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%。

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。

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。

车用永磁同步电机的改进MTPA控制策略研究

针对车用内置式永磁同步电机(IPMSM)的最大转矩电流比(MTPA)的控制原理,研究一种改进的MTPA控制策略。根据变步长搜索的理论,该策略通过对理论转矩表达式进行多项式拟合,计算出需要的初始转矩角;进而从该初始值开始进行变步长搜索以获取最优转矩角,从而实现最大转矩电流比的最优控制。仿真和实验结果说明:该方法成功避开了电感和磁链等电机参数对控制性能的影响,而且弥补了传统搜索法搜索速度慢,搜索精确度较差的缺点,提高了系统的快速性和控制的准确性。该方法实现简单,具有实际工程应用性。

考虑磁饱和的感应电机MTPA转矩控制

感应电机的最大转矩电流比(MTPA)控制算法根据需求转矩调节磁链幅值,以达到转矩与定子电流比值的最大化。因磁链随转矩的变化而变化,不再像传统控制算法保持磁场幅值恒定,磁场非线性饱和效应会对控制系统产生影响。针对此问题,该文提出考虑磁饱和特性的MTPA转矩控制系统。根据需求转矩以及饱和模型,通过线性搜索寻找最优磁链目标值,并在计算励磁电流时考虑d轴转子电流的动态特性,用降阶观测器观测转子磁链,并在设计滑模磁链控制器以及反步法设计转矩控制器时考虑观测误差,以确保控制器参数的设置能达到全局稳定。仿真和实验结果证明了所设计控制器的有效性。

基于MTPA的永磁同步电机滑模变结构直接转矩控制

为解决传统控制方法中磁链和转矩脉动较大、低速性能较差等问题,将滑模变结构理论应用到永磁同步电机直接转矩的最大转矩电流比控制中。设计转矩的组合滑模面和磁链的积分滑模面,进一步提高变磁通控制时转矩的响应速度和稳态性能,减小磁链的脉动;分析离散域下高氏趋近律的缺陷,设计一种带内负衰减控制的趋近律用于转矩控制,在保证系统鲁棒性的前提下减弱了抖振。仿真结果表明,该方法具有动态响应快、转矩脉动小、在恒转矩区和弱磁区对电机参数变化具有强鲁棒性。

考虑参数不确定的永磁同步电机MTPA控制综述

内嵌式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)控制方法充分利用磁阻转矩,降低电枢电流,提升系统效率,成为现代电机驱动控制的重要发展方向。在实际运行过程中,电机参数不确定导致MTPA控制偏离最优解,因此提高MTPA控制的鲁棒性和实用性具有重要意义。该文着重介绍了考虑参数不确定的多种MTPA控制方法,归纳和总结了相关方法的关键技术和研究成果。重点阐述了高频信号注入法的理论核心,探讨了由信号注入法演化而来的其他方法的性能优势和应用局限,并提出一种改进的MTPA控制方案。最后,针对考虑参数不确定的内嵌式永磁同步电机MTPA控制方法目前亟需解决的问题和发展趋势进行分析和展望。

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。

电动汽车PMSM MTPA控制系统滑模速度控制

为了提高电动汽车电机驱动系统对参数摄动和负载扰动的鲁棒性,同时削弱滑模变结构控制(SMVSC)固有的抖振,将一种改进的滑模控制策略应用于永磁同步电机(PMSM)最大转矩电流比(MTPA)控制调速系统中。采用最大转矩电流比控制方法分配定子直轴、交轴电流,将他们与转矩的关系分别拟合为低阶多项式,提高了该方法的工程实用性;速度环采用基于变指数趋近律的滑模控制策略,选取积分滑模面,并将控制律连续化,有效地削弱了滑模控制系统固有的抖振。仿真与实验表明,所设计控制器提高了系统鲁棒性,具有优良的稳态、动态性能,适用于电动汽车电机驱动系统。

内置式永磁同步电机MTPA和弱磁控制

永磁同步电机(PMSM)的矢量控制恒转矩控制常用两种控制方式:弱磁控制和最大转矩电流比(MTPA)控制。内嵌式永磁同步电机(IPMSM)输出的转矩包含部分磁阻转矩,在相同转矩输出情况下,MTPA控制所需定子电流小于弱磁控制的定子电流,这样就实现了最小铜损。当车速达到额定转速后,电机受到电池电压的限制,恒转矩控制策略无法实现电机转速的继续上升,此时电机进入恒功率运行区,通过弱磁控制策略实现在电压受限条件下的电机转速上升。提出了在低转速和无需足够大扭矩时使用MTPA控制;在转矩输出要求很大时,使用最大电流输出控制;超出额定转速后,使用最大功率输出控制,即最大电压转矩比(MTPV)控制。

电动汽车用内置式PMSM的MTPA控制算法对比研究

研究了一台25k W内置式永磁同步电机,从解析法、β求解算法、反馈算法与直接求解算法4个方面对比实现了最大转矩电流比控制,并从动态响应、稳定性方面分析了仿真结果,发现直接求解算法,系统动态响应最快,其次是β求解算法,因反馈算法,需要多次重复迭代,故系统响应最慢。当t=0.25 s处负载转矩由40 Nm阶跃到80 Nm,可以看出交/直轴电流随之增大,与解析法中的MTPA轨迹曲线一致,计算结果比较接近,以此证明了3种算法的合理性,实现了电磁转矩与转速的快速跟踪,在工程上有巨大的应用价值。

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.

考虑磁路饱和的IPMSM电感辨识算法及变参数MTPA控制策略

内置式永磁同步电机(IPMSM)d、q轴电感会随着磁路饱和程度的不同而发生改变,这会降低最大转矩电流比(MTPA)控制的有效性。考虑到定子电流引起的磁路饱和及交叉饱和效应的影响,提出了相应的d、q轴电感辨识算法和变参数MTPA控制策略。采用基于旋转高频电压注入的d、q轴电感辨识算法可在其他电机参数未知的前提下得到不同负载条件下的d、q轴电感;变参数MTPA控制策略能够充分利用标幺值化处理的优势,在转矩-最优电流控制表不变的基础上,只需根据实际d、q轴电感更新电流基值和转矩基值便可克服电感变化带来的不利影响,并实现一定转矩条件下的最佳MTPA控制。最后在电机控制实验平台上通过实验对提出的电感辨识算法和变参数MTPA控制策略的可行性和有效性进行了验证。

计及磁饱和的车用永磁同步电机MTPA控制技术

永磁同步电机具有较高的效率和功率密度,在电动汽车驱动系统中广泛应用。电机的d、q轴电感是设计控制系统的重要参数,但重载情况下受磁饱和及交叉饱和影响严重。传统控制技术忽略磁饱和效应,导致转矩控制的精确性不足。采用有限元法分析电机负载时的磁饱和情况,计算考虑磁饱和及交叉饱和的d、q轴电感参数。以此为基础,拟合d、q轴电感和电流关系。设计计及磁饱和的最大转矩电流比MTPA(maximum torque per ampere)控制,使d、q轴参考电流计算中使用的电感随电机电流变化。通过对比,证明计及磁饱和的MTPA控制能够实现输出转矩的精确控制,提高永磁同步电机的动态响应性能。

基于变阶次分段曲线拟合的MTPA控制

研究永磁同步电机转距优化控制问题,在矢量控制的基础上,对内置式永磁同步电机最大转矩电流比控制策略的优化实现方法进行了研究。在保证精度的前提下,针对电磁转矩与定子电流交、直轴分量的对应关系的求解问题,提出了一种变阶次分段曲线拟合算法。采用多段一阶和二阶多项式曲线逼近最大转矩电流比控制下转矩与交、直轴电流关系曲线。给出了算法模型,并在Matlab中进行了仿真验证,并与单段高阶多项式拟合效果进行了比较仿真结果表明,改进方法动态响应快、超调小、控制精度高,具有良好的动态性能和稳态性能。

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。

基于虚拟信号和高频脉振信号注入的无位置传感器内置式永磁同步电机MTPA控制

为了降低传统内置式永磁同步电机(IPMSM)低速无位置传感器控制系统中的铜耗,该文提出一种基于虚拟信号和高频脉振信号注入的最大转矩电流比(MTPA)无位置控制技术,以提高电机的转矩输出能力和系统效率。为避免两种控制算法相互干扰,与传统虚拟信号注入MTPA控制策略不同,该文提出的方法在估计的dq轴上注入直流信号,通过功率计算来跟踪MTPA工作点。该MTPA策略不会引起额外的损耗且不依赖于电机参数。与此同时,由于注入信号为直流信号,无位置传感器控制精度并不会受到影响。实验结果表明,所提方法在不同负载转矩、不同转速等工况下,能够在准确追踪MTPA工作点的同时准确地在线估计转子位置。

改进虚拟信号注入永磁同步电机MTPA控制

虚拟信号注入最大转矩电流比(MTPA)控制能够自寻优到电机MTPA工作点,相比于传统的公式法受到电机参数变化的影响较小。但传统的虚拟信号注入控制策略需要经过复杂的坐标变换过程,从d-q坐标系转到极坐标系,再由极坐标系转回d-q坐标系进行解算,运算量较大。本文提出一种新的虚拟信号注入方法,可以避免原虚拟信号注入方法所需的复杂的坐标变换过程,简化了运算过程。并且新的虚拟信号注入方法可以避免原虚拟信号注入方法因忽略电磁转矩泰勒展开的高阶偏导项而引入的误差。在不同工况下对电机进行了仿真和实验,验证了所提虚拟信号注入MTPA控制策略的动静态性能。实验结果表明所提方法不影响控制精度,同时可以显著减少程序运算量,具有更好的实用价值。

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。