基于六边形轨迹的永磁辅助式同步磁阻电机弱磁控制策略

永磁辅助式同步磁阻电机在高速工况弱磁运行时,直流母线电压利用率不高,电机的效率与转矩输出能力较低。为此,提出了一种基于六边形轨迹的永磁辅助式同步磁阻电机弱磁控制策略。首先,以永磁辅助式同步磁阻电机的d-q轴等效电路为基础,推导了弱磁过程的电压和电流约束,证明弱磁控制提升电机调速能力的根本原因。其次,为充分发挥永磁辅助式同步磁阻电机高速运行下功率密度较高的优势,进而推导过调制算法。并将其应用于永磁辅助式同步磁阻电机的弱磁操作中,以实现更高的直流母线电压利用率。最后,通过仿真验证所提出方法的有效性。

车用永磁无刷直流电机弱磁控制仿真研究

永磁无刷直流电动机的转矩与转速会对电机的控制精度造成影响,导致电机弱磁控制效果差。为了提升整体控制性能,提出车用永磁无刷直流电机弱磁控制仿真方法。分析车用永磁无刷直流电机弱磁转矩特性,获取电机电磁转矩关系。根据获取结果建立永磁无刷直流电机弱磁控制系统,利用该系统控制电机弱磁的电磁转矩与运行效率,以此实现整体控制。实验结果表明,通过对所提方法开展电机运行效率测试、电机运行稳定性测试,验证了上述方法的有效性。

车用永磁同步电机高性能弱磁控制策略

提出一种基于电流预测的车用永磁同步电机弱磁控制方法,以提升永磁同步电机弱磁区的动态性能。详细分析了弱磁区的电压边界问题,以及不同电压选取规则下的稳定性问题。在此基础上,提出了一种考虑稳定性和动态特性的动态过调制策略。此外,研究了基于参数模型的电流预测控制算法,该算法具有快速动态响应和可控约束的优点,在保证稳定性的基础上可有效提升电机弱磁区域动态性能。最后,分别在仿真和实验平台上证明了所提算法的有效性。

基于电压相角调节的高速永磁同步电机弱磁控制策略

针对永磁同步电机高速运行时电流环抗扰能力差的问题,文中提出一种电压相角调节弱磁运行的谐波抑制策略。首先,通过线性化处理建立控制系统的小信号模型,进而得到系统的闭环传递函数,分析了弱磁运行的稳定性;为了克服加速过程中阻尼系数低和系统稳定性差的问题,在直轴电流调节器中引入比例微分补偿策略来实现内环反馈,以提高系统阻尼比并抑制系统谐振峰值,从而减少高速运行时的电流振荡;最后,根据等效内模控制器原理和频域分析,确定补偿器的关键参数。实验结果表明,该方法能够有效提高电流环的稳定性和控制系统的抗干扰性能,显著降低电机电流谐波含量。

基于FCS-MPC的PMSM自抗扰弱磁控制系统设计与分析

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)弱磁控制系统常用于电动汽车领域。电动汽车运行于低速时,PMSM需要输出大转矩,以响应快速起步、加速及爬坡需求;电动汽车运行于高速,且超过额定速度时,PMSM处于弱磁状态,需具备一定的带载能力,以满足高速行驶和超车工况。针对PMSM弱磁控制中的转速突变,文章设计了自抗扰控制器(Active Disturbances Rejection Controller,ADRC)替代速度外环PI控制器,对扰动项快速观测和补偿,减小速度突变对系统造成干扰,实现转速精准跟踪。针对转矩项干扰,结合转矩和磁链输出值设计有限集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)以替代传统直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC),构建令转矩和磁链脉动最小的价值函数,再通过价值函数的计算寻优,选取出最优空间矢量控制信号输送给逆变器。基于ADRC和FCS-MPC的优化作用,弱磁控制系统的抗扰能力、电流和转矩输出精度增强,试验验证了所设计系统的可行性和性能优势。

内嵌式永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制研究

提高变桨电机的稳态和动态控制性能,保证在不同风况及母线电压跌落的情况下维持电机高速运行的稳定性尤其重要。分析了内嵌式永磁同步电机的模型及约束条件,结合永磁同步电机的应用特点,基于SVPWM的矢量控制与电压外环的双电流弱磁控制策略,设计了矢量控制和弱磁控制系统模型并进行了仿真。基于该控制系统模型搭建了实验平台,对不同直流母线电压下矢量控制与弱磁控制的性能进行了对比测试和分析,验证了模型设计的合理性,实现了扩速性能。目前,该控制系统已应用于风机变桨伺服控制系统,具有较高应用价值。

永磁同步电机自适应弱磁控制策略研究

针对传统PI控制器难以同时满足高速弱磁和低速弱磁电压反馈回路增益非线性变换的问题,提出了一种自适应调节方案。通过分析解耦电压反馈式电流超前角控制回路中导致系统非线性的因素,设计了反比函数转速调节器和模糊控制电流超前角调节器,对弱磁工况下电压控制回路的非线性进行补偿,设计了钳位抗饱和模块以解决电压反馈积分饱和问题。在此基础上,采用粒子群优化算法,对模糊控制器的模糊规则权值和比例因子进行离线优化。通过仿真和试验证明了自适应弱磁算法响应特性优于传统PI电压反馈控制算法。

基于梯度下降法的永磁同步电机弱磁控制仿真

永磁同步电机在运行过程中,弱磁轨迹若出现偏差会直接影响电机的运行效果。为提升电机运行质量,提出基于梯度下降法的永磁同步电机弱磁控制方法。分析永磁同步电机弱磁控制影响因素,建立永磁电机稳态电压方程与电磁转矩方程,获取永磁同步电机的弱磁移动轨迹。基于分析结果制定弱磁控制策略,结合梯度下降法在电机输出电流、电流被限制的情况下,计算电流的下降梯度与转矩角度,辨识电流的缩减方向,实现永磁电机的弱磁控制。实验结果表明,使用上述方法开展电机弱磁控制时,能够有效测试出电机直、交轴电流输出,电机转速能够达到电机期望转速,说明其控制效果较好。

基于模型预测算法内置永磁同步电机弱磁控制

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)在弱磁控制阶段的不稳定性以及运行时所产生的转矩和电流波动等问题,提出根据电机不同区域运行特点,将其分区域进行预测控制,提高运行效率与稳定性。该方法将有限集模型预测转矩控制与内置式永磁同步电机相结合,分成3个控制区域,根据电机基速阶段最大转矩电流比和高速弱磁阶段最大转矩电压比控制以及逆变器特点在各区域提出不同的成本函数对电机进行有效约束,然后利用特定的转折条件使区域之间平稳过渡,完成电机转速的提升。方法能够实现电机在不同控制区域的稳定运行,有效发挥电机潜能,保证电机高功率输出。通过仿真验证了该方法的正确性与可靠性。

轴向磁通混合励磁同步电机弱磁控制

轴向磁通混合励磁同步电机(AFHESM)结合了轴向磁通电机和混合励磁同步电机的优点.为了研究AFHESM的运行性能,本文分析了它的拓扑结构和磁场调节机理,并推导了它的数学模型.基于传统弱磁控制理论,提出了一种将转速反馈控制、相角反馈控制和电压反馈控制相结合的闭环弱磁控制策略,利用MATLAB/Simulink建立了AFHESM的弱磁控制系统模型.仿真结果验证了该方法的有效性.

基于单电流调节器的永磁同步电机深度弱磁控制及模式切换控制策略

为解决传统双电流调节器弱磁控制策略因交叉耦合和电流调节器饱和导致的系统不稳定问题,提高电流动态响应速度,本文提出一种稳定的永磁同步电机深度弱磁控制策略——基于电压相角的改进型单电流调节器弱磁控制及模式切换控制策略。该控制策略集成了动态性能优异、控制结构简单、不依赖电机参数、电压利用率高和可移植性强等优点。在分析了不同单电流调节器的稳定运行范围后,根据系统控制需求的不同,规划了不同的电流轨迹,设计了不同单电流调节器弱磁控制策略,优化改进了恒转矩区和弱磁区切换条件,确定了恒转矩区和弱磁区切换时保持电压相角不变的关键,提出了不同单电流调节器切换时,可根据控制需求的不同,设计不同的切换方法,但须确保切换时交轴电压保持不变的切换关键,使控制策略便于工程应用。仿真和实验验证了所提方法的稳定深度弱磁能力和切换控制策略的有效性,最终实现了6.3倍深度弱磁控制和弱磁区不同单电流调节器在电动工况和发电工况下的平滑切换。

负载能力最大化的PMSM弱磁控制交轴电压给定策略

永磁同步电机通过弱磁控制可实现宽领域调速,其特有的交叉耦合现象使双电流调节器在进行弱磁控制时具有诸多限制。利用交叉耦合现象的单电流弱磁控制策略具有重要研究价值。定交轴单电流调节器弱磁策略存在电机带载能力未得到充分利用的不足。提出一种负载能力最大化的新单电流调节器弱磁控制策略。经仿真验证,该策略能够显著提高永磁同步电机在进行弱磁控制时的最大负载能力。

一种加速启动的IPMSM复合弱磁控制策略

针对内置式永磁同步电机在传统电压外环弱磁控制下,启动过程中弱磁控制生效慢的情况,提出一种前馈补偿与电压外环相结合的复合弱磁控制策略。根据电机的电压极限圆方程、转矩方程,求解得到不同工况下电压外环弱磁控制的理想稳定点,以该稳定点的直轴电流作为弱磁电流的前馈分量。给定参考转速和参考转矩,通过查表的方式得到前馈弱磁电流指令,再结合电压外环,得到最终的弱磁电流指令。通过仿真和实验验证该策略在能完成电机扩速需求的前提下,实现更快地启动。

永磁同步电机的两种反馈式弱磁控制方法的稳定性比较研究

对于反馈式弱磁控制,通常有两种方法,即基于dq轴电流的反馈式弱磁控制(DQFFC)和基于电流幅值和角度的反馈式弱磁控制(CAAFFC),被广泛使用并被认为相互等价。该文基于最大扭矩电压比(MTPV)控制,对这两种方法的系统稳定性进行了比较研究。分析结果表明,不稳定既由控制参数设计引起,也与弱磁控制方法本身的特性有关。对于方法本身导致的不稳定,DQFFC和CAAFFC在不同的工作区域中表现出了不同的特性。基于在不同的工作区域内,该文从电流调节方向的角度来说明系统稳定和不稳定的工作机制。此外,针对DQFFC和CAAFFC在不同区域内的稳定性差异,给出了MTPV控制器的控制参数设计指南。最后,通过实验结果进行了演示和验证。

永磁同步发电机的弱磁控制研究

为解决内置式永磁同步发电机(IPMSG)在高速段出现的直交轴电流耦合问题,提出了一种新颖的基于单交轴电流调节器和电压矢量角相结合的弱磁控制算法。为满足发电机在全速段运行,需要判断发电机所处运行工况对最大转矩电流比控制算法(MTPA)和弱磁算法进行算法切换。发电机的直轴电流通过电流环和电压环的调节确定,故使得交轴电压的给定值可以根据输出电压和电磁转矩的变化而变化。这使得发电机的电流矢量始终能工作在最优点上,大大提高了发电机的效率和输出能力。此算法不需查表、不依赖于发电机参数且容易实现,经仿真和试验验证了该算法的可行性和稳定性。

插入式永磁同步电主轴弱磁控制策略

为提高永磁同步电主轴的性能,在矢量控制坐标变换的基础上,对插入式永磁同步电主轴进行研究。首先,根据拉格朗日定理构造函数得到关于i_(d)、i_(q)与T_(e)关系的四阶方程,采用拟合曲线的方式对其进行近似求解,实现最大转矩电流比控制,提高了主轴电流利用率;然后利用电压极限椭圆的梯度下降法对最大转矩电流比控制产生的分配电流i_(d)、i_(q)进行修正,从而实现弱磁控制,扩展了主轴的调速范围;最后以实验室中高速磨削电主轴FL170-20-15为例,通过以上算法搭建基于MATLAB的仿真实验平台进行实验验证,并分析该控制策略的效果。实验结果显示,仿真结果和试验结果吻合较好,该控制策略下主轴系统上升时间为3.4 s,超调量仅为0.25%,由此表明:采用拟合曲线法最大转矩电流比控制和梯度下降法弱磁控制策略在理论和工程应用上均具有重要意义。

基于模糊PI的永磁同步电机弱磁控制策略

设计了基于模糊PI的永磁同步电机弱磁控制策略,旨在解决永磁同步电机运行过程中转速超调量大、转矩脉动大等问题,并结合单电流调节器弱磁法对系统进行弱磁扩速处理。该设计策略采用模糊PI控制算法、弱磁控制与MTPA控制相结合,利用模糊PI控制算法优化MTPA控制,提高了系统的响应性能和抗干扰能力。在MATLAB/Simulink中搭建了完善的数学模型,并通过仿真验证了该控制算法的有效性。

基于NDF和Luenberger观测器的IPMSM弱磁控制

内置式永磁同步电机(IPMSM)传统电流PI调节器参数固定,无法根据实时工况调整参数,且参数调整难以兼顾系统的快速性和稳定性。设计第一重模糊控制器,利用模糊控制较强自适应性特点对电流PI调节器进行参数实时调整,提高系统鲁棒性和响应特性。IPMSM在高速弱磁区域易受饱和效应和交叉饱和效应的影响,交直轴电感非线性变化,系统控制性能下降。设计第二重模糊控制器,将电感参数变化转为矢量电流调节方法,提高系统弱磁控制性能。通过Luenberger观测器观测结果对电流环进行前馈修正,实现转速补偿并提高对扰动的响应速度,快速实现对扰动的平衡。仿真结果表明,上述策略能够有效提升IPMSM电感非线性变化和外部扰动下的弱磁控制性能。

压缩机用高速永磁同步电机新型弱磁控制研究

弱磁是高速永磁同步电机提升调速能力的有效措施,常用的电压反馈弱磁控制策略下,控制系统中包含两个电流调节环,交直轴电流耦合会随转速上升而增强,导致高速驱动控制性能变差,严重时甚至引发系统失稳。针对该问题,结合压缩机电机的负载特性,提出一种基于电压限幅的新型单电流弱磁控制策略,通过对q轴电压进行动态限幅,在一个控制拓扑下实现了中低速弱磁时双电流调节模式及高速弱磁时单电流调节模式的自然过渡。仿真及实验结果验证了该方法的有效性,相比电压反馈弱磁控制方法,较好地解决了高速电流耦合问题,且提高了弱磁的动态响应。

基于恒扭矩牛顿迭代法的永磁同步电机弱磁控制研究

电机高转速工况下,电机需要进行弱磁控制。由于永磁同步电机的永磁体磁通不能改变,因此只能通过在永磁体的负方向上增加电流id并减小电流iq来进行电机的弱磁控制。根据电机所有工况下完整的电流分布的数学公式,利用牛顿迭代法来求出在最大电流和电压限制下的恒扭矩弱磁控制,以解决d-q轴电流分配的问题,同时,通过仿真模拟结果验证牛顿迭代法在电机控制上应用的可行性。牛顿迭代法能利用公式非常精确地给出各种工况下电流分配策略,电机响应时间更短。牛顿迭代法对电机控制系统设计、测试和标定等环节起到重要的辅助作用,同时对永磁同步电机在电动汽车领域的推广和应用有很大的意义。