永磁同步电机-2R机械臂自适应容错抑振控制

永磁同步电机-2R机械臂控制由多个关节和执行器组成,通常情况下其为非线性动力系统,易出现混沌现象。因此,永磁同步电机-2R机械臂控制过程中会出现一定的故障,从而影响了机械臂的稳定性和控制性能,在故障条件下的容错抑振控制能力是该机械臂急需解决的问题。在该背景下,提出永磁同步电机-2R机械臂自适应容错抑振控制。基于拉格朗日方程,通过对永磁同步电机-2R机械臂的动能和势能计算,得到的整体动能表达式。然后,结合动能计算结果确定机械臂的未知项和不确定性故障,设计容错控制器来监测机械臂的状态信息。根据动能计算结果和容错控制器获取的机械臂状态信息,设计容错抑振控制器,实现永磁同步电机-2R机械臂在故障状态下的自适应容错抑振控制。实验结果表明:所提方法的永磁同步电机-2R机械臂控制精度更高、振动抑制效果更好,可以显著减小永磁同步电机-2R机械臂的振动,提高运动平滑性、精度和稳定性。

基于改进多矢量选择的永磁同步电机鲁棒模型预测定子磁链控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)传统模型预测磁链控制(model predictive control,MPFC)系统稳态误差大、参数鲁棒性较差的问题,提出了一种基于定子磁链预测误差矢量分析的永磁同步电机多电压矢量选择方法。首先,在两相静止坐标系下依据轴线划分扇区,制定了判断磁链误差矢量所在区域的多电压矢量选择标准。然后,采用定子磁链预测值和两相静止坐标系定子磁链价值函数计算各电压矢量作用时间,改进了传统模型预测寻优过程。此外,设计了一种考虑电阻、电感参数失配的离散滑模定子磁链观测器,进一步提升了系统的参数鲁棒性。最后,通过仿真和实验验证了本文所提预测定子磁链控制方法的有效性和可行性,系统在参数失配情况下仍具有良好的稳态性能,显著减小了定子磁链与电磁转矩脉动。

永磁同步电机系统非线性动态特性分析

为减弱永磁同步电机内置电机转子与定子之间的气隙分布不均引起的偏心,造成的高速电主轴动态特性的非线性变化,基于复合偏心影响下不平衡磁拉力模型,建立永磁同步电机模型及其运动微分方程。采用数值模拟方法分析发生气隙偏心时电机系统的动态特性,通过分岔图、轴心轨迹图和频谱图等方法对高速电主轴内置电机系统的非线性振动特性进行研究。结果表明,随着转速增大,电机转子的回转半径呈现先增大后减小的趋势,增大静偏心会导致回转半径峰值后移,但随着静偏心增大,系统峰值也逐渐增大。

永磁同步电机自整定分数阶PID速度控制

为优化永磁同步电机(PMSM)控制效果,提高电机整体控制性能及鲁棒性,提出自整定分数阶PID控制策略,并应用于永磁同步电机速度环控制。该控制器较常规PID多了2个可调参数,能够更加灵活地控制受控对象。设计了前馈解耦的电流控制器、模糊分数阶PID控制器,利用模糊规则在线整定控制器参数;在Matlab中搭建永磁同步电机仿真模型,对比本文控制策略与常规PID控制、普通分数阶PID控制及滑模控制,分析不同速度下PMSM变负载系统转速仿真曲线。仿真结果表明,模糊分数阶PID控制器抗干扰性强、跟踪精度高、响应速度快,具有更好的控制效果。

带扰动补偿的永磁同步电机预测速度控制

【目的】为提高永磁同步电机(PMSM)调速系统的抗干扰能力,本文提出了一种具有固定开关频率的带扰动补偿的预测速度控制(PSC)策略。其中,速度环采用PSC,并对扰动进行补偿;电流环采用比例积分(PI)控制。【方法】首先,依据PMSM的机械运动方程推导出实现参考速度的q轴给定电流。为了更精确地跟踪给定q轴电流,本文采用机械运动方程的二阶泰勒展开式,其精度高于一阶前向欧拉离散化。其次,传统的滑模观测器依靠较大的开关增益来确保观测误差在有限的时间内收敛为零,但较大的开关增益会带来严重的抖振现象。因此,本文提出了一种改进的滑模扰动观测器(SMDO),其在Luenberger观测器的基础上增加了一个额外的开关项,不需要很大的开关增益。然后,为了进一步提高PSC的抗干扰性能,在PSC反馈部分的基础上引入了前馈干扰补偿,提出了PSC+SMDO的控制方法。最后,在以dSPACE DS1103为控制核心的试验平台上进行试验。【结果】试验结果表明:所设计的改进SMDO能够准确估计负载扰动,并将扰动信息实时反馈给速度控制器,实现无稳态误差运行;所设计PSC+SMDO速度控制器具有较强的抗干扰性能和跟踪性能,在参数摄动时,基于自抗扰控制(ADRC)的速度控制器受参数变化影响,而PSC+SMDO速度控制器仍能保持良好的鲁棒性;在PSC+SMDO速度控制器下,电机a相电流总谐波失真(THD)为3.44%,分别比PSC、ADRC速度控制器下的a相电流THD低2.21%、4.69%。【结论】与PSC、ADRC以及PI控制器相比,所设计的PSC+SMDO控制器能很好地提高PMSM调速系统的动态响应性能和抗干扰性能。

基于转子位置误差解耦阻抗建模的永磁同步电机电感在线辨识方法

传统永磁同步电机电感在线辨识算法大多基于电机交直轴模型实现,其依赖准确的电机转子位置信息。当无位置传感器控制或位置传感器存在偏置误差时,传统电感辨识方法精度难以保证。为降低转子位置误差影响,该文提出一种基于转子位置误差解耦阻抗建模的永磁同步电机电感参数在线辨识方法。根据电机电感在不同转子位置下的数值变化关系特性,构建转子位置误差解耦的虚拟轴系阻抗模型。进而,通过基于高频正弦信号注入的电感辨识方法,实现不受电机转子位置误差影响的电感辨识。为确保所提出方法在不同运行工况的鲁棒性和准确性,对虚拟轴系的构建方法及注入信号参数选取进行分析。所提出的方法在2.2 kW永磁同步电机平台进行验证,证明了电感参数在线辨识的有效性。

自通风永磁同步电机的气动噪声优化

为准确预测和优化自通风永磁同步电机(SVPMSM)高转速下的气动噪声特性,采用计算流体力学与Lighthill声类比相结合的方法对电机气动噪声进行了仿真计算,其中,采用RNG k-ε模型和大涡模拟对电机内流场进行仿真计算,在此基础上利用Lighthill声类比法进行声学求解,并通过试验进行验证。建立无风道的简化模型研究了风扇不同结构参数对气动噪声的影响,利用整机仿真模型研究了风道膨胀腔结构对气动噪声的影响。研究结果表明,电机在4250 r/min转速下整机仿真计算的气动噪声声功率级与试验值的差距为0.6 dB(A),表明仿真模型能够有效预测电机气动噪声。电机优化研究发现,风扇内半径大小和叶片弯曲弧度的变化对风扇流场结果影响较小,因而气动噪声相差不大;相比于叶片数量较少、叶片不等距排布,叶片数量较多、叶片等距排布时有更好的声学特性;在电机风道中加入膨胀腔对电机噪声的低频有较好的降噪效果,加入长度为94.4 mm的膨胀腔比长度为134.4 mm的膨胀腔有更低的声功率级,同时,风道内设置两个膨胀腔比只设置一个膨胀腔有更好的降噪效果。

基于改进RBF神经网络的永磁同步电机弱磁控制

针对永磁同步电机在传统单电流调节器弱磁控制下,电机控制模式切换时导致的系统稳定性差,以及传统RBF-PID控制器输出权值的非精细化更新导致的参数过拟合,收敛速度慢等问题,提出一种过渡区域切换算法,引入混合权重因子,采用余弦插值与Sigmoid函数做过渡区域的平滑处理,并在弱磁区引入模糊PI控制器,将自适应梯度下降法与L2正则化策略结合,改进神经网络的输出权值。仿真结果表明,设计的过渡区域切换算法,不依赖电机参数,可移植性强,优化了恒转矩区切换至弱磁区的条件,在改进RBF-PID控制器下,转速超调量仅为0.07%,负载调节时间较之传统策略减少了94%。

新能源汽车永磁同步电机散热结构优化分析

永磁同步电机作为新能源汽车的核心部件,在运行时会产生大量热量,影响电机的效率和寿命,因此有效的散热设计和管理至关重要。针对永磁同步电机的散热问题,提出一种内外双层螺旋互逆冷却结构。首先,基于Maxwell电磁仿真软件计算出电机损耗,将损耗代入电机热源从而计算各部件生热率和表面散热系数;其次,利用ANSYS软件建立永磁同步电机温度场和流场的有限元仿真模型并进行分析;通过对比不同类型的双螺旋互逆冷却水道温度场的分布,证明圆形截面的双螺旋互逆冷却水道对电机的温升抑制明显,为后续永磁同步电机冷却水道的设计提供了参考价值。

开绕组永磁同步电机的无模型电流预测控制策略

针对共母线型开绕组永磁同步电机的零序电流和模型电流预测控制中电机参数易受影响的问题,提出了一种无模型电流预测策略。首先,将电流预测控制与无模型控制结合,引入线性状态观测器对系统扰动进行估计;其次,使用价值函数以及电压矢量扇形策略选择最佳基本电压矢量和作用时间,且通过非零矢量产生的零序电压和参考值的差量得到补偿的零序电压,并选择计算其注入的混合零矢量以及作用时间;最后,用滑模控制改进状态误差反馈的自抗扰控制来代替速度环的PI控制。仿真结果表明,该改进方法使零序电流的波动范围缩小在0.2 A之间,提高了系统的响应速度,验证了此方法的有效性和可行性。

永磁同步电机空载反电动势测定方法研究

文章介绍了GB/T 22669—2008中规定的永磁同步电机空载反电动势的两种测定方法,同时依据GB/T 25123.4—2015中的相关规定,提出了更便捷的降速法,并对该方法的准确性进行了验证。以空载反电动势测定较为复杂的气浮轴承高速永磁电机和永磁同步直线电机两类电机为例,结合相关方法的测定原理,详细介绍了其空载反电动势的测定过程。

基于EKF的永磁同步电机参数估计

传统的永磁同步电机(PMSM)往往依赖于机械传感器来获得位置和速度数据,这一做法不仅增加了系统复杂性,还使得其调速性能深受数学模型精确度的影响,进而削弱了系统的鲁棒性。为了克服传统线性速度调节器在鲁棒性方面的局限,本文深入研究了扩展卡尔曼滤波(EKF)算法在PMSM矢量控制中的应用,通过该算法对系统状态进行实时、高精度的估算;此外,考虑到系统噪声和测量噪声对电机模型、EKF性能的影响,对噪声协方差矩阵的取值进行分析,旨在得到较优值,从根本上增强系统的抗干扰能力、提升调速响应速度,并优化整体运行的稳定性。

船舶驱动用永磁同步电机电磁特性分析

永磁同步电机的气隙磁通在正常工作条件下是恒定的,因此普通永磁同步机驱动的船舶存在速度范围窄、输出转矩低的缺点。本文研究了一种用于船舶驱动的变磁通量永磁同步电机。磁场的变化可以提高低速时的输出扭矩,拓宽高速时的工作范围。研究了该变磁通永磁同步电机的结构,分析了磁场的调节机理。基于有限元方法,得到了磁密度分布、转矩、磁链和功率特性的变化规律。相关结论表明该电机可以很好的拓宽船舶行驶时的运行速度,提高电机的输出功率。

参数变化的永磁同步电机自适应控制

针对永磁同步电机参数变化导致电流与转速难以控制的问题,设计了一种基于反步法的自适应控制策略。建立了参数变化的永磁同步电机数学模型。通过反步法分别设计了电流自适应控制器与转速自适应控制器,增强了系统对参数变化的鲁棒性。通过与传统串级PID控制的对比实验,验证了所提出方法在动态性能与系统稳定性方面的优越性。

基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机控制研究

在永磁同步电机的驱动系统中,磁场定向控制(field-oriented control, FOC)技术常常受限于对位置检测传感器的依赖,限制了系统的响应能力,增加了整体成本。提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机控制策略,用以实现电机的无传感器控制。构建了电机的精确数学模型,设计扩展卡尔曼滤波器,用于精确估计电机的状态变量。通过在MATLAB/Simulink环境中搭建仿真模型,对比了传统的FOC控制与基于扩展卡尔曼滤波的控制方法。结果表明:新方法能够可靠地估计电机的状态参数,达到优异的控制性能。

基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断研究

该文提出一种基于径向气隙磁密和定子电流的永磁同步电机均匀退磁故障诊断方法。首先,建立电机的d轴等效磁路模型,分析均匀退磁故障后径向气隙磁密的变化规律;然后,获取电机的径向气隙磁密和定子电流信号,对各极下径向气隙磁密幅值进行归一化处理,并绘制雷达图,根据雷达图和比较相同定子电流幅值下健康电机和故障电机的各极下径向气隙磁密幅值的平均值,来诊断均匀退磁故障;利用空载各极下径向气隙磁密幅值的平均值计算故障程度。最后,仿真和实验结果均验证所提均匀退磁故障诊断方法的有效性。

一种自适应扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无位置传感器矢量控制

在粗差干扰或噪声统计偏差情况下,扩展卡尔曼滤波(EKF)对永磁同步电机(PMSM)的速度和转子位置估计存在精度下降问题,为此提出一种基于新息序列的自适应扩展卡尔曼滤波算法(AEKF)。首先,将粗差干扰加入系统观测方程中,分析粗差干扰对系统观测精度的影响。其次,为增强算法的抗扰性能,在新息协方差计算中设置加权系数,通过调整临近时刻的新息协方差阵权重,计算出新息协方差值,并更新到卡尔曼增益的计算。最后,建立AEKF数学模型,并对比粗差干扰与噪声统计出现偏差情况下,AEKF与EKF两种策略的观测性能。仿真和实验结果表明,在粗差干扰或噪声统计信息出现偏差情况下,AEKF算法对永磁同步电机转速的观测具备更强的鲁棒性及更高的预测精度。

基于自抗扰的永磁同步电机附加谐波损耗抑制方法

针对永磁同步电机在变频器供电时,由时间电流谐波所引起的附加谐波损耗过大及难以在电机初始设计时被考虑到的问题,采用场路耦合联合仿真模型来计算电机的附加谐波损耗,并以4台现有的表贴式永磁同步电机为例,通过实验验证了场路耦合联合仿真模型的有效性,为电机设计之初附加谐波损耗的选取,以及后续温升的计算提供了前期计算的方法。同时提出一种基于自抗扰技术的附加谐波损耗抑制方法,设计一种适用于永磁同步电机矢量控制的自抗扰控制器,并从理论上验证了自抗扰控制器对于时间电流谐波的抑制作用,以及针对自抗扰控制器参数众多调参困难的问题,给出一种参数整定方案。最后通过引入所设计的自抗扰控制器,对电机的时间电流谐波进行计算和分析,使电机的附加谐波损耗降低了68.1%,为同类型电机的附加谐波损耗抑制提供了一种有效的方法。

飞轮储能用永磁同步电机温度场分析

针对飞轮储能用永磁同步电机散热困难的问题,以某额定功率为300 kW、转速为10000 r/min的永磁同步电机为研究对象,利用磁热耦合的方法,对永磁同步电机的损耗和温度场进行模拟及测试分析,研究永磁同步电机的损耗及电机热分布;利用热仿真模型,研究电机关键部件散热的影响因素。结果表明:高温主要集中于永磁体及绕组区域;减小流道宽度、增大流道数目以及增大流道圆角半径可有效提高定子散热性能;辐射率越高,永磁体散热性能越好;改进电机结构后,永磁体最高温度下降10.5%。研究结果可为永磁同步电机的设计及散热优化提供参考。

基于高频正交方波注入法的永磁同步电机控制研究

针对传统高频注入法解调过程复杂和观测精度受非理想因素时延影响的不足,提出一种基于高频正交方波注入法的零低速位置估计方法。首先,考虑估计旋转轴系注入的低可靠性,选择将高频信号注入静止轴系,采用简单代数运算提取出高频响应电流,通过解调正向虚拟高频响应电流初步估计转子位置;然后,针对主要非理想因素进行影响分析,在此基础上,通过解调负向虚拟高频响应电流提取出相位滞后角,完成补偿;最后,为避免启动阶段位置收敛错误,通过获取电感变化趋势判断出磁极极性。实验结果表明,所提算法在各类工况均能稳定收敛,且最大平均误差不超过1°,说明了算法的抗扰性以及准确性。