Modulator-free Performance-Oriented Control (MfPOC) for Direct Electric Drives

用于直接电力驱动的无调制器性能导向控制 (MfPOC)

基本信息

  • 批准号:
    EP/W027283/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50.28万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

With the rapid intensification of the global resource, energy, and environmental crisis, we must move quickly to a low carbon economy, a green society, and an era of clean and affordable energy. Electric drives; generally defined as an electric motor driven by a fast discrete actuator (e.g., a power electronic device) and regulated by a control strategy, deliver an indispensable solution to achieve zero or ultra-low carbon energy conversion. Industrial electric motors account for more than 60% of all electrical energy consumption in the world. With application of power electronics as their drives, electric drives result in typically a 30-40% reduction in energy uses. Electric drives are ubiquitous and are now deeply penetrating into new sectors like automotive, aerospace and renewable energy generation, as well as continuing their historic place in consumer products. Electrification of transports, while offering a major opportunity, demand very high efficiency, high power density, and high reliability, so a step change in key technical performance metrics, including higher control bandwidth (HCB), lower total harmonic distortion (THD) and lower device switching frequency (DSF) are urgently needed for the new generation of electric drives. Higher control bandwidth significantly enhances functionality and system robustness. For example, higher control bandwidth enables wider operation regions for electric vehicle applications, and stronger robustness against system uncertainties and environmental disturbances. Lower THD indirectly mitigates thermal impacts and directly improves energy efficiency by reducing machine copper losses. Furthermore, it also achieves higher sustainability because smoother torque output results in less mechanical stress and wear of the shaft and bearing. Lower device switching frequency reduces switching energy losses and extent the life of power electronic devices.To advance an era of green, clean, and affordable energy, this project will develop a novel Modulator-free Performance-Oriented Control (MfPOC) framework as a paradigm shift of the advanced electric drive control strategy to deliver promising properties like higher control bandwidth, lower current distortion, and lower device switching frequency for electric machines. With these achievable performance specifications, when applying to vehicle electric motors, this new MfPOC technique will significantly improve the energy conversion efficiency, and provide much higher power/torque density and smoother speed/current/torque regulation performance, which will substantially increase battery life, enable wider range of driving scenarios, and enhance user comfort and vehicle durability by reducing unwanted noise, vibration, and harshness (NVH) of electric vehicles.The developed MfPOC will deliver an important enabling direct electric drive control technology, providing strong support to unlock the full potential of UK power generation and energy use in high energy efficiency, high power quality, and high device sustainability. These deliver a significant opportunity for the PI, UK academia and UK industry to establish a world leading capability in this challenging field with unique expertise.
随着全球资源、能源、环境危机迅速加剧,我们必须迅速迈入低碳经济、绿色社会、清洁廉价能源时代。电力驱动;通常定义为由快速离散执行器(例如电力电子器件)驱动并通过控制策略调节的电动机,为实现零碳或超低碳能源转换提供了不可或缺的解决方案。工业电机占全球电能消耗的 60% 以上。通过应用电力电子作为驱动器,电力驱动器通常可以减少 30-40% 的能源消耗。电力驱动无处不在,目前正在深入渗透到汽车、航空航天和可再生能源发电等新领域,并继续保持其在消费产品中的历史地位。交通电气化虽然提供了重大机遇,但要求非常高的效率、高功率密度和高可靠性,因此新一代电力驱动迫切需要关键技术性能指标的逐步改变,包括更高的控制带宽(HCB)、更低的总谐波失真(THD)和更低的设备开关频率(DSF)。更高的控制带宽可显着增强功能和系统稳健性。例如,更高的控制带宽可以为电动汽车应用提供更宽的操作区域,并对系统不确定性和环境干扰具有更强的鲁棒性。较低的 THD 可间接减轻热影响,并通过减少机器铜损直接提高能源效率。此外,它还实现了更高的可持续性,因为更平稳的扭矩输出可以减少轴和轴承的机械应力和磨损。较低的器件开关频率可减少开关能量损耗,延长电力电子器件的使用寿命。为了推进绿色、清洁和廉价能源时代,该项目将开发一种新型无调制器性能导向控制(MfPOC)框架,作为先进电力驱动控制策略的范式转变,为电机提供更高的控制带宽、更低的电流失真和更低的器件开关频率等有前途的特性。凭借这些可实现的性能规格,当应用于车辆电动机时,这种新型MfPOC技术将显着提高能量转换效率,并提供更高的功率/扭矩密度和更平滑的速度/电流/扭矩调节性能,这将大幅延长电池寿命,支持更广泛的驾驶场景,并通过减少电动汽车不必要的噪音、振动和声振粗糙度(NVH)来提高用户舒适度和车辆耐用性。 MfPOC将提供重要的直接电驱动控制技术,为释放英国发电和能源使用在高能源效率、高电能质量和高设备可持续性方面的全部潜力提供强有力的支持。这些为 PI、英国学术界和英国工业界提供了一个重要的机会,可以利用独特的专业知识在这个充满挑战的领域建立世界领先的能力。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Design of current-risk-aware disturbance rejection controller for speed regulation of PMSMs
  • DOI:
    10.1016/j.conengprac.2024.105875
  • 发表时间:
    2024-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Yuan Tan;Jun Yang;Jinhao Liu;Shihua Li
  • 通讯作者:
    Yuan Tan;Jun Yang;Jinhao Liu;Shihua Li
Robust Temporal Logic Motion Control via Disturbance Observers
  • DOI:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Chenqian Zhou;Jun Yang;Shihua Li;Wen-Hua Chen
  • 通讯作者:
    Chenqian Zhou;Jun Yang;Shihua Li;Wen-Hua Chen
Frequency Adaptive Torque Ripple Suppression for Electrical Drives Using Radial Basis Function Neural Network
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High-efficiency, stable and non-chemical-doped graphene-Si solar cells through interface engineering and PMMA antireflection
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  • 作者:
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  • 发表时间:
    2004
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Ming;Jun Yang;Zhuo
  • 通讯作者:
    Zhuo

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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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    2023
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    $ 50.28万
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    $ 50.28万
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  • 批准号:
    2209717
  • 财政年份:
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知道了