The Non-Singular Fast Terminal Sliding Mode Control of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Deep Flux Weakening Switching Point Tracking

This paper presents a novel non-singular fast terminal sliding mode control(NFTSMC)based on the deep flux weakening switching point tracking method in order to improve the control performance of permanent interior magnet synchronous motor(IPMSM)drive systems.The mathematical model of flux weakening(FW)control is established,and the deep flux weakening switching point is calculated accurately by analyzing the relationship between the torque curve and voltage decline curve.Next,a second-order NFTSMC is designed for the speed loop controller to ensure that the system converges to the equilibrium state in finite time.Then,an extended sliding mode disturbance observer(ESMDO)is designed to estimate the uncertainty of the system.Finally,compared with both the PI control and sliding mode control(SMC)by simulations and experiments with different working conditions,the method proposed has the merits of accelerating convergence,improving steady-state accuracy,and minimizing the current and torque pulsation.

Electric Drive for an In-wheel Fractional-slot Axial Flux Machine

This paper describes the electric drive for an in-wheel fractional-slot axial flux machine,designed for achieving a wide flux-weakening operating region.By using a slotted stator with fractional-slot windings and additional cores enclosing end windings,the axial flux machine reaches a wide constant power speed range.The machine is designed for increasing flux-weakening capability while obtaining low harmonic back-electromotive force and low cogging torque.A 10 N.m axial flux machine exhibiting 3 to 1 flux-weakening speed range has been built.A flux-weakening controller,able to maximize the output torque in the flux-weakening region,is designed and implemented.The goodness of both design and control algorithm is proved by experimental tests.However,such a fractional-slot machine has not only advantages.Rotor losses are very high,and they have to be properly considered during the design process.

基于六边形轨迹的永磁辅助式同步磁阻电机弱磁控制策略

永磁辅助式同步磁阻电机在高速工况弱磁运行时,直流母线电压利用率不高,电机的效率与转矩输出能力较低。为此,提出了一种基于六边形轨迹的永磁辅助式同步磁阻电机弱磁控制策略。首先,以永磁辅助式同步磁阻电机的d-q轴等效电路为基础,推导了弱磁过程的电压和电流约束,证明弱磁控制提升电机调速能力的根本原因。其次,为充分发挥永磁辅助式同步磁阻电机高速运行下功率密度较高的优势,进而推导过调制算法。并将其应用于永磁辅助式同步磁阻电机的弱磁操作中,以实现更高的直流母线电压利用率。最后,通过仿真验证所提出方法的有效性。

单稳态永磁接触器集成化磁链闭环控制技术

鉴于单稳态永磁接触器现有的控制方案存在成本高、可靠性低且优化困难等缺陷,该文提出一种集成化磁链闭环控制方案。首先,将电机传动领域的专用集成功率芯片应用到单稳态永磁接触器的智能控制中,设计其集成驱动电路;在此基础上,采用磁链闭环直接控制接触器的总磁链,在合闸过程中仅需设置一较小的恒定磁链参考值,即可实现自动弱磁,防止合闸末期永磁力过大造成严重的触头弹跳;在分闸过程中仅需设置总磁链参考值为0,即可使电磁磁链实时抵消永磁磁链,防止产生剩余吸力,造成分断速度降低,进而提高分闸性能。该文提出的方案既简化了单稳态永磁接触器硬件控制电路的设计,又降低了其优化控制的难度,对高性能永磁接触器的工程推广具有参考价值。

车用永磁同步电机高性能弱磁控制策略

提出一种基于电流预测的车用永磁同步电机弱磁控制方法,以提升永磁同步电机弱磁区的动态性能。详细分析了弱磁区的电压边界问题,以及不同电压选取规则下的稳定性问题。在此基础上,提出了一种考虑稳定性和动态特性的动态过调制策略。此外,研究了基于参数模型的电流预测控制算法,该算法具有快速动态响应和可控约束的优点,在保证稳定性的基础上可有效提升电机弱磁区域动态性能。最后,分别在仿真和实验平台上证明了所提算法的有效性。

基于电压相角调节的高速永磁同步电机弱磁控制策略

针对永磁同步电机高速运行时电流环抗扰能力差的问题,文中提出一种电压相角调节弱磁运行的谐波抑制策略。首先,通过线性化处理建立控制系统的小信号模型,进而得到系统的闭环传递函数,分析了弱磁运行的稳定性;为了克服加速过程中阻尼系数低和系统稳定性差的问题,在直轴电流调节器中引入比例微分补偿策略来实现内环反馈,以提高系统阻尼比并抑制系统谐振峰值,从而减少高速运行时的电流振荡;最后,根据等效内模控制器原理和频域分析,确定补偿器的关键参数。实验结果表明,该方法能够有效提高电流环的稳定性和控制系统的抗干扰性能,显著降低电机电流谐波含量。

梯度投影法实现永磁同步电机最优曲线跟踪

针对永磁同步电机弱磁控制在线计算复杂度高、计算负担较重的问题,提出一种高效的弱磁曲线跟踪方法,以实现永磁同步电机的运动控制,通过一种更优化的投影与迭代结合的方法实现在一定的电流、电压约束下,电机最优运行状态的在线跟踪。同时,提出了针对ADADELTA梯度下降法的一种简化方法,优化了梯度下降法的计算流程,减少了迭代次数,提高了运算性能。该方法避免了不同运行区域的算法切换,有效地发挥了电机潜能,保证电机高功率输出。最后通过电机对拖实验,验证了此算法的合理性。

基于模型预测控制的PMSM弱磁策略

针对永磁同步电机在电压反馈弱磁控制策略下,不佳的电压外环控制参数引起电流振荡和电流调节器饱和等问题,提出基于模型预测控制的弱磁策略。首先,通过将电压方程中的非线性耦合项和转速作为状态变量之一,得到电流环的线性模型;然后,基于该模型,模型预测控制以电流跟踪误差和d-q轴控制电压增量为优化目标,在每个采样周期求解有限时域内的优化问题,得到d-q轴控制电压。最后,仿真和实验结果表明,相较于传统电压反馈弱磁策略,所提出的弱磁策略的电流响应性能对电压外环的控制参数鲁棒性更高。

内嵌式永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制研究

提高变桨电机的稳态和动态控制性能,保证在不同风况及母线电压跌落的情况下维持电机高速运行的稳定性尤其重要。分析了内嵌式永磁同步电机的模型及约束条件,结合永磁同步电机的应用特点,基于SVPWM的矢量控制与电压外环的双电流弱磁控制策略,设计了矢量控制和弱磁控制系统模型并进行了仿真。基于该控制系统模型搭建了实验平台,对不同直流母线电压下矢量控制与弱磁控制的性能进行了对比测试和分析,验证了模型设计的合理性,实现了扩速性能。目前,该控制系统已应用于风机变桨伺服控制系统,具有较高应用价值。

永磁同步电机自适应弱磁控制策略研究

针对传统PI控制器难以同时满足高速弱磁和低速弱磁电压反馈回路增益非线性变换的问题,提出了一种自适应调节方案。通过分析解耦电压反馈式电流超前角控制回路中导致系统非线性的因素,设计了反比函数转速调节器和模糊控制电流超前角调节器,对弱磁工况下电压控制回路的非线性进行补偿,设计了钳位抗饱和模块以解决电压反馈积分饱和问题。在此基础上,采用粒子群优化算法,对模糊控制器的模糊规则权值和比例因子进行离线优化。通过仿真和试验证明了自适应弱磁算法响应特性优于传统PI电压反馈控制算法。

永磁同步电机弱磁转矩响应速度提升策略

弱磁控制技术能够有效地拓宽永磁同步电机运行速度范围,因此对永磁同步电机弱磁控制的研究具有重要意义。大多弱磁控制通过单一的PI环节修正弱磁电流指令,其响应速度较慢,难以满足高性能的控制需求,且由于弱磁环的高耦合、非线性,PI参数整定困难。针对以上不足提出一种折算查表的方法作为前馈加入到控制系统中,加快了弱磁调节的速度;同时采用增益线性化的方法,通过分析不同工作点处小信号模型的变化,解决了通过经验整定的弱磁环控制器的固定PI参数无法应对工作点变化的问题,从而提高了系统的稳定性和准确性。最后根据仿真和实验验证了改进的方法,能够有效提升弱磁控制的性能。

基于ADRC的电动汽车内置式永磁同步电机控制策略

针对电动汽车内置式永磁同步电机在运行过程中存在转速响应差、超调量大和对外界抗干扰能力较低等一系列问题,提出了一种基于自抗扰控制(ADRC)的内置式永磁同步电机控制策略。自抗扰控制器不需要被控对象有精确的数学模型,将被控对象的所有不确定因素视为“未知扰动”,并对这些扰动进行实时补偿。在永磁同步电机控制系统的转速环中应用ADRC控制器取代传统的PI控制器,提高电机的控制精度和对外界的抗干扰能力。同时在内置式永磁同步电机控制系统中,在电机额定转速以下采用最大转矩电流比(MTPA)控制,在额定转速以上采用超前角弱磁的方法实现弱磁扩速。仿真结果表明,所提出控制策略是有效和可靠的。

一种基于间接定子量的牵引电机三电平控制技术应用研究

为满足大功率牵引电传动应用场景对电机输出转矩高精度、快响应等要求,文章提出一种基于间接定子量控制(Indirect Stator Quantities Control,ISC)的牵引电机三电平驱动控制方法。首先,结合ISC控制特点和异步电机模型提出了一种动态弱磁控制方法,保证了电机在高速弱磁区转矩的高动态响应。其次,为有效解决传统三电平算法存在的中点电位不平衡问题,根据中点箝位型(Neutral Point Clamped,NPC)三电平逆变器不同开关矢量对中性点电位的不同作用,基于电荷周期平衡精准计算和比例积分(Proportional Integral,PI)控制器原理,提出了一种具有平衡精度高、抗干扰性能强的新型中点电位平衡控制策略。最后通过仿真研究与某轨道交通大功率异步电机对拖试验测试,试验结果表明文章所提出的控制方法具有高动态响应、高中点电位平衡度、高转矩控制精度等优点。

无位置传感器的智能永磁接触器弱磁控制及合闸动态特性分析

针对永磁接触器提出了一种弱磁控制策略,实现合闸过程的智能化闭环控制,使其动态吸力和反力达到良好配合。结合磁路和电路模型,实现了动铁心实时位移信号的无位置传感器检测。耦合电压平衡方程和机械运动方程,建立了弱磁控制策略下合闸过程的动态数学模型,并采用4阶龙格–库塔法仿真了合闸动态过程。实验结果表明,通过调整和优化正、反向PWM占空比,可实现线圈正、反向电流的有效控制,由此调节动触头和动铁心的运动速度,使触头一、二次弹跳明显减少。仿真与实验结果比较吻合。

基于交直轴电流耦合的单电流调节器永磁同步电机弱磁控制

基于交直轴电流耦合的单电流调节器弱磁控制是一种新颖的永磁同步电机弱磁策略,能够解决双电流调节器在电机高速域相互冲突而易于饱和的问题。交轴电压指令如何确定是此方法的研究重点,直接影响电机的电压利用率、效率以及负载能力。该文基于电机电压方程对电流耦合调节弱磁控制基本原理进行描述,并提出改进的控制方法。利用id-iq坐标平面上的定子电流轨迹,对现有方法的缺点和所提出方法的预期控制效果进行了分析。在小信号范围内,对所提出方法的动态控制过程和可控性进行了阐述。所提出的电流耦合调节变交轴电压弱磁控制策略,交轴电压指令根据电机工况自行调节,无需查表,且不依赖电机参数,易于实现。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和性能优势。

电动汽车用永磁同步电机超前角弱磁控制

提出了一种电动汽车用内置式永磁同步电机超前角弱磁控制方案,实现了高倍、平滑扩速和降低控制系统成本的目的.该控制方案以电机端电压对变频器直流母线电压的利用率为基础,通过构建一个新的电压指数外环,从而确定定子电流矢量角的偏移度,最终实现弱磁扩速的目的.该方案弱磁过渡平滑,且与电机参数无关,并能实现电动汽车用永磁同步电机的高倍弱磁扩速,不仅满足了电动汽车宽速度运行的要求,同时还降低了工业成本.仿真与实验结果表明了该控制方案的可行性和有效性.

基于梯度下降法的永磁同步电机单电流弱磁优化控制

针对目前的单电流弱磁控制方法无法实现内置式永磁同步电机高速区运行效率最优的问题,提出一种基于梯度下降的单电流弱磁优化控制方法。首先在分析单电流弱磁控制思想的基础上,根据电机运行点恒转矩方向在电流下降梯度上的投影关系,在线寻优修正交轴电压使其工作电流达到最小值,从而实现了系统效率的提升;同时证明了梯度下降方法在解决内置式永磁同步电机弱磁优化控制问题时结果的惟一性;最后分别搭建了基于Matlab/Simulink和d SPACE的仿真与试验平台,与现有弱磁优化方法的对比试验研究结果表明,该文提出的方法可提高内置式永磁同步电机高速区的运行效率,为系统的高效运行提供了有效途径。

混合励磁同步电机铜耗最小化弱磁调速控制研究

混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous motor,HESM)具有调磁方便、调速范围宽等优势,在工业、军事领域应用前景广阔。该文在矢量控制和速度分区控制的基础上,针对HESM提出了一种铜耗最小化弱磁调速控制方法。该方法以电机铜耗最小化为目标,自适应地调节弱磁基速系数,在满足电枢端电压限制的条件下,对q轴电流、d轴电流与励磁电流进行最优配置。在深入分析弱磁基速系数对电机运行性能的影响的基础上,应用自适应控制方法对其进行调节以提高电机的调速范围、效率及动态特性等综合性能。最后,通过仿真和电机驱动实验验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。结果表明,所提出的HESM弱磁控制方法,可实现电机综合性能的最优化控制。

混合励磁同步电机弱磁控制

为了研究混合励磁同步电机在高速时的带载能力、速度控制性能与抗干扰能力,提出了基于模糊控制的励磁电流弱磁控制策略和自抗扰控制的速度控制策略。在分析了励磁电流与电枢电流弱磁控制特点以及弱磁控制与电机带载能力之间关系的基础上,以转速误差与负载观测值为模糊控制输入,实现给定励磁电流的动态调整,协调励磁电流在混合励磁同步电机控制中带载与弱磁扩速之间的矛盾,使在满足弱磁扩速要求的基础上,提高了带载能力与速度控制性能;为了克服混合励磁同步电机调速过程中的参数耦合及负载扰动等影响,采用自抗扰控制方法,提高了调速系统的抗干扰能力。最后,仿真验证了所提出控制策略的有效性和可行性,提高了系统在高速时的整体动态性能。

一种过调制算法及其在永磁同步电动机弱磁控制中的应用

提出了一种逆变器的电压空间矢量PWM过调制算法。和以前的算法相比,它的优点是算法简单实用,不需要计算保持角,当系统有电流环时不需要计算调制系数。在整个调制范围内,即从线性区直到六阶梯模式,算法可以统一处理,不用区分电压矢量处于哪种过调制区,输出电压可以连续变化。结合这种过调制算法,同时设计了一种电压闭环控制的弱磁控制算法。该算法不需要准确地知道电动机参数和转速等变量,将其应用于永磁同步电动机矢量控制系统中,获得了令人满意的效果。文章还介绍了实验系统的构成,给出了实验结果,实验结果证明了理论分析的正确性。