Compensation of Dead-Time Effect of Speed Sensorless Vector Control System

The key of speed sensorless vector control system lies in the accurate orientation of magnetic field. In some field-oriented algorithms, the integrator of observers and the dead-time effect bring in system errors during the estimation of field position. In this paper, a saturated feedback integrator is used, and the dead-time effect is compen- sated by current positive feedback. Experiments were carried out on the hardware platform of MCK2407, with chip TMS320LF2407 from TI Company. The results show that the prooosed method is simole and effective, and the accuracy of field position is improved.

单相级联型多电平变换器直流纹波电压分析及抑制策略

级联H桥型多电平变换器采用移相变压器+整流供电时具有功率因数高、输出电压谐波含量低等优点,在大功率工业领域范围内得到了广泛应用。传统的调制算法都以假设直流母线电压恒定为前提,然而在直流侧会出现低频纹波并被调制和传输到负载,导致输出电压波形畸变。目的为了探讨级联H桥单元供电侧存在大量直流纹波电压导致输出负载电压波形畸变的问题,方法本文首先采用双重傅里叶理论分析直流纹波电压,在此基础上引入一种直流纹波前馈补偿策略,通过测量每个级联H桥的直流侧实际输入电压除以电压基准值并与传统载波信号相乘,进而与调制电压进行载波移相调制;同时采用矢量控制,通过FFT变换虚拟出无功电压,以获得更快的收敛速度、更高的稳定性和更小的振荡。结果仿真和实验结果表明,所提调制算法和控制策略可有效抑制负载电压中的低次谐波,减小输出电压波形畸变,实现逆变电源的快速动态响应和无稳态误差控制。结论实验结果验证了本文所采用的调制策略和控制策略的可行性与合理性。

高速永磁同步电机解耦控制——低载波比数字延时与Smith预估控制

永磁同步电机(PMSM)运行在高速工况时,由于逆变器的开关频率受限使得载波比较低,会出现数字延时加剧的问题,直接影响了系统的控制性能,甚至造成系统失稳。针对低载波比工况下的数字延时问题,首先对数字延时环节进行精确的复矢量建模,并基于转速及电流环带宽的根轨迹、闭环零极点图及波特图分析数字延时对系统性能的影响,并给出考虑延时后系统的临界失稳转速。结合复矢量解耦策略,提出一种改进的基于Smith预估控制的解耦延时补偿电流控制策略,能够避免高速低载波比工况下系统失稳的问题,提高了电流环的稳定性,同时具有较好动态响应能力和解耦性能。采用Simulink仿真对比验证了所提的解耦延时补偿控制策略的有效性。

基于SVPWM补偿优化的三电平NPC并网逆变器容错控制

为保证并网系统中三电平中点箝位(neutral point clamped,NPC)型并网逆变器单相桥臂短路或断路故障后持续运行,提出一种基于空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)的优化补偿型低共模电压容错控制策略。首先,通过分析故障后八开关三相逆变器(eight switch three phase inverters,ESTPI)拓扑开关状态对应的共模电压大小,确定参考电压矢量合成规则;然后,通过一个基波周期内中点电流情况分析中点电位波动机理,进而对空间矢量合成进行调节补偿;最后,设计低通滤波器和滞环控制器进一步对补偿进行优化调整,保证并网电流质量的同时有效抑制了直流母线中点电位偏移。仿真结果表明,该容错控制策略能够实现三电平NPC并网逆变器单相桥臂故障后并网系统的稳定可靠运行,每个基波周期有三分之一时间的共模电压得到改善,优化补偿后的并网电流质量显著提高,且在并网电流突变时具备良好的控制特性。

基于扰动观测器的永磁同步电机非奇异终端滑模控制

针对传统滑模控制中系统误差收敛速度缓慢以及系统固有抖振问题,采用一种自适应幂指数趋近律的非奇异终端滑模控制方法设计速度环控制器,在避免奇异现象的基础上实现系统误差快速收敛,提高了趋近速度并有效改善系统抖振问题。仿真结果表明基于滑模扰动观测器下非奇异终端滑模的控制策略有效提高了永磁同步电机控制系统的动态响应能力和鲁棒性。

新能源农机用双永磁游标电机的模型预测电流控制

模块化双永磁游标电机兼具高转矩密度和低铁耗,适用于低速大转矩的直驱应用领域。针对新能源农机用模块化双永磁游标电机控制系统存在的转矩脉动大、电流谐波多和转速波动大等问题,提出一种基于改进式模型预测电流控制策略。相比于传统模型预测电流控制,提出的控制策略采用双矢量模型预测电流控制,在每个控制周期内可同时选择2个任意电压矢量组合作用,扩大了电压矢量的选择和幅值调节范围,可进行更准确的电流控制。同时,考虑系统延迟,在预测控制中加入电流延迟补偿环节。仿真结果表明,所提的控制策略可有效减小转矩脉动、电流谐波和转速波动,提升系统的控制性能。

基于前馈补偿的永磁同步电机电流环解耦控制

针对采用传统PI电流调节器的永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统中电流环相互耦合问题,设计了以反馈电流为输入的电压前馈补偿型电流调节器。在Matlab/Simulink环境下分别搭建了采用两种不同电流调节器的矢量控制系统进行对比分析,仿真结果表明,采用电压前馈补偿型电流调节器时系统动、静态性能更好。最后进行了PMSM矢量控制系统实验验证,实验结果进一步证明了改进方案的可行性和优越性。

链式静止同步补偿器的直流电容电压平衡控制

针对链式静止同步补偿器中直流电容电压平衡的问题,在分层控制架构的基础上,提出基于有功电压矢量叠加的平衡控制方法。上层通过解耦控制完成三相链接总的有功和无功控制;下层采用所提出的平衡控制,在上层输出的控制量上叠加一个与输出电流方向平行的有功电压矢量对同相链节间的有功进行分配,实现直流电容电压平衡控制。对直流电容电压平衡控制进行矢量分析,得到其稳定工作区域以及所提控制方法的物理意义和调控范围。研制了一台三相36个链节的物理样机,并在样机上进行了实验验证,证明了所提控制方法的有效性和可行性。

基于空间矢量双滞环策略的STATCOM直接电流控制方法

提出一种适用于STATCOM的直接电流控制新方法以减小开关频率和电流跟踪误差。该方法通过指令电流求导矩阵替代参考电压预测方法,能够准确判定参考电压矢量的位置,并根据误差电流矢量与双滞环阈值的大小选择优化的开关状态输出。与其它电流控制方法相比,基于空间矢量双滞环策略的直接电流控制方法可以保证无功电流的快速响应性能,同时有效降低开关频率。仿真与实验结果证明其良好的动静态性能。

通过选择SVC安装地点提高静态电压稳定性的新方法

选择静止无功补偿器(static var compensator,SVC)或其它类型的并联型无功补偿装置的安装地点对提高电力系统电压稳定性是一个重要而实际的课题。该文提出一种采用向量场正规形理论,以非线性参与因子为依据,确定SVC安装位置的新方法。由于所提出的方法可计及电力系统非线性特性对电压稳定性的影响,因此与线性化分析方法相比,该文提出的方法在系统具有强非线性特性的条件下,仍能准确选择SVC的有效安装地点。为验证所提出方法的有效性,将所提出的方法用于New England39节点系统,确定在系统中使用SVC的最有效位置,通过对几种情况下系统电压稳定性指标的比较,验证所提出方法的有效性。

交流传动矢量控制系统时延补偿

系统时延的存在降低了矢量控制系统性能,对大功率低开关频率交流传动变流器性能影响尤其明显,当电机在中高速段运行时,可能导致系统的不稳定。针对此问题,本文分析了系统时延对于交流传动矢量控制系统稳定性的影响,提出了一种基于q轴电流误差的新型系统时延补偿算法。该算法克服了传统延时补偿方法的局限性,实现简单,较好地消除了延时引起的系统在中高速时电机电流振荡、转速摇摆等不稳定现象。最后,在110kW异步电动机交流传动矢量控制实验平台上验证了时延补偿算法的有效性。

交流励磁双馈电机分段并网控制策略

针对交流励磁双馈电机转子位置初始误差提出了一种补偿控制器。根据电网电压矢量控制时双馈电机数学模型,推导了定子开路稳态时转子电流与定子电压的关系,并基于此构建了转子位置初始误差的补偿控制器。对所提出的初始误差补偿原理进行了分析。另外,将该补偿控制器应用到风力发电系统实际并网控制过程,提出一种交流励磁双馈电机分段并网控制策略。设计了控制器,并在所搭建的变速恒频风力发电实验平台上作了相应的实验,结果证明了补偿控制器分段并网控制的有效性。

电压型PWM整流器预测直接功率控制

将预测直接功率控制用于电压型PWM整流器。该方法基于功率预测模型,在固定时间间隔内以满足功率误差最小为原则来选择电压矢量,从而完成直接功率控制的定频控制。借助于空间矢量调制原理实现开关状态的选择,简化了预测直接功率控制的实现过程。为了消除控制延时引起的功率误差,控制系统设计了控制延时补偿方案。2kW样机的实验结果显示,与传统相电压定向控制相比,预测直接功率控制具有更快的功率响应。另外,对控制延时的补偿显著提高了系统的动态性能。

有源滤波器滞环电流控制的矢量方法

提出了基于误差电流矢量和等效电源电压矢量的三相有源滤波器电流滞环控制的空间矢量模型 ,解决了滤波器的三相关联控制问题。利用模型中引入的误差六边形概念 ,将有源滤波器的空间矢量问题转化为平面解析问题 ,实现了逆变器状态的优化选择和控制 ,提高了系统的控制精度 ,降低了器件的开关频率。仿真结果验证了该方法的有效性。

单相动态电压恢复器复合控制技术

提出在使用直接电流控制策略对动态电压恢复器(DVR)电流内环基波分量进行前馈的基础上,利用改进型比例谐振(PR)控制器形成电压外环进行反馈控制,从而构成单相DVR的复合控制策略;并提出使用改进型自适应算法提取系统基波矢量,基于无功功率补偿策略的思想,利用矢量运算分别获得电压外环反馈控制参考值与电流内环前馈控制参考值的方法。所提出的复合控制策略能够在增强DVR稳定性的同时显著提高其响应速度,使得DVR能对系统电压基波波动及谐波扰动进行补偿,具备功率因数校正的新功能。最后通过仿真和实验,验证了所提算法的可行性和有效性。

永磁同步电动机直接转矩控制方法的比较研究

提出一种用于永磁同步电动机的基于磁链误差矢量补偿的直接转矩控制(EFVC-DTC)策略,给出了磁链误差矢量的估计算法,并将该控制策略下的稳态和动态运行性能与常规DTC进行比较。仿真及实验结果表明EFVC-DTC可以使电力开关器件工作在基本固定的频率上,磁链和转矩脉动显著减小,比常规DTC具有更优越的稳态性能,而动态转矩响应几乎与常规DTC相同。

链式静止同步补偿器的直流电容电压平衡控制策略

直流侧电容电压平衡是链式静止同步补偿器安全稳定运行的前提。针对直流电容电压不平衡现象做出分析,提出了一种叠加有功电压矢量的直流电容电压平衡控制策略。通过上下层分层控制和叠加有功电压矢量调整控制信号,使得有功功率能按需分配以弥补各级联模块间损耗的差异。上层控制通过解耦实现总体有功、无功功率控制,下层控制通过叠加有功电压矢量实现电容电压平衡控制。该策略物理意义明确、算法简洁、与其他控制量无耦合。通过基于Matlab的时域仿真和实验证明了该策略的正确性、有效性和可行性。

基于神经网络的转子电阻在线辨识及补偿方法

提出了一种基于神经网络的矢量控制感应电动机转子电阻在线辨识及补偿方法 ,建立了考虑转子电阻变化影响下电动机矢量控制的数学模型 ,仿真结果表明该方法正确可行且具有快速简单等优点。

基于转矩滑模观测器的抗负载扰动控制方法

针对负载转矩扰动对永磁同步电机控制性能的影响,将负载转矩和转速作为状态变量,选取转速实际值与观测值的偏差作为滑模切换面,设计负载转矩滑模观测器用于实现负载转矩的在线辨识。该观测器结构简单,适用于不同电流控制策略下永磁同步电机的负载转矩的在线估计。然后将实时辨识的负载转矩引入到电流环控制中形成对参考转矩的前馈补偿,抑制负载时变对控制性能的影响。理论分析及实验表明,该观测器能够准确观测负载转矩,采用的前馈补偿策略能够有效地抑制负载转矩突变对转速的影响,改善了控制系统的动态响应性能。

四开关三相无刷直流电机的直接电流控制

在回顾传统六开关三相无刷直流电机（BLDCM）基本工作原理的基础上，从简化逆变器拓扑结构，降低BLDCM系统成本的角度出发，分析了用四开关逆变器驱动三相BLDCM的工程可行性。针对四开关逆变器固有的非对称电压矢量问题，提出了四开关三相BLDCM的直接电流控制策略。该方法将系统整个工作过程划分为6种工作模式（模式1-模式6）。并对四只功率器件的关断和导通次序作了全新安排，采用滞环控制直接产生驱动BLDCM所需的相电流波形。并且指出在模式1和模式4两种特殊工作状态下，可以通过相电流的独立检测、独立控制，来对非工作相的反电动势效应进行补偿，抑制工作相相电流的畸变。为了验证方案的可行性，设计了具体的实验系统。最终的实验结果表明了控制箫略的正确性和有效性。