考虑逆变器非理想特性的永磁电机MTPA控制策略

最大转矩电流比(MTPA)控制可以降低铜损,进而有效提高电机效率,适用于空调永磁压缩机系统,但受逆变器非理想特性的影响,最优电流矢量角追踪精度存在下降问题。研究逆变器非理想特性对虚拟直流信号注入MTPA方法的负面影响并给出补偿方法。针对控制系统数字延迟问题,根据系统采样时间对电流矢量角追踪过程中的电压信息进行校正;此外,采用基于饱和函数的死区补偿方法,降低逆变器非线性引起的电压误差。实验结果表明,所研究的逆变器非理想特性补偿方法提高了最优电流矢量角追踪的准确性。

内置式永磁同步电机的MTPA模型预测控制

提出一种内置式永磁同步电机(InteriorPermanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)的最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)方法。方法通过MTPA控制,建立了电机电磁转矩参考值与定子电流d、q轴分量之间的关系。在瞬态时,上述方法与传统的单矢量MPC相同,以d、q轴电流的跟踪误差作为代价函数,保持了传统的模型预测控制动态响应快的特点;在稳态时,采用双矢量MPC,减小了转矩脉动,改善了电机的稳态控制性能。仿真结果表明,与i_(d)=0的MPC相比,给出的控制策略动态响应快,稳态转矩脉动小,铜损耗低。

基于反推原理的PMSM速度位置协同MTPA控制

针对永磁同步电机(PMSM)传统PID位置控制中速度不可控且PI参数整定复杂的问题,文章提出了一种基于反推原理的PMSM速度指定位置跟踪最大转矩电流比(MTPA)控制方法。相较于id=0控制,MTPA控制能够有效利用凸极永磁同步电机(IPMSM)的磁阻转矩实现电机出力最大化,且仅需最小电流。文章采用公式法建立了MTPA控制下的dq电流关系式,然后设计了位置、速度和电流反推控制器,这样可以增加一个速度控制自由度,同时保证了控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制系统动态响应快、稳态误差小和参数调整少,从而验证了该方法的正确性和有效性。

采用MPC-MTPA的新能源车永磁同步电机控制研究

针对传统永磁同步电机控制器结构复杂,负载突变时动态响应速度慢,导致电机抗干扰能力差、工作效率低的问题,提出了一种模型预测控制(model predictive control,MPC)融合最大转矩比控制(maximum torque per ampere,MTPA)的电机非级联控制方法。构建MPC和MTPA控制器,利用MPC中的代价函数同时完成转矩控制和MTPA控制,在代价函数中引入动态分配的权重系数优化非级联MPC-MTPA控制器。仿真和试验结果表明:相比传统电机控制方法,提出的变权重系数非级联MPC-MTPA控制方法的稳定性提高约26%,动态响应特性提高约50%。

基于虚拟信号注入的MTPA控制稳态误差分析

基于虚拟信号注入的内置式永磁同步电动机最大转矩电流比控制中,采用的算法仍包含了定子电阻和d轴电感。当参数与电机实际值出现偏差时,就会导致MTPA控制角产生误差。根据虚拟信号注入法的基本原理,推导出由参数偏差引起的MTPA误差角表达式,对定子电阻和d轴电感偏差引起的MTPA误差角进行了理论分析和仿真研究。结果表明,在运行转速不是很低的情况下,由电阻偏差引起的误差角不大,d轴电感偏差是产生MTPA误差角的主要原因。

考虑位置观测误差的永磁同步电机无传感器驱动系统MTPA控制策略

最大转矩电流比(MTPA)控制是提升永磁同步电机无传感器驱动系统效率的重要手段之一。在无传感器驱动系统中,传统计算法根据公式推导最优电流矢量角解析解,无法计及位置观测误差变化的特性,而注入虚拟信号寻优方法受位置观测误差影响精度降低。为解决该问题,提出一种考虑位置观测误差的MTPA方法。所提方法通过比较上述两种方法在无传感器驱动系统中对最优电流矢量角不同的追踪结果估计位置观测误差,利用估计的位置误差对电机数学模型进行校正以实现最优电流矢量角高精度追踪。最后,在2.2kW内置式永磁同步电机实验平台验证了所提方法的有效性。

基于MTPA的内置式永磁同步电机转矩预测控制

针对采用矢量控制方法的内置式永磁同步电机(IPMSM)存在解耦复杂、附加优化目标难以融入系统控制等问题,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)的IPMSM转矩预测控制方法。在推导MTPA控制原理的基础上,分析了转矩预测的控制机理及性能指标函数。22 k W试验样机的仿真与试验结果表明,系统稳态及全局加减负载条件下调速性能良好、转矩动态响应迅速。该方法在重载条件下定子电流利用率显著提高,满足电动车辆驱动控制系统的性能和效率指标要求。

一种基于MTPA的IPMSM弱磁控制系统

内置式永磁同步电机,其速度运行范围与电机参数息息相关。本文从电机本身参数的角度出发,充分考虑电机实际运行的两个约束条件:电压极限椭圆和电流极限圆,对实验室电机进行分析,提出了一种基于MTPA的弱磁控制算法。在低速区,利用曲线拟合,解决了MTPA控制算法中d、q轴电流给定值无法获得解析解的问题,得到了不同转速要求时的交直轴电流给定值。在高速区,利用转矩的梯度和电压差对MTPA指令进行修正,对电机进行弱磁控制。理论、仿真和实验结果表明,在特定电机参数下,i_d=0的矢量控制无法使电机达到额定运行状态,而本文所提出的基于MTPA的弱磁算法,既满足了电机的额定运行状态,同时提高了电机的带载能力,拓宽了电机的调速范围。

自寻优最大转矩电流比矢量控制连载之一:同步电动机动态寻优MTPA控制技术综述

最大转矩电流比(MTPA)控制在给定转矩下实现电流最小化,可以有效减小铜耗,提升电机效率。传统的公式法根据同步电机数学模型推得满足MTPA的电流矢量相位角解析解,难以计及电机参数非线性变化的特性,存在固有误差。为实现高精度MTPA控制,将电机参数非线性变化纳入考量。系统介绍了考虑参数非线性变化的多种MTPA控制方法的工作原理,从控制性能、算法复杂程度、计算量等方面归纳总结了不同方法的优劣。

车用IPMSM二自由度MTPA控制研究

为提高车用内置式永磁同步电机驱动系统的速度响应能力和抗干扰性,提出在最大转矩比电流控制下,采用基于误差判断的反馈补偿型二自由度最大转矩比电流控制策略。通过对电机的数学模型进行分析,结合空间矢量脉宽调制技术,实现最大转矩比电流控制;构建传统PI控制系统和二自由度(two degree of freedom,2DOF)最大转矩比电流(maximum torque per ampere,MTPA)控制系统进行对比仿真分析。通过MATLAB/Simulink平台系统仿真分析,使用基于误差判断的反馈补偿型2DOF调节可使转速响应超调量控制在0.5%以内,响应时间缩短70%~80%。验证了所提控制策略的可行性和有效性。

一种改进的内嵌式永磁同步电机虚拟信号注入MTPA控制

针对基于虚拟信号注入的内嵌式永磁同步电机最大转矩电流比控制策略存在准确性较低、响应速度慢的问题,提出一种改进的虚拟直流信号注入法的控制策略。通过设定虚拟信号自适应律,根据不同工况的需求,实时更新在dq轴注入直流信号的方向,并进一步建立虚拟功率模型,在具有自适应律的虚拟直流信号的响应下,利用虚拟功率响应中的信息实现电机MTPA工作点的跟踪。与此同时,通过建立小扰动模型和李雅普诺夫函数,深入分析了控制参数对MTPA跟踪性能的影响,可通过对系统控制的调节有效减少因系统稳态振荡产生的转矩变化,验证了虚拟直流信号注入法在极值处的局部稳定性。仿真结果表明:新方法在不产生额外转矩扰动的情况下,能弥补传统直流信号注入法的误差,在保证控制精度的同时合理简化算法,可适用于不同工况下的MTPA控制。

采用VSIC-MTPA的五相内嵌式永磁容错电机短路容错控制

五相内嵌式永磁容错电机(five-phase interior permanent magnet fault-tolerant motor,IPMFTM)发生短路故障后,现有id=0容错控制策略不能利用电机内的磁阻转矩,无法维持容错运行的高转矩输出能力。为此,该文提出一种基于虚拟信号注入最大转矩电流比(virtual signal injection control-maximum torque per ampere,VSIC-MTPA)的短路容错控制。首先根据故障前后基波磁动势不变原则推导出基波降阶矩阵,构建故障下基波解耦模型;其次采用短路相电流与其反电势的关系求取抑制短路电流负面影响的补偿电压;最后通过注入虚拟高频信号获取容错控制下的MTPA因子,使电机运行于最大转矩点。通过实测20槽/14极IPMFTM故障运行下的动、静态特性,验证理论分析的正确性和可行性。

MTPA控制的直接转矩控制系统研究

为提高凸极式永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)运行效率,提出了一种基于最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)控制的直接转矩控制系统新方案.详细论述了将MTPA应用于PMSM直接转矩控制(Direct TorqueControl,DTC)中的理论推导及其工程简化计算方法.利用矢量图分析了常规的DTC和MT-PA控制的DTC.通过仿真对这两种DTC进行了稳态和动态性能对比分析,证明了新方案不但具有常规DTC优良的动态性能外,在输出相同转矩的条件下,新方案所需的定子电流更小,从而有效提高了系统的稳态运行效率,特别是在电机重载的情况下尤其有效.

基于多目标FCS-MPC的永磁同步发电机MTPA控制

永磁同步发电机系统常用控制策略是电压外环和电流内环的双闭环矢量控制,在实际PI控制中,控制效果对系统参数的依赖度较高,且不同工况下最优PI参数不同,因此在变工况控制情况下控制效果不佳。课题组针对永磁同步发电机的最大转矩电流比(MTPA)控制,提出了一种基于多目标有限集模型预测控制(FCS-MPC)的MTPA控制方法,在FCS-MPC基础上,通过多目标优化建立代价函数,实现转矩参考值跟踪、MTPA优化控制和最大电流约束,可以代替传统的基于双闭环的矢量控制及电流模型预测控制,具有较强的鲁棒性和良好的动静态性能。通过MATLAB/Simulink仿真分析及基于STM32F407IGT6的硬件系统的实验对比,验证了方法的可行性,有效实现了永磁同步发电机的MTPA控制。

基于模糊PI的PMSM弱磁和MTPA复合控制研究

永磁同步电机因为其结构简单、效率高、调速性能好等优点而被广泛应用,为了可以得到更宽的调速范围,需要对电机进行弱磁控制。传统的弱磁控制中没有充分利用电机电压,导致电机效率和带载能力下降。针对这一问题,提出一种将变交轴电压单电流弱磁控制与MTPA控制相结合的控制策略,充分利用电机电压,提高永磁同步电机的调速范围和效率,并用模糊PI调节器代替传统的PI调节,使电机运行时更加稳定。最后,通过仿真实验验证该控制策略的有效性和正确性,实现永磁同步电机在较宽调速范围内的稳定运行。

基于MTPA的永磁同步电机模型预测转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)高凸极率的结构特点,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)的永磁同步电机模型预测转矩控制方法。首先结合数字处理系统的离散化特点,建立了PMSM调速系统的离散预测模型;重点分析了系统多个优化目标的实现机理,其中包括:开关状态限制、电磁转矩控制、MTPA优化以及最大电流限制;进而指出通过构建合适的目标函数,即可实现多项优化目标的综合最优。样机实验结果表明,所提方法在保留模型预测控制(MPC)高动态响应特性的基础上,可以有效地实现PMSM调速系统多个优化目标的综合最优。

一种凸极式永磁同步电机闭环MTPA控制策略研究

针对基速以下时采用最大转矩电流比控制的闭环矢量控制系统中,当给定转矩或负载转矩突变时,因电流调节器饱和而导致电机动态跟踪过程中实际工作状态脱离MTPA的问题,对凸极式永磁同步电机的MTPA控制、控制器饱和限幅等方面进行了研究。提出了一种d轴电流环优先响应的控制器限幅策略,以优化系统动态跟踪过程中的电流跟踪轨迹提升稳定性;在此基础上,提出了一种采用q轴反馈电流在线修正d轴给定电流的闭环MTPA控制策略;利用Matlab/Simulink搭建了系统仿真模型,并利用基于TMS320F28335的电机控制系统对闭环MTPA控制策略进行了实验研究。研究结果表明:该控制策略在转矩突变时,d轴给定电流可以实时修正,并迅速跟踪,维持电机在动态跟踪过程中实际电流矢量在MTPA附近。

基于转速估计的永磁同步电机MTPA控制

由于永磁同步电机的参数易受温度、磁饱和等因素的影响而发生变化,进而影响控制系统的精度。根据电机模型提出了一种基于转速估计的最大转矩电流比控制(MTPA)算法。仿真结果表明,提出的MTPA控制策略使电机具有较好动态响应性的同时,有效地改善了电机自身参数时变性对控制系统的影响。

内置式永磁同步电机MTPA控制效率仿真研究

针对传统内置式永磁同步电机(IPMSM)直接转矩控制及直接磁链控制中电机损耗较大问题,提出一种基于最大转矩电流比(MTPA)的效率优化方法.根据内置式永磁同步电机的数学模型,分析电机的功率损耗情况与其影响因素,有针对性地对可以减小的损耗进行降损,并采用最大转矩电流比控制法对电机进行控制.最后利用Simulink对电机运行特性进行仿真和分析,验证了采用最大转矩电流比控制法可提高永磁同步电机的效率.

永磁同步电机的中低速MTPA控制及矢量控制优化

针对永磁同步电机的特性分析了其在中低速运行中的电磁特性,提出了优化的MTPA控制策略,并进行了试验验证。