Реализация алгоритма модуляции пространственного вектора напряжения с помощью искусственной нейронной сети

Предложен алгоритм пространственно-векторной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) (Space vector pulse width modulation — SVPWM) на основе искусственной нейронной сети.

В расчетах времени действия векторов напряжения по традиционному алгоритму SVPWM в качестве переменных используют значения относительного фазового угла на секторах, это вызывает сложности в их вычислении.

Для преодоления данных недостатков составлены математические модели, определяющие время открытия силового элемента по абсолютному фазовому углу на инверторном преобразователе. Поскольку математические модели имеют различные виды расчетных формул по секторам и невозможно выразить их в однозначной формуле, для устранения этих трудностей построена функция с помощью искусственной нейронной сети, с помощью которой можно обобщенно определять время открытия силового элемента по фазам A, B и C.

Независимо от секторов, алгоритм SVPWM устанавливает время открытия силового элемента по фазовому углу θ на инверторном преобразователе.

Проведена проверка обобщенной способности искусственной нейронной сети и ее точности, а также времени операции моделирования в среде MATLAB.

Предложенный способ позволяет достигнуть высокой точности регулирования скорости и значительно сократить время операции.

При управлении тяговым приводом электроподвижного состава с асинхронным тяговым двигателем можно уменьшить период регулирования, в итоге повышается тяговая способность электровозов и электропоездов метрополитена с векторным управлением или с прямым управлением моментом примерно в 1,1–1,2 раза.

1. Kim J.S., Sul S.K. A novel voltage modulation technique of the space vector PWM. In Conf. Rec. IPEC’95. Yokohama, Japan, 1995; 742-747.

2. Reddy N.R., Teegala B.R., Amarnath J., Rayudu D.S. Simplifi ed SVPWM Algorithm for Vector Controlled Induction Motor Drive Using the Concept of Imaginary Switching Times. International Journal of Recent Trends in Engineering. 2009;2(5):288-290.

3. Reddy T.B., Amamath R.J., Subbarayudu D. Improvement of DTC performance by using hybrid space vector Pulsewidth modulation algorithm. International Review of Electrical Engineering. 2007;4(2):593-600.

4. Bakhshai A.R., Joos G., Jain P.K., Jin H. Incorporating the Overmodulation Range in Space Vector Pattern Generators Using a Classifi cation Algorithm. IEEE Transactions on Power Electronics. 2000;15(1):83-91. DOI: 10.1109/63.817366

5. Tripathi A., Khambadkone A.M., Panda S.K. Torque Ripple Analysis and Dynamic Performance of a Space Vector Modulation Based Control Method for AC-Drives. IEEE Transactions on Power Electronics. 2005;20(2):485-492. DOI: 10.1109/tpel.2004.842956

6. Narayanan G., Ranganathan V.T. Extension of Operation of Space Vector PWM Strategies With Low Switching Frequencies Using Different Overmodulation Algorithms. IEEE Transactions on Power Electronics. 2002;17(5):788-798. DOI: 10.1109/tpel.2002.802190

7. Zhan С., Arulampalam A., Jenkins N. Four-Wire Dynamic Voltage Restorer Based on a Three-Dimensional Voltage Space Vector PWM Algorithm. IEEE Transactions on Power Electronics. 2003;18(4):1093-1102. DOI: 10.1109/tpel.2003.813772

8. Ma J.D., Wu B., Zargari N.R., Rizzo S.C. A Space Vector Modulated CSI-Based AC Drive for Multimotor Applications. IEEE Transactions on Power Electronics. 2001;16(4):535-544. DOI: 10.1109/63.931075

9. Trzynadlowski A.M., Bech M.M., Blaabjerg F., Pedersen J.K., Kirlin R.L., Zigliotto M. Optimization of Switching Frequencies in the Limited-Pool Random Space Vector PWM Strategy for Inverter-Fed Drives. IEEE Transactions on Power Electronics. 2001;16(6):852857. DOI: 10.1109/63.974384

10. Narayanan G., Ranganathan V.T. Two Novel Synchronized Bus-Clamping PWM Strategies Based on Space Vector Approach for High Power Drives. IEEE Transactions on Power Electronics. 2002;17(1):84-93. DOI: 10.1109/63.988673

11. Tunyasrirut S., Srilad S., Suksri T. Comparison power quality of the voltage source inverter type SVPWM and SPWM technique for induction motor drive. 2008 SICE Annual Conference. 2008. DOI: 10.1109/sice.2008.4654659

12. Guo G., You W. Quality analysis of SVPWM inverter output voltage. 2008 International Conference on Computer Science and Software Engineering. 2008. DOI: 10.1109/csse.2008.666

13. Shaobang X., Ke-You Z. Research on a novel SVPWM algorithm. 2007 2nd IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications. 2007. DOI: 10.1109/iciea.2007.4318734

14. Trzynadlowski A.M. An overview of modern PWM techniques for three-phase, voltage-controlled, voltage-source inverters. Proceedings of IEEE International Symposium on Industrial Electronics. 1996. DOI: 10.1109/isie.1996.548389

15. Casadei D., Serra G., Tani K. Implementation of a direct control algorithm for induction motors based on discrete space vector modulation. IEEE Transactions on Power Electronics. 2000;15(4):769-777. DOI: 10.1109/63.849048

16. Holtz J. Pulsewidth modulation-a survey. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 1992;39(5):410-420. DOI: 10.1109/41.161472