基于SABO算法的PMSM弱磁和MTPA控制方法

永磁同步电机因其结构紧凑、噪声较少、功耗较少、运行速度快、操作稳定,已被普遍采用。针对永磁同步电机弱磁控制过程中,转速环参数选取采用传统PI(proportional-integral)控制方法,依靠经验整定参数,外界抗干扰能力较差、难以保证在各运行区间具有优良性能等问题,提出了一种基于减法平均优化算法的永磁同步电机的弱磁和MTPA(maximum torque per ampere)控制的宽运行范围方法。将智能寻优算法、MTPA控制、弱磁控制三者相结合,利用减法平均优化算法优化PI控制器的参数,提高了系统的响应性能和抗干扰能力;工作电压未超过电压极限圆使用MTPA控制策略运行;工作电压超过电压极限圆利用电压闭环反馈,进行弱磁控制。使用MATLAB/Simulink构建的永磁同步电机弱磁控制仿真模拟,通过PI控制器和减法平均优化算法优化后的PI控制器性能对比,从仿真结果得到控制器方法的有效性。实验有效证明了该控制方法能够解决各种运行工况下控制器参数的优化整定问题,提高电机控制精度。

基于联合仿真的电励磁同步电机线性自抗扰控制

针对电励磁同步电机(EESM)在车用电机控制方向的研究,通过Maxwell设计EESM有限元模型,基于Simulink搭建电机控制系统模型。然后,根据凸极EESM的电机特性和电磁转矩分析,在控制系统中采用最大转矩电流比(MTPA)矢量控制方式在Simulink-Maxwell进行EESM控制系统的联合仿真验证。同时,控制系统电流环应用线性自抗扰控制(LADRC),基于电机已知参数在LADRC中设计模型辅助—扩张状态观测器(MA-LESO),以观测和消除系统扰动变量。仿真实验表明,采用MTPA矢量控制的电机在带载时转速波动降低,带载能力增强;在电流环中采用MA-LESO的LADRC控制器能使电机转速在稳态时波动更小,在带载时的抗干扰性能更强,电机运行过程相对稳定;电机负载转矩和定子电流在空载、负载时的波形更稳定,显著提升了电机运行性能。

基于新型双滑模结构的永磁同步电机控制策略

针对传统永磁同步电机无感矢量控制系统中存在转速超调、强抖振以及鲁棒性差等问题,在位置环提出了一种以边界层可变的分段函数作为切换函数的新型全阶滑模观测器(NFSMO)并引入模糊控制模块实现对新切换函数边界层的自适应调节,使系统的高频抖振问题得到有效削弱以及提高了转子位置的观测精度;在速度环提出了一种新型趋近律与改进型扩展状态观测器(IESO)相组合的新型速度滑模抗扰动控制器(NSMDC),结合最大转矩电流比(MTPA)拟合模块能够有效降低扰动误差对系统造成的影响,提高系统的稳态性能。仿真结果表明:与传统方法相比,新型双滑模控制方法不仅能够有效改善系统的滑模抖振,且具有更优的抗干扰性和稳定性。

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%。

基于改进型虚拟注入法IPMSM的MTPA控制

针对传统虚拟注入法IPMSM的MTPA控制策略,其在信号注入阶段复杂的坐标变换过程以及信号处理环节由于带通滤波器与低通滤波器级联带来动态响应慢的问题,提出一种改进型虚拟注入法IPMSM的MTPA控制策略。首先,在虚拟信号注入过程直接将高频信号注入到采样滤波得到的id、iq中,简化复杂的开方运算过程;其次,根据改进后的虚拟信号注入方法推导新的MTPA判据公式,对高频响应信号进行信号解调后依次通过低通滤波器和积分器得到最优电流矢量角;最后通过仿真以及搭建8.4 kW的内置式永磁同步电机实验平台验证改进型虚拟注入法的有效性。实验结果表明,改进型虚拟注入法能够有效简化计算,且在消除级联响应后仍具有强鲁棒性,加载实验速度超调仅且只有3 r/min(0.375%),动态响应时间提高约0.2 s。

永磁同步电机效率优化的最大转矩电流比控制方法

对永磁同步电动机效率优化的最大转矩电流比进行了研究.根据PMSM在d-q坐标下的基本方程,用极值原理建立了d、q轴电流与转矩的非线性方程组;推导出d、q轴电流与转矩的非线性方程组和d、q轴电流与转矩的表达式;实现了最大转矩电流比控制方法.为便于工程应用,在最大转矩电流比控制的基础上,将转矩与d、q轴电流的表达式进行了线性化,采用优化方法,给出了最大转矩电流比控制的工程近似算法,该方法非常接近最大转矩电流比控制的性能.

并列式混合励磁磁通切换型电机及其电流矢量控制策略研究

为解决永磁磁通切换式电机磁场调节困难的问题,研究了一种新型并列式混合励磁磁通切换型(parallel hybridexcited flux-switching,PHEFS)电机,该电机继承了永磁磁通切换电机功率密度高、反电势正弦等优势,且具有较强的对称调磁能力。结合磁路仿真对该电机电感特性和弱磁性能进行了理论分析,建立了PHEFS电机的数学模型,提出了id 0最大转矩铜耗比电流矢量控制策略,通过对励磁电流和电枢电流的合理分配,在保证静态特性的同时,达到最大转矩铜耗比,以提高电机的运行效率。原理样机的实验结果证明了该电机良好的调磁性能及所提算法的合理性与有效性。

零矢量动态分配的PMSM直接转矩控制

为了提高电动汽车用永磁同步电动机(PMSM)驱动系统的效率,根据零矢量在PMSM控制中的特殊作用,采用了一种新的零矢量动态分配技术的空间矢量调节策略,以降低功率管的开关损耗;依据转速误差决定动态和稳态时功率管的开关频率,以降低开关次数引起的损耗;在基速运行范围内采用了最大转矩/电流控制方式,并据此改变定子磁链的给定值。仿真结果表明,与传统的直接转矩调速系统相比较,该方法在保证系统低速性能的前提下,达到了提高系统运行效率的目的。

兆瓦级永磁同步风力发电机矢量控制策略

文章针对兆瓦级永磁同步风力发电直驱系统的应用,提出了一种基于定子电流定向的永磁同步风力发电机复合矢量控制策略;该策略在发电机切入速度与转折速度间采用最大转矩电流比控制方式提高系统的发电功率,在转折速度至极限速度间,采用最大功率输出的弱磁控制方式提高系统的稳定性;根据实时检测的发电机运行状况,2种控制策略实现相互转换,应用所提方案于兆瓦级永磁同步风力发电机的控制系统,通过仿真和实验验证所提方案的正确性和可行性。

基于转矩随动控制的风电机组最优发电研究

提高变速变桨风电机组的能效转化率是风电机组整机设计人员追求的重要目标。大型商业化机组中,通常采用转速-转矩查表法来实现最佳叶尖速比跟踪。由于受到发电机最小并网转速与额定转速的约束,查表法在这两个边界转速上,只能采用斜率较大的过渡曲线来表征转矩与转速的对应关系,这影响了输出功率的平稳性,缩短了最佳叶尖速区,减少了机组的发电量。提出一种转矩随动发电机转速变化的风电机组最优发电控制实现方法:在全风速运行范围内,基于一个统一比例积分(PI)转速转矩控制器,根据发电机转速,动态设定输出转矩限值的方法。该方法可解决风速的不可测量性、风速变化不可跟踪性等难题,实现额定风速以下最大风能捕获的控制目标。仿真分析与现场测试结果表明,该算法具有良好的稳定性与动态性能,提升了机组的能效转化率。该控制算法逻辑实现简单,易于风电行业控制器推广,有较高的实际工程意义。

两相混合式同步电动机的最大转矩/电流控制

在分析了两相混合式同步电动机数学模型的基础上提出了最大转矩/电流的控制策略,充分利用了定子绕组的电流。同时提出一种基于H桥驱动的两相混合式同步电动机电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的控制策略。最后,对两相混合式同步电动机的双闭环控制系统进行了仿真和实验,给出了仿真和实验结果。

内嵌式永磁同步电机定子电流矢量最佳弱磁轨迹控制策略

针对电动汽车用内嵌式永磁同步电机(IPMSM)在高温高速下永磁体可能发生不可逆退磁的问题提出一种定子电流矢量最佳弱磁轨迹控制策略首先采用等效磁路法计算气隙磁密和永磁体负载工作点校核永磁体最大退磁工作点并计算得出永磁体的退磁电流临界值然后结合内嵌式永磁同步电机弱磁控制原理得出退磁电流临界曲线据此以最大电流输出曲线、退磁电流临界曲线和最大功率输出曲线为边界提出一种最佳弱磁轨迹仿真结果证明了该控制策略的正确性和可行性并在电流限制范围内极大提高了电机调速范围保证了大扭矩、高功率的输出改善了电机的动态和稳态性能.

永磁同步电动机矢量控制的研究与分析

利用MATLAB仿真软件建立了两种常用的永磁同步电动机矢量控制方案的仿真模型,即id=0控制和最大转矩/电流控制。从控制算法、功率因数、对参数的鲁棒性等方面比较了两种控制方案各自的优缺点。研究表明,最大转矩/电流控制算法复杂,对参数的鲁棒性不高,但在功率因数方面要高于id=0控制。给出了两种控制方案的仿真结果。

改进型预测函数控制在感应电机功率优化中的应用

在对感应电机效率优化问题进行研究的基础上,考虑到传统方法在电机动态时无法同时兼顾响应性能和效率优化的缺陷,设计了一种新型分数阶PI(FOPI)预测函数控制策略。该控制策略将预测函数控制和分数阶PI两种算法相结合,构建具有分数阶比例、积分性质的多变量预测函数控制器,兼顾了感应电机动态效率与转速响应速度的优点。应用于电动机效率优化的最大转矩电流比控制方面,采用前馈补偿解耦设计的思路,将系统分解成两个具有可测扰动的子系统。仿真实验表明新型控制策略具有在线识别模型识别模型参数,跟踪效果好,抗干扰能力强,无超调,稳态误差小,取得了良好的控制效果。

基于参数辨识的内置式永磁同步电机最大转矩电流比电流预测控制

为了实现对内置式永磁同步电机的高效准确控制,解决电机运行过程中参数变化对控制性能的影响,提出了一种基于在线参数辨识的内置式永磁同步电机最大转矩电流比电流预测控制方法。根据内置式永磁同步电机的转矩特性对最大转矩电流比的d-q电流最优关系进行化简以便于工程计算;并针对电机参数变化对最大转矩电流比工作点偏移的影响进行了分析。同时,对MTPA算法影响较大的关键参数q轴定子电感,转子永磁体磁链进行基于参考模型的自适应辨识,以确保实时的最优d,q轴电流分配。在得到准确辨识的参数和最优电流指令的基础上进行电流的鲁棒预测控制,使实际电流更快地跟踪指令,提高系统的动态性能。实验结果表明q轴定子电感,转子永磁体磁链在线辨识的误差分别小于3%,3.5%,收敛时间小于20 ms;电机能有效跟踪最大转矩电流比工作点,电流响应时间小于30 ms,能够满足内置式永磁同步电机系统稳定可靠、高效快速等运行要求。

基于改进自适应扰动观测的最大转矩电流比控制

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)的最大转矩电流比控制(MTPA)受电机参数变化影响的问题,提出一种改进的自适应扰动观测的MTPA控制策略.该方法以定子电流矢量角作为扰动量,比较控制系统前后两个时刻的电流幅值大小,确定搜索方向.将自适应PI控制融入扰动观测法中,跟踪系统随机选择相应的扰动步长,解决动稳态性能,提高精度和系统运行效率,克服传统MTPA控制方法对电机参数依赖性、提高系统整体效率优化和电流矢量角搜索精度.考虑外界因素对电感和磁链等参数变化的影响,得到内置式永磁电机(IPMSM)dq轴下最优电流矢量角.仿真和试验结果表明,所提方法具有一定的有效性.

基于输出电压动态调节的PMSM最大转矩无差拍控制

针对传统高速永磁同步电机(PMSM)无差拍控制中高速段存在的转矩、磁链失控问题,提出一种PMSM电压限制下的无差拍转矩控制方法(voltage limited deadbeat torque control,VL-DBTC)。在建立分析PMSM无差拍调节器非线性转矩、磁链调节原理的基础上,阐明了高速段逆变器输出电压限制与PMSM转矩输出之间的本质关系。在此基础上,通过细分PMSM无差拍转矩跟踪项为最大转矩输出和精确转矩跟踪以满足全速段系统要求。最后,搭建了110 kW高速永磁同步电机对拖实验平台,验证了VL-DBTC方法在母线电压限制下的最大转矩输出性能的优越性。

PMSM最大转矩电流比无速度传感器控制

针对永磁同步电机最大转矩电流比矢量控制系统,采用模型参考自适应,建立永磁同步电机最大转矩电流比无传感器控制的系统模型。选取永磁同步电机自身方程作为参考模型,其电流模型作为可调模型,在同输入的情况下,利用两模型输出之间的误差,选取合适的自适应率来实时调节可调模型的参数,使得两模型的稳态误差趋于零。仿真分析和实验结果表明,所提出的永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统的转速辨识方法误差小,精度高,动态性能良好。

双三相永磁同步电机占空比直接转矩控制

针对双三相永磁同步电机传统直接转矩控制中存在转矩脉动和电流谐波大的问题,提出了一种基于合成虚拟矢量和占空比调制相结合的改进直接转矩控制策略.利用脉宽调制技术对电压矢量进行重构,得到12个虚拟矢量并组成新的开关表.根据占空比调制原理,在一个控制周期内同时作用一个虚拟矢量和一个零矢量,采用一种简单的占空比计算方法得到虚拟矢量在一个采样周期内的作用时间.仿真结果表明,该方法可以有效减小谐波电流和转矩脉动,同时保持了传统直接转矩控制的优点.

永磁同步电机通用化最大转矩电流比控制

对于永磁同步电机的最大转矩电流比控制,提出了一种适用于不同电机参数的通用控制方法。该方法对永磁同步电机的电机参数以去磁电流为基准进行标幺化处理,通过标幺值使各种类型及容量的电机物理量进行归一化,从而建立统一的、符合最大转矩电流比控制关系的表格供矢量控制查表,适用于表面式及嵌入式永磁同步电机。当电机类型发生变化引起电机参数变化时,只需调整去磁电流、直轴和交轴电感等参数而不需修改表格即可使控制软件应用于新的电机。最后,将本方法应用于电动汽车用电机系统,验证了所提出的方法。