考虑转速滤波的永磁同步电动机转速伺服系统改进型自抗扰控制器

在永磁同步电动机伺服系统中,通常根据位置信号采用M法计算转速。由于位置信号存在量化误差等原因,计算转速存在测量噪声,因此常将滤波后的转速作为反馈。在传统的转速一阶自抗扰控制系统中,自抗扰控制器的设计过程并未考虑转速滤波环节的影响,这将使系统性能受滤波时间常数的影响。提出一种考虑反馈转速滤波环节的改进型自抗扰控制器,将滤波后的转速扩张为一个新状态量,利用三阶线性扩张状态观测器估计滤波之前的转速量,并将其作为反馈。实验结果表明,改进型自抗扰控制系统具有较好的控制性能。

基于自抗扰控制的永磁同步电机位置伺服系统一体化设计

为解决位置环采用常规二阶自抗扰控制(ADRC)的永磁同步电机伺服系统中速度不可控的问题,提出一种位置、速度控制器一体化设计方法。首先,分析了常规二阶ADRC位置控制的设计方法以及存在的问题;其次,借鉴滑模控制的一体化设计思想,综合设计系统的外环控制器,采用偏差反馈的算法对转速进行限幅,实现了四段式位置伺服控制,从而解决了常规二阶ADRC中速度不可控的问题。所提方法在最高转速进行限幅的基础上,能够实现电机的最速位置定位,而且对不同的位置给定和不同的转速限幅条件均适用。仿真和实验结果验证了其有效性与可行性。

永磁同步电动机转速伺服系统PI控制器的一种新设计方法

提出了PI控制器的一种新设计方法,将所有已知和未知的扰动集中为总扰动,简化系统模型,再用积分器作为扰动观测器对总扰动进行观测并补偿。新型PI控制器中的参数与系统性能之间的关系非常简单,易于整定。针对连续变化输入,新型PI控制器引入了输入微分前馈,具有更好的跟踪性能,且输入微分前馈仅是一个微分器,与电动机参数无关,进一步简化了控制器的设计。采用离散最速跟踪微分器对阶跃输入安排过渡过程,可以消除PI控制系统阶跃响应的超调,同时提高系统阶跃响应对控制器参数的不敏感性。实验结果验证了所提方法的有效性。

针对时变输入的永磁同步电机改进型自抗扰控制器

在永磁同步电机(PMSM)调速系统中,提出了对时变输入具有更高跟踪精度的改进型模型补偿自抗扰控制(MMC-ADRC)策略。传统的自抗扰控制中,扩张状态观测器(ESO)的观测扰动项较大,通过模型补偿可以大幅减小观测扰动项,提高跟踪精度。然而当输入时变时,由于常规的模型补偿自抗扰控制(MC-ADRC)存在建模误差,系统对输入的跟踪误差仍然较大。尽管可通过增大控制器增益来减小跟踪误差,但这同时会使系统中噪声被放大,降低系统性能。在MC-ADRC基础上引入输入微分前馈(IDF)得到的MMC-ADRC,可从理论上消除建模误差,在相同增益下获得更高的跟踪精度。仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。

控制增益对永磁同步电动机自抗扰控制性能的影响

在永磁同步电动机自抗扰控制系统中,当系统的实际控制增益已知时,采用实际控制增益的控制器可获得良好的控制性能,但当系统的实际控制增益未知时,采用估计控制增益的控制器会对系统性能产生影响。将估计控制增益与实际控制增益的比值定义为增益比,分析了它对闭环系统的阶跃响应、抑制噪声性能、抗扰性能以及对连续变化输入的跟踪性能的影响。理论分析表明:增益比越大,则系统阶跃响应的上升时间越短,抑制噪声的效果越好,但抗扰性能越差;增益比越接近于1,系统对连续变化输入的跟踪性能越好。仿真和实验验证了理论分析的正确性。

永磁同步电机调速系统的一种新型二自由度控制器

在永磁同步电机调速系统中,基于扰动观测器的传统二自由度控制系统对阶跃输入的跟踪性能与其抗扰性能之间存在耦合,因此控制器的参数整定过程比较复杂。提出了一种新型二自由度控制器。这种新型控制器利用更高一阶的扩张状态观测器取代传统控制器中的扰动观测器,同时对转速和扰动转矩进行观测。利用观测的转速和扰动转矩分别作为反馈量和前馈补偿量,从而实现系统跟踪性能与抗扰性能的完全解耦,进而简化控制器的参数整定过程。最后通过实验验证了所提方法的有效性和实用性。

永磁同步电机性能分析的一种图形化方法

针对永磁同步电机(PMSM)性能分析不便的问题,提出了一种通过定子电流矢量轨迹分析PMSM性能的方法,即基于PMSM的数学模型,编写MATLAB程序,计算电机的各项性能下的参数,从而提高分析的效率。同时,以图形方式给出定子电流矢量轨迹,可让人很直观地了解电机的性能。

永磁同步电机转速环的一种变结构PI控制器

在永磁同步电机调速系统中,传统PI控制的阶跃响应存在超调的问题。采用IP控制虽可消除超调,但会使系统响应变慢,对时变输入的跟踪性能变差。为此,本文提出了一种变结构PI(Variable Structure PI,VSPI)控制器,在传统PI控制器的基础上引入输入微分前馈,并将误差比例环节与误差积分环节并联的结构改为误差的比例微分环节与积分环节串联的结构。结合遇限停止积分的抗积分饱和环节,VSPI控制在时变输入时等效于PI控制,在阶跃给定时等效于IP控制,因此,VSPI控制在解决阶跃响应的超调问题的同时提高对时变输入的跟踪精度。实验结果验证了所提控制方法的有效性和实用性。

永磁同步电机调速系统的一种变给定增益PI控制器

在永磁同步电机调速系统中,传统PI控制的阶跃响应存在超调的问题。采用IP控制虽可消除超调,但会使系统响应变慢。为此,提出带给定增益的PI控制器,在传统PI控制器的基础上,引入输入微分前馈,将误差比例环节拆成给定比例环节和反馈比例环节之差,并在给定比例环节中增加给定增益M。经优化设计,M在阶跃给定时取0.5,可实现阶跃响应的快速无超调;M在时变给定时取1,可实现无误差跟踪。为使系统能够对阶跃给定和时变给定同时具有很好的跟踪性能,在带给定增益的PI控制器的基础上,利用给定变化率判断给定类型并自动选择对应的最优增益,构成一种变给定增益PI控制器。实验结果验证了所提控制方法的有效性和实用性。

永磁同步电机转子位置求取方法

永磁同步电机(PMSM)在运转之前,转子的位置是未知的,而在矢量控制中必须确定转子的位置才能进行有效控制。在使用绝对式旋转变压器的前提下,利用电机转子装有永磁磁极的特性,通过对电机定子绕组通入直流电,使转子固定在特殊位置,利用解码模块和数字信号处理器(DSP)得到的位置信号计算出转子位置。试验结果验证了该方法的正确性。

电动伺服系统电流环设计

为了构成高性能的电动伺服系统电流环,论文介绍了永磁同步电动机矢量控制的原理和数学模型,然后根据系统动态性能的要求,设计并选择调节器的类型。仿真结果表明,所设计的电流环具有很高的电流跟踪能力,为实现高性能电动伺服系统奠定了基础。

永磁同步电动机转子位置计算方法

永磁同步电动机在运转之前,转子的位置是未知的,而在矢量控制中必须确定转子的位置才能进行有效的控制。在使用绝对式位置传感器时,利用电机转子装有永磁磁极的特性,通过对电机定子绕组通入直流电,使转子固定在特殊位置。结合解码模块和数字信号处理器,提出了一种精确计算转子位置信息的方法,实验结果验证了该方法的正确性。

基于dsPIC30F的交错并联Buck变换器研究

针对高速永磁发电系统对功率变换器宽输入范围、高功率密度、高效率等要求,设计并研制了与之匹配的交错并联Buck变换器。分析了交错并联Buck变换器的工作原理,提出了采用专用电源和电机数字控制芯片ds PIC30F2023实现逐周期限流控制的方案,解决了并联变换器的均流问题。实验结果表明,变换器具有较好的输入、输出性能,系统的安全性、可靠性以及集成性等得到提升,满足设计要求。

多相交错并联BUCK变换器断续模式下的自举分析

针对多相交错并联BUCK变换器中功率开关管电位浮动的问题对驱动电路中的自举部分进行了研究。当电感电流断续时,续流时间很短,导致自举电容充电时间过短,驱动电路自举困难。根据多相交错并联BUCK变换器输出滤波电容在一个开关周期内的电荷增加量和减少量相等这一理论,推导了单相及多相时电感电流的续流时间,指出了并联相数、输入输出电压比、滤波电感、开关周期以及负载均为影响电路自举的因素。最后,设计完成了一台400W两相交错并联BUCK变换器,进行了单相和两相交错并联的实验,验证了理论分析的正确性。

共直流母线开绕组的少稀土混合磁材料永磁无刷电机系统零序电流抑制策略

为提高少稀土混合磁材料永磁无刷电机的功率密度和转矩输出能力,采用了新型共直流母线开绕组的逆变器拓扑结构。该结构会在电机绕组内产生零序电流,一定程度上影响了电机的运行效率和稳定性。为此,提出了一种解耦空间矢量脉宽调制法,有效提高了电机端电压利用率。对共直流母线情况下共模电压和零序反电动势均会导致3、9次电流谐波的问题,采用了具有针对性的重复控制器对零序电流进行闭环控制,在简化控制系统结构的同时,有效地解决了共模电压和零序反电动势的影响。最后,通过试验验证了所提方法的正确性和可靠性。

基于解耦调制方式的共直流母线开绕组永磁电机容错控制

为了实现共直流母线开绕组系统中发生逆变器桥臂开路故障时的容错运行,同时提高容错模式下的电压利用率,根据开绕组拓扑结构的冗余性,提出一种基于中间六边形调制的共直流母线开绕组容错拓扑结构,有效提高了容错运行能力。在此基础上,通过解耦调制的引入,建立2种新型容错拓扑结构与相应的解耦角度的内在联系,提出统一的容错调制策略,在满足不同故障类型容错运行需求的同时,提高了容错运行时的直流电压利用率,拓宽了电机系统调速范围。通过构建共直流母线开绕组系统实验平台,对所提出的共直流母线开绕组电机驱动系统容错控制策略进行实验研究。理论分析和实验验证了所提策略的有效性。

基于高频注入的永磁同步电机零低速下位置传感器失效故障容错控制

为提高电动汽车等领域永磁驱动电机系统的可靠性,该文对电动汽车领域永磁同步电机位置传感器失效故障下容错控制技术进行研究。针对传统基于旋转高频注入的位置传感器失效故障容错控制策略在信号解调过程中由于多重滤波器的引入所带来滞后效应叠加、参数整定困难和动态性能受限等固有难题,提出利用二阶广义积分器来代替传统信号解调过程中所运用的带通滤波器和高通滤波器,并根据估计的转速信息来自适应地改变二阶广义积分器的中心频率,有效提高了转子位置的辨识精度和位置失效故障容错系统的动态性能,为电动汽车永磁驱动电机系统领域位置传感器失效下提供了一种行之有效的容错控制方法。通过理论分析与实验结果,验证所提容错方法的正确性和有效性。

基于移相解耦调制的少稀土混合励磁电机驱动性能研究

该文以少稀土混合励磁永磁电机为研究对象,提出一种基于移相解耦调制的平滑扩速控制策略,旨在解决传统开绕组驱动系统中存在的零序电流问题。通过推导移相解耦角对电机开绕组驱动系统运行状况的关系,设计一种积分滑模控制器,从而实现开绕组驱动系统解耦角度的灵活调节,以达到在较小电流零序分量的基础上获得系统平滑的且拓宽的扩速特性。此外,在移相解耦控制策略下,研究开绕组驱动系统任意桥臂的开路故障,通过实施绕组重连,实现电机任意移相解耦角度下的容错运行,且容错运行时系统的扩速范围不受影响。最后,加工少稀土混合励磁永磁电机的原理样机,理论分析与实验测试验证移相解耦调制策略的有效性。

基于同步旋转滤波器的磁通记忆式双凸极永磁电机无位置传感器控制

针对电机磁场空间谐波给反电势观测值带来谐波脉动,从而导致转子位置和速度观测值存在脉动误差的问题,研究一种基于同步旋转滤波器(synchronous reference frame filter,SRFF)的改进滑模观测器。采用SRFF消除反电势观测值谐波,提取反电势基波信号,用于计算电机转子位置和转速,提高观测精度,改善无位置传感器控制系统性能。最后建立磁通记忆式双凸极电机无位置传感器矢量控制实验平台,分别对采用传统滑模观测器和基于SRFF的滑模观测器电机控制系统性能进行比较,分析系统的稳态性能、转速跟随性能和抗扰性能。实验结果验证了控制策略的有效性。

电动汽车用转子永磁型无刷电机与控制系统容错技术综述

转子永磁型无刷电机具有效率高、功率密度高、控制灵活等特点,在电动汽车领域得到广泛应用。电动汽车对电机驱动系统可靠性有很高的要求,容错技术是提高电机驱动系统可靠性的重要途径。从电机结构容错设计和容错控制策略两方面对转子永磁型无刷电机系统容错技术进行系统地阐述和分析。在电机设计方面,通过电机的相间隔离设计和增加辅助励磁源设计来分析电机绕组故障与永磁体退磁故障容错技术;在电机控制方面,采用相应的容错控制策略来讨论电机绕组故障和永磁体退磁故障以及电机驱动系统中逆变器故障容错技术。最后,指出目前容错技术存在的主要问题以及未来发展方向,为电动汽车用电机驱动系统容错技术研究工作的进一步开展提供了参考。