible for the periodically invariant sets to be considerably larger than ordinary invariant sets. The periodic invariance can be defined for systems with polyhedral model uncertainties. We derive a MPC method based on these periodically invariant sets. Some numerical examples are given to show that the use of periodic invariance yields considerably larger stabilizable sets than the case of using ordinary invariance.
Yaramasu, Venkata;Rivera, Marco;Narimani, Mehdi;Wu, Bin;Rodriguez, Jose
Journal of Power Electronics
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v.14
no.6
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pp.1178-1188
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2014
This study proposes a finite-state model predictive controller to regulate the load current and balance the DC-link capacitor voltages of a four-leg neutral-point-clamped converter. The discrete-time model of the converter, DC-link, inductive filter, and load is used to predict the future behavior of the load currents and the DC-link capacitor voltages for all possible switching states. The switching state that minimizes the cost function is selected and directly applied to the converter. The cost function is defined to minimize the error between the predicted load currents and their references, as well as to balance the DC-link capacitor voltages. Moreover, the current regulation performance is improved by using a two-step prediction horizon. The feasibility of the proposed predictive control scheme for different references and loads is verified through real-time implementation on the basis of dSPACEDS1103.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.12
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pp.2189-2196
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2016
This paper proposes a new finite control set-model predictive control (FCS-MPC) method for induction motors. In the method, the reference state that satisfies the given torque and rotor flux requirements is derived. Cost indices for the FCS-MPC are defined using the state tracking error, and a linear matrix inequality is formulated to obtain a proper weighting matrix for the state tracking error. The on-line procedure of the proposed FCS-MPC comprises of two steps: select the output voltage vector of the two level inverter minimizing the cost index and compute the optimal modulation factor of the minimizing output voltage vector in order to reduce the state tracking error and torque ripple. The steady state tracking error is removed by using an integrator to adjust the reference state. The simulation and experimental results demonstrated that the proposed FCS-MPC shows good torque, rotor flux control performances at different rotating speeds.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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