基于滑模控制的永磁同步电动机DTC仿真研究

针对传统永磁同步电动机(PMSM)直接转矩控制(DTC)中转矩和磁链脉动大的问题,在转矩和磁链控制中引入超螺旋滑模变结构,并采用基于莱维飞行的改进粒子群(PSO)算法对其可调参数优化整定。为加快系统动态响应速度,采用速度滑模控制器代替传统PI调节器。使用Matlab/Simulink对引入滑模变结构的DTC系统进行了仿真研究,分别对空载和带载条件下的转速、转矩以及磁链进行分析。仿真结果表明,滑模变结构的引入可有效抑制转矩和磁链脉动,降低转速超调,缩短过渡时间。仿真研究有助于学生更好地理解与应用滑模理论,并增强学生理论结合实际与自主创新意识。

计及磁链和电流的PMSM DTC系统中功率器件键合线老化监测方法

在闭环控制系统中,基于电参数的功率器件老化监测方法是电力电子可靠性领域的难点之一。以永磁同步电机直接转矩控制系统为例,研究基于磁链相图和电流的功率逆变器中功率器件老化状态的在线监测方法。首先,分析功率器件老化的特征,得到键合线老化引起通态电阻增加的结论;其次,研究得到功率器件键合线老化与磁链相图、直轴电流和三相电流峰值变化的关系,进而提出功率器件键合线老化的监测方法;最后,通过多组仿真实验验证了基于磁链相图和电流的在线监测方法均可实现功率逆变器中功率器件键合线老化状态的在线监测。其中,基于磁链相图的在线监测方法需要系统磁链出现一些波动时才易观测,此时功率器件处于失效状态,该方法并不可取;而基于三相电流的监测方法能够更为精确地监测功率器件老化状况,效果更为优越。

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。

基于DTC的异步电机三相六开关容错控制策略

基于DTC的三相四开关逆变器容错控制策略只能解决单管故障问题,且具有转矩脉动大的缺点。在深入分析三相四开关和六开关逆变器电压矢量特点的基础上,充分挖掘正常开关管的潜能,在不改变逆变器拓扑结构和开关管数量的前提下,重构了单管故障状态下的电压矢量扇区和开关表,提出了一种在故障状态下的三相六开关容错控制策略,可形成六个电压矢量和一个零电压矢量,较三相四开关容错控制策略仅可提供四个电压矢量有明显改善。在此基础上,分析了三相六开关可能出现的连锁故障现象,并提出了相应的容错控制策略。仿真结果表明,所提出的三相六开关容错控制策略可有效降低转矩脉动,并可处理大部分开关管连锁故障的情况,具有更大的优越性。

基于新型ADRC控制器和MC变换器的电机DTC控制系统研究

针对传统PID控制器参数鲁棒性和抗干扰性均较差的问题,提出了一种基于简化参数的自抗扰控制器(ADRC)的感应电机(IM)直接转矩控制(DTC)方法,它以给定转速和实际转速作为输入信号,并以给定电磁转矩作为输出信号,从而设计了基于简化参数的ADRC速度控制器。另外,由于传统DTC系统中采用常规的矩阵变换器(MC),其电压传输比较低,难以满足电机对电压的要求,直接影响了电机的输出特性,依据三相boost斩波器和MC的优势,提出一种新型MC直接转矩控制(DTC)方法,并对其进行建模分析,从理论上证明了该拓扑结构的合理性。仿真结果表明了提出的电机DTC控制系统的转速和转矩响应快速,转矩脉动大大减小,系统具有良好的动、静态性能。

遗传BP网络转速辨识器的设计及在DTC中的应用

为实现无速度传感器直接转矩控制,有时采用神经网络转速辨识器,但前馈神经网络结构难以确定,运用BP算法时又极易陷入局部解。将遗传算法和BP算法结合,采用混合编码的遗传算法优化神经网络的结构及网络初始权值,再利用BP算法对网络权值进行精确调节;这种将遗传算法与BP算法相结合的GA+BP算法,实现了遗传算法的全局搜索能力与BP算法的局部寻优性能的互补结合。将所设计的神经网络转速辨识器运用到直接转矩控制系统当中,利用MATLAB/SIMULINk实现无速度传感器控制系统的仿真实验结果表明,该算法具有良好辨识效果。

无轴承异步电机SVM-DTC系统研究

针对无轴承异步电机这一多变量、非线性、强耦合的系统,采用空间电压矢量调制技术(SVM)与直接转矩控制(DTC)相结合的方法来控制无轴承异步电动机。阐述了无轴承异步电机的工作原理,给出无轴承异步电机的数学模型,将整个控制系统分为旋转控制系统模块和悬浮控制系统模块,旋转模块引入SVM方法,并详细给出了基于定子磁链矢量偏差法的无轴承异步电动机SVM-DTC的分析与实现过程;悬浮模块采用电流追踪型PWM逆变器控制的方法。实验和仿真结果表明:转矩波动显著减少,运行更加平稳,系统具有良好的动态和静态性能。

一种适合DTC应用的非线性正交反馈补偿磁链观测器

提出一种适合永磁同步电机直接转矩控制的非线性正交反馈补偿定子磁链观测器,从确保磁链和反电势正交的角度出发,保证电机在宽运行范围定子磁链观测的准确性,能有效解决传统磁链观测器存在的直流漂移、磁场饱和及电机极低速运行时磁链观测不准等问题。新型观测器结构简单,无需PI调节,没有非线性饱和限幅环节,对电机参数鲁棒性好,且易于工程实现。针对一台2kW永磁同步电机,采用数字信号处理器DSP对所提出的观测器进行了数字化实现。实验表明,该观测器能在宽速度范围内精确地估算电机定子磁链,实现永磁同步电机直接转矩控制系统的高性能控制。

基于DTC-SVM的多电机并联驱动系统

多电机并联驱动系统需要多个电机能够协调运行,对电机调速性能提出了更高要求。结合多电机并联驱动系统中的平均理论,将多台并联电机的参数进行平均化处理,提出一种基于空间矢量调制的直接转矩控制的多电机并联驱动方案。该驱动系统具有转矩波动小、磁链波形平滑、电流谐波含量低、逆变器开关频率恒定等特点。仿真结果表明,在转矩误差允许范围内,多电机并联驱动系统能够高速、协调运行。

基于矩阵变换器供电的感应电机DTC系统仿真研究

对于矩阵变换器供电的电机系统,空间矢量调制法只能实现简单的开环VVVF控制且对输入电压抗干扰性能差。基于矩阵变换器开关状态的分析,把矩阵变换器视为直流母线电压为输入线电压的电压源逆变器,并通过仿真实验,验证了矩阵变换器供电的感应电机直接转矩控制系统的可行性。通过对矩阵变换器输入线电压为高、中、低3种情况下直接转矩控制转矩脉动的分析,得出了一种有效减小转矩脉动的控制方法。输入电压非正常下的仿真结果表明矩阵变换器供电的感应电机直接转矩控制系统对输入电压具有较强的鲁棒性。

SVM-DTC控制的永磁同步伺服系统仿真

矢量控制永磁同步电机伺服系统稳态性能好,但转矩动态性能逊色。而传统直接转矩控制虽然动态响应迅速,但稳态转矩脉动大。因此,文中在永磁伺服系统中引入空间矢量调制的直接转矩控制策略,在保持快速动态响应的同时,利用空间矢量调制方法减小转矩脉动,并利用MATLAB软件对系统进行建模仿真,同时对比于矢量控制的伺服系统。结果证明基于空间矢量调制的直接转矩控制永磁同步电机伺服系统具有动态响应速度快,稳态控制精度高,对负载扰动鲁棒性好等优点。

基于转矩角控制的异步电动机SVM-DTC系统

针对异步电动机传统直接转矩控制(BASIC-DTC)转矩磁链脉动大、开关频率不固定和空间矢量调制直接转矩控制(SVM-DTC)系统结构复杂、调节器参数设计困难的缺点,提出了一种基于转矩角控制的SVMDTC方法。该方法简化了系统结构,降低了调节器参数设计的难度;与BASIC-DTC相比,该方法减小了转矩磁链脉动,克服了开关频率不固定的缺点,而且获得了与BASIC-DTC一样的动态响应。

基于DSP的DTC调速系统在水泵调节中的应用

通过对水泵调速系统的应用研究,在对DSP的结构、直接转矩控制理论及水泵变频调速的原理深入分析的基础上,提出了一种简化的、适合于水泵调速的、基于数字信号处理器(DSP)的直接转矩控制(DTC)逆变调速系统;该控制系统是一套集控制、检测、变频调速等于一体节能型控制设备,从而实现了对水泵实时高性能的变频调速控制,达到节约能量的目的,实践证明该设备具有良好的使用价值。

基于MRAS无速度传感器的DTC系统Simulink仿真研究

异步电机的精确控制和速度辨识是交流传动系统中重要问题;文中在Simulink软件环境中构建了基于MRAS无速度传感器的异步电机DTC系统;该系统中采用DTC对异步电机进行控制,定子磁链采用在全速范围内有效的u-n模型观测器来估计,电机转速采用MRAS辨识算法来估算;由于速度辨识算法中电压模型的纯积分环节会引起的误差积累和漂移问题,采用改进积分型转子磁链估算模型来解决;仿真结果表明了文中转速辨识方法能准确推算出电机转速,所设计的控制系统动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强,具有良好的静、动态控制性能。

基于十八扇区细分的含零矢量PMSM-DTC研究

针对含零矢量的永磁同步电机直接转矩控制(PMSM-DTC)系统,在磁链圆扇区分界线处弧段出现磁链畸变、幅值调节迟缓的问题,从电压矢量与磁链的数学关系入手,根据零矢量所特有性质,分析了有效矢量和零矢量对磁链调节的影响,阐述了出现该问题的根本原因,指出零矢量在扇区分界处应用的一些缺陷,提出一种部分区域替代零矢量的解决办法。该方法将磁链圆均分为18个扇区,通过选择最优电压矢量替代扇区分界处的零矢量,从而使该区域更具可调控性,使用了Matlab/Simulink建立了相应的仿真模型,最后对上述理论分析进行了实验验证。研究结果显示:该方案可有效改善磁链和转矩波形,为进一步研究提供了相应依据。

基于参考磁链空间电压矢量调制策略的PMSM DTC系统

设计了基于参考磁链空间电压矢量调制策略的永磁同步电机直接转矩控制方案,用参考磁链控制器和空间电压矢量调制模块取代了常规直接转矩控制系统中的开关表和滞环控制器。仿真表明,与常规直接转矩控制相比较,基于参考磁链空间电压矢量调制策略的永磁同步电机直接转矩控制系统无常规DTC系统启动时的负向转矩问题,转矩和转速波动显著减少,运行更加平稳,具有更好的动、静态性能。

基于磁链和转速观测的无速度传感器DTC系统

介绍了一种改进的电压型磁链观测方法。设计了速度估计器,速度估计器与磁链观测器结合起来应用于无速度传感器的直接转矩控制。仿真结果显示具有较好的转矩、速度特性和鲁棒性。

电动汽车永磁同步电机无传感器FOC-DTC混合控制系统

针对电动汽车中永磁同步电机(PMSM)的高效控制问题,提出一种基于磁场定向控制-直接转矩控制(FOC-DTC)混合系统的无位置传感器控制系统.首先,在考虑FOC和DTC的各自优势下,构建FOCDTC混合控制系统,提高系统的稳定性和鲁棒性.然后,融入弱磁控制技术,提高电机高速运行时的控制性能.最后,利用滑模观测器,根据电机αβ轴的电流信息来估计电机转速,实现无位置传感器的PMSM控制系统.仿真结果表明,提出的系统能够准确且稳定地控制电机转速,具有可行性和有效性.

基于串联LPF和滑模自适应的异步电机DTC研究

为提高异步电机的运行效率和驱动性能,提出一种基于滑模自适应控制理论的定子磁链无速度传感器控制策略,通过Lyapunov理论推导出的自适应收敛律能准确地估计转速;针对传统磁链观测器所存在的纯积分问题,又提出串联一阶低通滤波器(LPF)的改进型磁链观测器,新型磁链观测器没有相位和幅值的偏差,能较好地抑制直流偏移;最后,通过实验验证了所提控制策略的可行性。

采用MRAS速度观测器的异步电机无电压传感器DTC研究

为提高系统的抗干扰能力,降低运行成本,提出无电压传感器控制策略,通过逆变器的导通状态和直流侧电压估算三相定子电压,采用模型参考自适应系统(MRAS)方法设计速度观测器,基于异步电机数学模型得到转子磁链的两种模型,根据合适的自适应机构得到精确的实际转速,实时调节模型参数,该控制方法简单,保持较高的控制精度。最后通过实验验证了控制策略的可行性。