表面式永磁同步电机模型预测直接转矩控制备选电压矢量集合研究

针对传统永磁同步电机模型预测直接转矩控制在转子旋转坐标系计算电流和磁链,需要转子坐标旋转变化,且以逆变器生成的全部电压矢量作为备选电压矢量集合,计算负担影响较大,提出了定子磁链坐标系下的表面式永磁同步电机模型预测控制直接转矩预测,通过定子磁链扇区及磁链和转矩增减控制判断,精简备选电压矢量集合。仿真对比不同备选电压矢量集合控制下,表面式永磁同步电机模型预测控制直接转矩预测的控制性能,并基于STC89C51单片机平台,实验对比不同备选电压矢量集合下模型预测控制的运算时间。综合考虑不同备选电压矢量集合下表面式永磁同步电机模型预测控制直接转矩预测系统的控制性能和计算负担,给出了一种较为理想的备选电压矢量集合。

基于模糊控制的永磁同步电机动态有限状态集模型预测转矩控制

永磁同步电机传统有限状态集模型预测转矩控制一般采用逆变器生成的全部电压矢量,并且电机在任何运行状态下,备选电压矢量集合均固定,从而使得转矩脉动大和计算量较大。基于电压矢量幅值和角度对磁链和转矩变化的作用规律,采用模糊控制器动态确定备选电压矢量集合。模糊控制器输入为定子磁链和转矩误差,输出为3个备选电压矢量的幅值和角度。仿真结果表明与传统固定有限状态集相比,其可有效减小磁链和转矩脉动,减小了模型预测转矩控制的运算量,但平均开关频率有所增大。为了减小平均开关频率,将零电压矢量也作为备选电压矢量之一。仿真结果表明:使用零电压矢量可有效减小平均开关频率,但动态下转矩响应较慢。为了提高转矩动态响应,提出当系统处于动态时,备选电压矢量只使用模糊控制器输出的3个电压矢量,仅当系统处于稳态时,才加入零电压矢量。仿真结果表明:该策略使得系统控制性能基本保持不变,提高了转矩动态响应速度,并消除了动态下磁链和转矩脉动。

表贴式永磁同步电机有限集模型预测转矩控制成本函数研究

针对表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制系统,提出了一种均衡磁链控制和转矩控制的权重系数设计方法,将磁链控制和转矩控制转换为相对误差率的成本函数,从而无需权重系数设计。仿真结果验证以上2种成本函数运行效果良好,但前者对电机参数依赖性较强。由于上述2种成本函数均不含磁链约束项,转矩动态下磁链出现较大的脉动。因此提出了一种含磁链控制约束的成本函数,仿真结果表明,可有效消除磁链脉动。同时,还设计了使用磁链约束项代替磁链控制项的成本函数,但仿真结果表明,虽也可有效消除磁链脉动,但控制效果不及前3种成本函数。

基于模糊控制的永磁同步电机直接转矩控制

设计了基于模糊控制的永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统,采用模糊控制器取代了传统DTC系统中的磁链和转矩滞环比较器及开关表。仿真结果表明:模糊控制PMSM DTC系统运行良好,可实现四象限运行,与传统开关表相比,可有效减小转矩脉动和平均开关频率。研究了转矩误差论域和零电压矢量对模糊控制性能的影响,并基于转矩角对电压矢量作用的影响规律,提出了考虑转矩角的PMSM模糊直接转矩控制。仿真结果表明:在转矩角较大时,考虑转矩角的PMSM模糊DTC系统可有效减小转矩和磁链脉动,改善控制性能。

永磁同步电机有限控制集模型预测转矩控制系统研究

建立了基于定子磁链x-y坐标系的永磁同步电机(PMSM)有限控制集模型预测转矩控制(FCS-MPTC)系统,仿真验证了系统的有效性和可行性。针对磁链和转矩预测模型较为复杂的问题,提出了磁链和转矩的简化预测模型。理论分析、仿真和试验结果验证了FCS-MPTC的简化模型与常规模型控制效果相当,可明显减小计算负担,提高系统实时性能。将电压矢量幅值和角度作为FCS-MPTC的控制变量,设计了变幅值变角度的备选电压矢量集合。仿真结果表明该备选电压矢量集合可有效减小稳态转矩脉动,但动态性能不及传统备选电压矢量集合。基于不同备选电压矢量的特点,提出了根据系统状态自适应动态变化的备选电压矢量策略。仿真结果表明,该控制策略在静动态下均可取得良好的控制性能。

表贴式永磁同步电机磁链和转矩无差拍控制系统

建立了基于定子磁链坐标系的表贴式永磁同步电机(SPMSM)下一时刻的磁链和转矩计算简化模型,验证了可以采用简化模型来计算下一时刻的磁链和转矩,从而降低无差拍控制计算复杂程度,提高系统实时性能,并得到实现磁链和转矩无差拍控制的理想输出电压矢量。采用模型预测控制(MPC)选择最接近理想电压矢量的基本电压矢量作为输出电压矢量。仿真验证了所提SPMSM磁链和转矩无差拍控制系统的可行性。为了进一步提高系统实时性能,提出2种无需MPC的基本电压矢量简化选择方法。仿真结果表明所提出的电压矢量简化选择方法控制效果与传统MPC非常接近,但省却了MPC计算,减小了系统计算负担。

基于电压矢量利用率的永磁同步电机模型预测转矩控制备选电压矢量集合

传统模型预测控制(MPC)采用电压源逆变器(VSI)生成的全部7个电压矢量作为备选电压矢量集合,造成较大的运算负担。不同条件下,模型预测转矩控制(MPTC)系统对7个电压矢量的实际利用率并不均衡。在考虑定子磁链扇区、磁链和转矩控制信号和转矩角条件下,分析了表贴式永磁同步电机(SPMSM)MPTC系统对7个备选电压矢量的实际利用情况,并基于电压矢量利用率规律,提出了可动态变化的备选电压矢量集合。仿真结果表明与传统备选电压矢量集合相比,所提备选电压矢量集合可在保持控制性能基本相当的同时,减小备选电压矢量个数,有效提高系统实时性能。

模糊控制调节电压矢量占空比的永磁同步电机直接转控制系统

设计了模糊控制调节电压矢量占空比的永磁同步电机直接转矩控制系统,采用开关表选择电压矢量,采用模糊控制器调节电压矢量的占空比。仿真结果表明模糊控制调节电压矢量占空比的永磁同步电机直接转矩控制系统运行良好,可以实现永磁同步电机驱动系统的四象限运行。与直接转矩控制和传统模糊直接转矩控制相比,模糊控制调节电压矢量占空比的直接转矩控制策略可有效减小磁链和转矩脉动,降低电流谐波含量,但增大了平均开关频率。

表面式永磁同步电机直接转矩控制电压矢量幅值优化选择策略

基于电压矢量幅值为变量的表面式永磁同步电机磁链和转矩预测模型和直接转矩控制电压矢量选择区域,设计了转矩和磁链相对误差率的目标函数,提出了以目标函数值最小的最优电压矢量幅值选择策略。仿真结果表明:在优化选择策略控制下,表面式永磁同步电机直接转矩控制系统运行良好,定子磁链轨迹为理想圆,磁链和转矩均符合控制要求,转速跟踪良好,定子电流波形正弦,与开关表和幅值固定的电压矢量选择策略对比,其能显著减小转矩和磁链脉动。

表面式永磁同步电机直接转矩控制系统自适应变角度电压矢量选择策略

基于表面式永磁同步电机直接转矩控制系统电压矢量选择区域及电压矢量角度对转矩变化的影响,分析了不同角度电压矢量作用下的表面式永磁同步电机直接转矩控制电压矢量选择系统控制性能。基于不同角度电压矢量的控制效果,给出了一种自适应变角度电压矢量选择策略。仿真结果表明:本文给出的自适应变角度电压矢量选择策略在处于动态时选择对转矩变化作用较强的电压矢量,提高了系统动态性能;在处于稳态时选择对转矩变化作用较弱的电压矢量,减小了转矩脉动。仿真结果验证了本文给出的控制策略有效性。

基于双变量预测控制的表贴式永磁同步电机直接转矩控制系统

基于电压矢量幅值和相角为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)定子磁链幅值和转矩表达式,给出了9个不同幅值和相角的备选电压矢量,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量下一时刻的定子磁链幅值和转矩值,建立了基于磁链和转矩误差的目标函数,并选择使目标函数最小的电压矢量为作为下一时刻施加的最优电压矢量。仿真结果表明:在双变量预测控制下,SPMSM直接转矩控制系统运行良好,定子磁链轨迹为理想圆,磁链和转矩均符合控制要求,转速跟踪良好,定子电流波形正弦。进一步对比分析表明:与开关表和固定电压矢量选择策略相比,双变量预测控制能显著减小转矩和磁链脉动。与开关表相比,转矩脉动均方根误差降低了62.92%,磁链脉动均方根误差降低了45.05%,评价函数均值降低了60.30%;与固定电压矢量选择策略相比,转矩脉动均方根误差降低了22.40%,磁链脉动均方根误差降低了3.85%,评价函数均值降低了15.93%。

表贴式永磁同步电机直接转矩控制变幅值预测控制研究

基于以电压矢量幅值为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)磁链和转矩方程,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量幅值的下一时刻磁链和转矩值,选择使磁链和转矩误差目标函数最小的电压矢量幅值作为最优值,从而确定下一时刻施加的电压矢量。仿真结果表明:在电压矢量变幅值预测下,SPMSM直接转矩控制(DTC)系统运行良好,定子磁链轨迹为理想圆,磁链和转矩均符合控制要求,转速跟踪良好,定子电流波形正弦。预测控制需要从备选电压矢量幅值集合中选择最优幅值。理论上,备选电压矢量幅值个数越多,系统优化效果越好,但也带来更大的计算负担。研究了9种等分电压矢量情况下变幅值预测控制系统的控制效果。根据控制效果和计算负担,提出变幅值预测控制将电压矢量幅值三等分较为理想。

表贴式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制

基于以电压矢量相角为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)磁链和转矩方程,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量相角的下一时刻磁链和转矩值,选择使磁链和转矩误差目标函数最小的电压矢量相角作为最优值,从而确定下一时刻施加的电压矢量。仿真结果表明:在电压矢量变角度预测下,SPMSM直接转矩控制系统运行良好,定子磁链轨迹为理想圆,磁链和转矩均符合控制要求,转速跟踪良好,定子电流波形为正弦。研究了不同等分电压矢量相角选择区域方式下变角度预测控制系统的控制效果。综合考虑控制效果和计算负担,变角度预测控制下将相角选择区域四等分比较理想。

永磁同步电机模型预测转矩控制简化备选电压矢量集合研究

传统模型预测控制采用两电平逆变器生成的全部7个基本电压矢量作为备选电压矢量。每个采样周期要进行7次预测运算,造成较大的计算负担。方法一在一个定子磁链扇区内只使用5个基本电压矢量,从而将一个控制周期内的7次预测运算减少至5次。方法二采用以转矩角和定子磁链位置为输入,备选电压矢量为输出的模糊控制器对备选电压矢量集合进行简化。仿真结果表明:两种方法的磁链和转矩控制效果与传统模型预测转矩控制基本相当。模糊控制备选电压矢量集合在转矩较小时偏向使用7个基本电压矢量,使得控制性能与传统模型预测转矩控制基本相当,在转矩较大时偏向使用5个基本电压矢量,提高系统实时性。

表面式永磁同步电机直接转矩控制系统自适应变幅值电压矢量选择策略研究

基于表面式永磁同步电机直接转矩控制系统电压矢量选择区域,令选择的电压矢量相角为选择区域角平分线,分析了大幅值电压矢量和小幅值电压矢量作用下的表面式永磁同步电机直接转矩控制电压矢量选择系统控制效果,并基于选择两种不同幅值电压矢量的控制效果,给出了一种自适应变幅值电压矢量选择策略。仿真结果表明:本文给出的自适应变幅值电压矢量选择策略在动态时选择幅值较大电压矢量,提高了系统动态性能,在静态时选择幅值较小电压矢量,减小了磁链和转矩脉动。相比较固定幅值电压矢量选择策略,评价函数均值、转矩脉动均方根误差和磁链脉动均方根误差均有所优化。

基于dSPACE的电机控制器硬件在环测试研究

文章阐述了基于dSPACE的永磁同步电机控制器硬件在环的测试原理,从硬件和软件两个方面分别搭建了硬件在环仿真测试平台。在所搭建的平台上对永磁同步电机控制器进行硬件在环仿真测试,测试结果表明,该永磁同步电机控制器有着良好的功能性以及该硬件在环仿真测试平台能够对控制器进行有效测试,缩短了控制器的开发周期,减少了开发费用。

电动汽车用模糊PID控制的PMSM控制器策略研究

由于电动汽车行驶工况环境复杂,所以有必要提高永磁同步电机(PMSM)控制器的动态控制性能与抗干扰能力,通过对永磁同步电机的数学模型的分析,结合矢量控制原理,建立id=0控制下的永磁同步电机调速系统的仿真模型,提出了一种基于模糊PID控制原理的速度环控制策略。通过对模糊PID控制方法的仿真实验,不仅减少了速度环的调节时间,也能增强抵御来自电流环(或力矩环)的干扰,验证了所设计的基于模糊控制PID策略下的电机运行具有良好的性能,可以有效提升电动汽车的动力性能。