Novel Control Strategy for Multi-Level Active Power Filter without Phase-Locked-Loop

Active power filter (APF) using novel virtual line-flux-linkage oriented control strategy can not only realizes no phase-locked-loop (PLL) control, but also achieves a good inhibitory effect to interfere. However, there are some problems in the conventional method, such as the error of amplitude, the shift of phase angle and the non-determinacy of initial oriented angle. In this paper, two one-order low-pass filters are adopted instead of the pure integrator in the virtual line-flux-linkage observer, which can steady the phase and amplitude. Furthermore, an original scheme of harmonics detection under the rotating coordinate is advanced based on the simplified space vector pulse width modulation (SVPWM) strategy. Meanwhile, by using the new SVPWM algorithm, the voltage space vector diagram of the three-level inverter can be simplified and applied into that of two-level inverter, and this makes the control for Neutral Point potential easier.

空间高速光通信基带调制信号产生与相位同步方法研究

高速调制基带信号的高质量产生与相位精确同步是实现空间光通信测距的关键技术。传统采用FPGA或数字信号处理器(DSP)与高速数模转换器(DAC)的实现方法,存在相位同步精度低、硬件实现复杂度高等缺点。该文提出一种高速光通信基带信号产生与相位同步方法,设计了相位闭环动态控制环路,通过实时调整高速信号发射时钟相位,可实现I,Q高速基带信号相位与外部参考时钟相位的确定性关系。实验结果表明:正交相移键控(QPSK)光调制信号码速率为5 Gbit/s时,相位同步精度小于2 ps,误差矢量幅度(EVM)小于8%;5 Gbit/s光通信速率误码率为10^(–7),接收灵敏度优于–47 dBm,测距精度优于2 mm。与传统方法相比,其灵敏度与测距精度均得到明显改善。

基于C2000新型DSP的电气传动系统设计

永磁同步电机高效率、高功率密度、良好的转矩性能和易于控制等优点在工业自动化、汽车、航空航天、家用电器等领域发挥着重要作用。然而,在电气传动领域不仅需要精确地控制其运行状态,还需具备复杂的工业通信和人机接口。传统电气传动大多采用比例积分环节进行速度控制,会存在积分器饱和问题,扰动消失后,积分响应变慢;复杂的工业通信和人机接口需要占用大量的芯片资源和芯片IO,导致控制成本居高不下。通过对传统的比例积分器进行改进,引入输出前馈控制,解决由于积分器饱和带来的响应延迟,并通过改进外部通信协议和外部人机交互接口硬件电路,解决了传统传动系统设计只能通过增加芯片数量来解决资源和IO占用问题。改进后的系统可以在单芯片280039C DSP上完成全部功能,由于不存在芯片间通信,通信速率和响应速度都大幅提升,现场使用情况良好。

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。

基于龙伯格观测器的PMSM双矢量模型预测控制

当永磁同步电机采用有限集模型预测控制时,虽动态性能优异,但存在稳态性能差、计算量大的问题。针对上述问题本文提出了一种基于龙伯格观测器的模型预测控制策略。首先,通过分析传统模型预测控制中占空比控制策略的次优电压矢量所在扇区的分布规律,构造新的电压矢量选择表降低了次优电压矢量的计算次数。此外,针对传统机械传感器的一系列弊端,设计了一种龙伯格观测器计算电机的反电动势,再由锁相环估计永磁同步电机转速和转子位置信息。最后,通过搭建实验平台,与传统有限集模型预测控制进行实验对比分析,实验结果表明本文所提控制策略具有更好的稳态性能和控制精度。

永磁同步电机的模糊PI控制研究

传统PID应用不变参数与计算方式来处理变化莫测的动态,因此很难协调控制系统的稳定性与快速响应。由于模糊控制具有不需要过程的精确数学模型、鲁棒性强、有较强的容错能力等优点,被广泛应用在家用电器设备、工业控制、无人驾驶等领域。本文为解决传统PID的缺点,引入模糊控制,在电流环采用模糊PI控制算法,改善了传统PID无法适应不同频率的力矩跟随等缺陷。通过仿真与实验对比分析,模糊PI控制器相对于传统的PID控制器具有更加优越的宽频带跟随适应性。

PMSM齿槽转矩引起的转速谐波数学模型与最小化方法

针对矢量控制下永磁同步电机齿槽转矩引起转速谐波的机理复杂,及当前齿槽转矩抑制方法会增加控制系统复杂性等问题,推导矢量控制下齿槽转矩引起的转速谐波数学模型,提出基于PI控制器参数整定的转速谐波最小化方法。首先,通过分析矢量控制下齿槽转矩到电机转速的闭环传递机理,推导了齿槽转矩到电机转速的闭环传递函数,构建齿槽转矩引起的转速谐波数学模型。其次,以推导的数学模型建立目标函数,采用遗传算法寻优出使得齿槽转矩引起的转速谐波幅值最小的PI参数。最后,通过仿真和实验对所推导数学模型的准确性和所提转速谐波最小化方法的有效性进行验证。结果表明,基于数学模型寻优出的速度波动最小PI参数可使齿槽转矩引起的电机转速谐波幅值降低20%以上。

针对闭环大时延的GNSS数字锁相环路设计

在GNSS终端方案设计中,跟踪环路闭环大时延将导致传统数字跟踪环路模型与实际模型的偏离,极大限制了归一化噪声带宽的约束极限,从而影响了环路的动态性能及跟踪精度。为解决这一问题,通过分析环路噪声带宽或相干积分时间发生变化对跟踪环路Z域离散模型极点位置的影响,采用参数化根方法设计了数字环路滤波器,实现了高延时情况下数字锁相环路的稳定工作。实验结果表明,相比于传统跟踪环路,在闭环时延100 ms情况下,考虑闭环大时延设计得到锁相环路的归一化噪声带宽能够实现从0.08到1.321的扩展,对于高动态、弱GNSS信号的跟踪及后续导航解算具有重要意义。

六相直线感应电机模糊间接矢量控制

针对直线电机运行于复杂环境条件下,系统建模准确度不高,参数难以整定的问题,提出了一种适用于六相直线感应电机的模糊间接矢量控制方法;在同步旋转坐标系下对六相直线电机建模,并阐述了间接矢量控制的原理;将模糊控制算法应用于间接矢量控制中的速度环,根据位移和速度的偏差直接模糊调节给定电磁力,使得参数的整定不再依赖准确的系统模型,且参数调节更为简单;通过对隶属函数分区和采用中心法清晰化,减小了模糊控制算法的计算量,从而能够满足实时计算的要求;将所提算法在数字信号处理器(DSP)中实现,并在半实物仿真平台上验证,结果表明所提算法投入后,位移和速度误差减小都超过了65%,能够实现电机速度和位移的准确控制,且通用性好。

面向机动的临近空间飞行器自适应协调控制

为提高临近空间飞行器的机动性能,提出一种结合推力矢量的新型自适应滑模控制方法,并搭建闭环最优控制分配系统,实现气动舵面与矢量喷管最优分配,保证飞行器稳定机动飞行。首先为应对机动飞行环境中复杂不确定,设计新型自适应滑模控制器,放宽了现有自适应滑模控制不确定有界性限制,获得确保姿态角稳定跟踪的期望控制力矩。引入推力矢量技术的临近空间飞行器存在多种控制输入,控制分配是机动飞行控制的关键。其次为确保机动飞行稳定安全,从稳定性角度提升分配性能,设计闭环最优控制分配策略,将期望控制力矩精确稳定地分配到执行器,完成气动舵面和矢量喷管协调控制,实现机动飞行中姿态角对参考指令的稳定跟踪。仿真结果表明:推力矢量技术对于扩大临近空间飞行器横纵方向姿态角变化范围具有有效性,同时验证了所设计控制策略能够在复杂不确定影响下保证飞行姿态稳定。

高速永磁同步电机解耦控制——复矢量解耦及参数灵敏度分析

永磁同步电机(PMSM)运行在高速工况时交-直轴耦合问题严重,对系统控制性能造成不利影响,甚至导致电流环失稳;而解耦策略的参数需要根据电机参数进行整定,对电机参数有一定的依赖性,当电机参数发生扰动失配时会影响解耦效果。针对上述问题,建立PMSM传统PI电流控制系统的复矢量模型,分析耦合对系统动稳态性能的影响。对比分析反馈解耦和复矢量解耦在解耦原理和效果上的特点,并定义解耦策略参数灵敏度函数,用于分析不同解耦策略的电阻及电感参数灵敏度。灵敏度分析结果表明复矢量解耦具有更好的解耦控制效果,对电感和电阻参数均不敏感,鲁棒性较高。采用Simulink仿真对比了不同解耦策略的效果,结合参数失配仿真验证了灵敏度分析的正确性。

基于无刷直流电机控制器设计

无刷直流电机具有运行效率高、调速性能好、结构简单、维护方便、运行可靠的优点,是电动汽车驱动系统的理想动力来源;然而,目前电机控制器响应速度慢、控制精度低、稳定性误差大、抗干扰力弱;为了解决这些难题,通过建立无刷直流电机的数学模型,研究电机的矢量控制算法基本原理以及实现方式,设计出了电流、转速双闭环的调速控制系统,通过引入先进的控制策略来提高控制器性能;最后,在电机的阶跃响应测试中,采用传统PID控制器作为转速控制外环的矢量控制策略,在稳定时间以及超调量两个方面,都不如SPSO-PID控制器;不管是从0转速时刻启动,还是转速突变的情况,传统PID控制器的超调量基本都在10%以上,SPSO-PID控制器的超调量基本控制在5%以内;实验结果表明,与传统PID控制相比,在相同的调整频率下;本次设计的控制器具有调节时间小,调速范围广,转速波动小的优点,验证了设计的可行性。

航空发动机二元矢量喷管控制系统设计及验证

矢量推进和红外隐身能力在现代空战中尤为重要,与之密切相关的是航空发动机尾喷管,根据某型发动机二元矢量喷管的特定工作条件,对其控制系统开展研究,提出了喷管喉道控制和矢量控制双回路双余度的设计方案,实现了在发动机稳态和过渡状态下调节喷口喉道面积、出口面积及矢量偏转,并在故障状态下将矢量喷口控制到安全位置等功能。经计算仿真及整机试验验证,设计方案合理可行,满足某型发动机使用要求。

大功率感应电机复矢量电流控制器设计

定子电流环控制在感应电机矢量控制中非常重要,直接影响系统的稳定性。为减少逆变器的损耗,大功率牵引系统往往运行在低开关频率下,其控制器带宽非常有限,且会产生较大的数字延时,使感应电机d轴、q轴的交叉耦合严重,导致系统动态过程中电流抖动较大,且动态响应速度严重降低,影响了电流环的控制性能。为此,文章在复矢量概念基础上建立感应电机数学模型,全面分析了交叉耦合效应的来源;同时分析了延时对异步电机数字矢量控制的影响,得到了克服延时的控制思路;最后,基于零极点对消原理,设计了一种考虑延时影响的复矢量控制器。在离散域内,该控制器消除了控制器传递函数中的耦合项,实现了d轴和q轴电流的有效解耦;同时,由于整个控制系统的传递函数是一个典型二阶系统,容易将其带宽调整至较高水平,故控制系统还具有较高的动态响应速度。仿真和实验结果表明,文章所提出的复矢量电流控制器相比于传统控制器方案,其交叉耦合误差在全速度范围内下降超过80个百分点,动态响应速度提升超过45%,且具有良好的控制性能。

汽车混合动力变速器电子油泵控制策略

电子油泵是集电子、机械、液压一体的高度集成化的车用零部件,根据应用环境需求和驱动电机种类的不同,其控制策略也不尽相同。文章针对应用于汽车混合动力变速器的电子油泵开展其控制策略研究,梳理了电机的数学模型及矢量控制基本理论,基于Simscape搭建了电子油泵的仿真模型,仿真得出电子油泵起动平稳,转速响应速度小于200 ms,稳态工况的转矩脉动约为5.88%,从仿真结果来看采用双闭环矢量控制并结合最大转矩电流比(MTPA)控制以及弱磁控制算法的策略具备实现电子油泵功能的能力。试验验证证明,在整车常用工况下,电子油泵输出高压压力能达到50 bar,润滑流量最高能达到21.4 L/min,不同电子油泵的流量输出一致性小于±4%。

基于磁场定向控制的直线电机控制系统研究

文章主要分析和研究永磁同步直线电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)的驱动控制系统。首先,建立直线电机在ABC坐标系和dq坐标系下的数学模型。其次,在dq坐标系下实现直交轴解耦,采用磁场定向控制的策略控制PMLSM,采用i_(d)=0的控制方式,并利用空间脉宽矢量调制方法调制驱动。最后,搭建PMLSM控制系统,采用速度、推力双闭环控制实现PMLSM的精确定速,同时保证其推力满足要求。

高压变频器在永磁同步减速电机直驱矿井提升机上的闭环矢量应用

针对传统矿井提升机系统故障性高、传动效率低、启动不稳定等问题,高压变频器-永磁同步电机系统的优势得以体现,该系统通过转子磁链定向闭环矢量控制技术和平稳悬停技术来保障矿井提升机的安全性和稳定性,为矿井开采提供了节能、可靠和高效的技术保障。

基于参数辨识的PMSM电流环在线自适应控制方法

针对永磁同步电机矢量控制系统中电流控制器性能因电机参数变化而下降的问题,提出了一种基于参数辨识的电流环在线自适应控制方法。利用带遗忘因子的递推最小二乘法对永磁同步电动机定子电阻和永磁体磁链进行在线辨识,然后利用得到的定子电阻和永磁体磁链对电机d-q轴电感进行在线估计,最后利用得到的辨识值计算出实时运行条件下的电流环PI参数值。实验结果表明采用本文方法计算所得的PI参数值能够在电机参数发生变化时快速实现电流的精确控制。

基于背靠背三电平电压变换器的直驱式风力发电系统

直驱式风力发电系统由2个背靠背二极管中点钳位型三电平电压变换器构成,机侧变换器采用间接转矩向量控制,通过调节永磁同步发电机的转速,实现风能最大跟踪;网侧变换器采用电网电压定向的向量控制,实现d、q轴电流解耦控制,使d轴电流控制有功功率,q轴电流控制无功功率。针对直驱式风力发电系统中能量流向以及二极管中点钳位型三电平的特点,提出了一种只需检测上、下电容电压,首发向量全部为负短向量,利用冗余电压向量控制中点电压平衡的方法。为提高该系统抗电网电压波动能力,采用软件锁相环,实现电网电压的同步。仿真结果表明,该控制策略实现了最大风能跟踪和功率因数为1的逆变。

直驱式风力发电系统中的并网逆变器

推导了并网逆变器的数学模型,为减小并网逆变器输出电流中的谐波,采用了空间矢量脉宽调制技术。根据并网逆变器在同步旋转坐标系下的数学模型,采用电网电压矢量定向的矢量控制和d、q轴电流闭环控制,实现了d、q轴电流的解耦控制:d轴电流控制有功功率,q轴电流控制无功功率。仿真和实验结果验证了该方案的可行性和正确性。