基于蜣螂优化算法的永磁同步电机模型预测转矩控制

针对永磁同步电机传统控制系统的转速跟踪能力差和抗扰性能弱等问题,提出一种基于蜣螂优化算法的永磁同步电机模型预测转矩控制(DBO-MPTC)策略。建立起基于传统模型预测控制的永磁同步电机离散系统,随后引入蜣螂优化算法参与到控制器参数的在线整定。搭建了基于蜣螂优化算法的预测控制仿真模型,验证所提策略的优越性。仿真结果表明,相较于传统模型预测控制,采用DBO-MPTC控制策略,提高了永磁同步电机的速度响应和抗干扰能力。

永磁同步电机改进型鲁棒模型预测转矩控制

针对永磁同步电机传统模型预测转矩控制策略存在脉动大、抗干扰能力差、权重因子需要反复调试等缺点,提出了一种基于自抗扰控制器的改进型鲁棒模型预测转矩控制策略。首先,通过设计转速环自抗扰控制器,并引入一种连续且平滑的新型fal函数,进一步提高了自抗扰控制的控制性能。然后,设计了一种无权重系数的价值函数,优化系统控制性能的同时简化了设计过程,解决了权重因子调试的问题。最后,采用两步预测降低延时对控制系统的影响,提高了控制精度。仿真和实验结果表明,提出的改进型鲁棒模型预测转矩控制策略有效降低了系统脉动,提高了系统的控制性能和参数鲁棒性。

永磁同步电机模型预测转矩控制共模电压抑制研究

针对永磁同步电机模型预测转矩控制共模电压较大的问题,对比分析了磁链、转矩和共模电压共同控制、直接去除零电压矢量和虚拟零电压矢量三种抑制共模电压的方法。仿真结果表明,三种方法均可有效抑制共模电压。前两种方法均未采用零电压矢量,导致磁链脉动和转矩脉动增大;虚拟零电压矢量方法既保留了零电压矢量,又有效抑制了共模电压,但开关频率有所增大;动态虚拟零电压矢量选择开关次数最小的零电压矢量生成方式,可在控制性能基本相当的前提下,有效减小开关频率,综合性能最优。

考虑电压电流限制的伺服电机无纹波转矩控制

针对伺服系统无刷电机正弦电流转矩控制纹波较大的问题,提出了一种无刷伺服电机在任意反电动势波形下的无纹波转矩控制,实现了电机驱动器在有限电压、电流范围内的功率损耗最小。首先,建立了有限电压、电流范围内的电机模型,推导了电压、电流范围边界的不等约束条件;其次,利用拉格朗日乘数法求解等效二次规划问题,提出了最优转矩控制策略;最后,在三相18极同步电机的实验平台上进行了3种情况的实验验证。结果表明,所提控制策略在相电压、电流饱和时,仍能实现转矩的精确控制,输出期望转矩;在发生单相故障时,可以隔离故障相,同时通过优化励磁电流使非故障相达到预期的转矩输出,减小了转矩纹波。

基于自然容错开关表的五相永磁同步电机直接转矩控制

五相永磁同步电机(permanent-magnetsynchronous motor,PMSM)传统直接转矩控制(direct torque control,DTC)存在相电流畸变严重、共模电压(common-modevoltage,CMV)高、转矩和磁链脉动大等问题,且无法实现相开路故障情况下的无扰运行。为解决上述问题,提出一种基于自然容错开关表的DTC策略。该策略根据PMSM开路故障前后基电压矢量的特点以及三次平面合成电压矢量为零的原则,构建虚拟矢量(virtual vector,VV),设计故障前后同一套自然容错开关表,进而不但抑制了故障导致的转矩脉动,而且在故障前后均能降低三次谐波电流、减小转矩和磁链脉动、抑制CMV。实验结果验证所提策略的可行性。

磁链分区的磁场增强型永磁电机全速域模型预测直接转矩控制

磁场增强型内置式永磁(flux intensifying interior permanent magnet,FI-IPM)电机的反凸极(L_(q)<L_(d))特性,使得正向d轴电流增强磁场,提高输出转矩的同时,也使得弱磁升速时d轴电流正负交替变化,电流角度变化大,磁链波动大,进而造成转矩脉动大、电流畸变振荡、响应速度慢等问题。针对这些问题,该文提出一种基于磁链分区的磁场增强型内置式永磁电机全速域模型预测直接转矩控制控制策略。根据FI-IPM电机速度运行区域与磁链状态映射关系,构建磁链和转矩预测模型。在此基础上,提出磁链分区控制,引入磁链差值判断增磁和弱磁运行区,并进行磁链补偿,解决不同速度运行域之间切换的震荡和不稳定问题。最后,通过实验验证所提出控制策略的有效性,为该类电机在电驱动系统中的应用提供技术方案。

基于ESO分数阶滑模调节的PMSM模型预测转矩控制

为了提高永磁同步电机调速系统的性能,提出一种基于扩张状态观测器的分数阶滑模预测转矩控制策略。采用扩张状态观测器对电机的综合扰动项、定子电流和反电动势进行实时观测,可快速准确得到它们的估计值并进行补偿;利用估计值构建分数阶滑模控制器来削弱系统抖振并提高鲁棒性;利用转矩和磁链无差拍预测控制,减少了遍历次数并降低了计算复杂度。通过仿真和半实物平台进行了验证,所得结果表明,所提出的方法能有效提升系统的鲁棒性,使电机具有良好的动态和静态性能。

永磁同步电机直接转矩控制系统实验教学设计与实现

为加深学生对电气传动控制技术和永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统理论知识的理解,培养学生的团队合作能力和综合实践能力,搭建了直接转矩控制系统的实验平台,在课程教学中引入了HiGale半实物仿真系统和MATLAB软件。学生基于MATLAB软件对永磁同步电机的直接转矩控制系统进行仿真建模、参数调试、运行和分析,并进一步在HiGale中进行半实物仿真实验,对主要实验过程及结果加以分析,使得教学形式更加多样化。该平台帮助学生加深对直接转矩控制系统的理解和认识,提高学生理论联系实际的能力,激发学生对电机控制技术的学习兴趣。

改进STSMO的PMSM无传感器直接转矩控制系统

为提高滑模观测器转子位置观测精度,抑制抖振频发,提出了一种基于超螺旋滑模观测器(STSMO)的双重滤波直接转矩(DTC)控制方法。传统滑模观测器为了提取连续的扩展反电动势估计值,通常需要外加一个低通滤波器滤除高频信号,采用STSMO来提取反电动势,在低通滤波器前提下增加了卡尔曼滤波器,形成双重滤波结构,进一步滤除噪声和干扰信号,减小估算反电动势中的纹波,同时用饱和函数替代原有的符号函数以减小抖振。实验和仿真结果证明,改进STSMO控制系统能有效抑制系统抖振,具有更好的控制精度和稳态品质。

基于虚拟方波注入的五相永磁同步电机开路故障下直接转矩控制

在传统直接转矩控制(DTC)中,参考磁链往往是一个固定值,这将导致五相永磁同步电机(PMSM)在正常及容错情况下运行时效率不高。为解决该问题,该文提出一种基于虚拟方波注入的DTC(VSWI-DTC)策略。首先,建立五相PMSM在正常和开路故障情况下的数学模型,在同步旋转坐标系中推导出恒定转矩下电流幅值与定子磁链幅值的关系。其次,设计最优定子磁链探测器。通过向定子磁链幅值中注入虚拟方波信号,根据电流幅值的变化情况补偿定子磁链幅值,在线探寻最优定子磁链幅值。最后,与无差拍DTC相结合,实现电机高效率DTC运行。实验结果表明,所提策略不但能保持DTC良好的动态性能,抑制开路故障引起的转矩脉动,而且提高了电机在正常和开路故障情况下的效率。

一种永磁同步电机模型预测转矩控制简化策略研究

针对永磁同步电机传统模型预测转矩控制(MPTC)在线计算负担较大的问题,提出了一种MPTC简化策略。通过分析基本电压矢量在定子磁链不同扇区的利用率,舍弃利用率较小的电压矢量,减小备选电压矢量数量。并分析不同转矩误差绝对值下的零电压矢量的利用率,当转矩误差较小时,直接输出零电压矢量;当转矩误差较大时,舍弃零电压矢量,将备选电压矢量最大数量减小至4个。进一步,通过成本函数增加磁链误差约束,有效降低磁链脉动。仿真结果表明,与传统MPTC相比,所提简化控制策略可有效减少MPTC系统遍历次数,减轻计算负担,降低系统开关频率,且控制性能基本相当。

周向错角开关磁阻电机及其直接瞬时转矩控制

传统开关磁阻电机由于其双凸极定、转子铁心结构以及开关型供电方式会造成强转矩脉动。针对此问题,提出了一种新型低转矩脉动周向错角开关磁阻电机。结合电机结构介绍了其运行机理,并对绕组的电感特性和转矩出力进行了分析。该电机采用内-外双定子结构,转子上同时设置内凸极和外凸极,且内、外定子铁心之间以及转子内、外凸极之间在周向上均相互错开一定的角度。内定子极上绕有辅助绕组,可以在主绕组换相期间提供辅助转矩以补偿转矩跌落,从而降低转矩脉动。利用场路耦合联合仿真,分别构建了传统开关磁阻电机与周向错角开关磁阻电机的直接瞬时转矩控制系统,对比两者在匀速运行工况下的转矩脉动情况,结果表明相较于传统开关磁阻电机,周向错角开关磁阻电机的转矩脉动更小,具有良好的转矩脉动抑制效果。

永磁同步电机三相矢量双选取预测转矩控制

针对永磁同步电机在占空比模型预测转矩控制下,存在计算量较大、稳态性能不够理想的问题,提出一种三相矢量双选取模型预测转矩控制方法。首先将定子磁链所在空间复平面6个扇区重新划分为3个扇区;其次,设计一种基于三相电压矢量的新型开关表,依据新型电压矢量选择表,从三相电压矢量中选择出两个有效电压矢量,再加入一个零矢量,仅进行一次占空比计算,就可输出任意幅值、相角的期望电压矢量。仿真结果表明,该策略减少了系统计算时间,有效地抑制了转矩和磁链脉动且稳态性能良好。

基于路面影响因子的轮毂电机驱动车辆自适应转矩控制

为实现轮毂电机驱动越野车辆在附着条件多变、路面起伏不定的复杂环境中动力性和稳定性的多目标优化,提出一种基于路面影响因子的自适应转矩控制策略。以滚动阻力差异、空气阻力归一化比例、坡度阻力归一化比例、路面附着差异方差以及最小路面附着系数5个特征参数作为输入,并基于模糊理论方法搭建路面影响因子五参数辨识模型。基于辨识出的路面影响因子,开发整车动力性和稳定性多目标优化自适应转矩控制策略,构建了三层式控制架构:顶层引入路面影响因子对加速度紧迫程度进行判定,采用模型预测控制算法得到期望总驱动力;中层为目标决策层,以最优滑转率为目标决策驱动防滑力矩,并基于路面行驶阻力,决策期望前馈补偿力矩;下层为转矩分配层,以需求总驱动力及轮胎利用率作为控制目标,引入路面影响因子优化两者权重系数,以多约束条件的混合优化算法对转矩进行自适应控制。利用Matlab/Simulink-CarSim联合仿真平台进行仿真,基于实车进行验证。结果表明,在低附着路面,在0.2s内快速完成滑转率抑制;在对开路面,侧向位移接近0;在大扭曲路面,避免腾空车轮出现大滑转率,滑转率最高0.2。

增程器无刷直流发电系统直接转矩控制策略研究

为提高电动汽车增程器无刷直流发电系统的动静态性能,提出通过控制电磁转矩来快速保持系统输出电压的稳定。对无刷直流发电系统直接转矩控制的理论依据进行了推导,研究了无刷直流发电系统直接转矩控制的原理,指出通过选择交轴分量最大的电压矢量作用于电机,可迅速控制电磁转矩。分析了电压矢量的特点,建立了无刷直流发电系统直接转矩控制电压矢量选择表。仿真和实验结果表明,采用直接转矩控制的无刷直流发电系统具有优良的动、静态性能。

柔塔型风力发电机组的转矩控制器设计

风力发电机组(以下简称风电机组)的转矩控制,需要兼顾发电效率与机组载荷,常采用恒转速-变转速-恒转速策略。针对柔塔型风电机组塔架频率低、在变转速区存在共振点,引起塔架疲劳载荷急剧增加的问题,提出一种分段式变转速策略:将传统的变转速区分解成2个变转速区和1个快速穿越区,在边界区通过及时下拉或上拉电磁转矩,使风轮转速快速上升或下降,实现共振区的快速穿越;动态调整PI转矩输出极限值,实现变转速区与恒转速区之间的平滑切换。建立用于转矩控制器设计的动力学模型,根据模型完成控制器参数设计,并对控制器的稳定性做出校验。通过GH Bladed仿真分析和风电现场测试验证,表明设计出的转矩控制器能在变转速区使机组快速穿越塔架共振区,有效避免塔架共振的发生,且在恒转速区能够较好地稳定转速,确保在不增加风电机组疲劳载荷的同时还有足够的稳定裕度,具有较高的工程应用价值。

基于滑模神经网络直接瞬时转矩控制的优化

针对开关磁阻电机在滞环控制策略中存在的较大转矩脉动问题,在传统直接瞬时转矩控制的基础上引入了反向传播(BP)神经网络控制策略,以转矩误差的平方为性能指标函数对直接瞬时转矩控制进行优化调整,抑制了电机在运行时的转矩脉动。进一步,在整体双闭环控制策略基础上,引入滑模控制对转速环节进行改进,提高了系统的响应速度和鲁棒性。最后,利用Matlab/Simulink对传统直接瞬时转矩控制和改进直接瞬时转矩控制进行仿真测试,验证了所提策略的有效性和可行性。

基于电流转矩协同控制的开关磁阻电机新型直接瞬时转矩控制策略

该文针对开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)的直接瞬时转矩控制(direct instantaneous torque control,DITC)展开研究。由于SRM的强非线性及数字控制器控制带宽的有限性,传统DITC存在电流脉冲大、系统损耗高、转矩脉动大等问题。针对这些问题,该文在脉冲宽度调制DITC(pulse width modulation,PWM-DITC)基础上提出一种基于电流转矩协同控制的新型DITC策略。该策略创新性地引入电流误差作为开关导通依据之一,在控制转矩的同时实现对电流脉冲的抑制,完成平稳换相。同时,该策略在开关导通规则中设计与具体工况相关的参数,降低转矩脉动。在此基础上,该文又提出一种开通角迭代更新方案,实现系统效率提升。相比传统PWM-DITC,该策略可有效降低换相区间内电流脉冲,提升系统运行效率,同时显著降低转矩脉动。最后,通过实验验证所提策略的有效性。

地铁车辆异步电机仿真与直接转矩控制研究

电力牵引系统是地铁列车运行与制动的核心部分,牵引电机主要采用三相交流异步电机进行控制,控制方法多样。为验证直接转矩控制法在牵引电机中的控制效果,在MATLAB/Simulink仿真设计中采用DTC控制牵引电机的转速,进而控制轨道车辆的车速,完成地铁电力牵引系统的建模。仿真过程中定子电流正弦曲线规律、定子磁链收敛为规整圆形、转矩控制及时响应,牵引电机稳定运行。仿真结果表明,采用直接转矩控制法使得城市轨道交通牵引系统具有良好的控制性能。

永磁同步电机矢量控制和直接转矩控制的对比研究

随着永磁材料的发现和现代电机控制技术的不断发展,三相永磁同步电机的控制方式逐渐演变为矢量控制和直接转矩控制两大流派,并各有千秋。矢量控制和直接转矩控制虽然在控制系统组成、控制过程、形式以及效果等方面存在差异,但是2种控制方式拥有相同的理论基础,控制本质是一致的。通过Matlab/Simulink软件仿真和转矩公式分析进行了验证。