考虑磁链变化率的永磁同步电机失磁故障复合容错控制

针对永磁同步电机(PMSM)失磁故障中磁链变化较快,近似认为磁链变化率为0会导致传统PMSM失磁容错控制方法性能受限的问题,本文提出一种基于智能比例积分微分的无模型超螺旋滑模复合容错控制(iPID-MFSTSMC)方法。首先,构建考虑永磁体磁链变化量的PMSM失磁故障数学模型,根据这一模型设计了磁链滑模观测器,实现了对于磁链及其变化率的观测。此外,针对快速变化的负载转矩设计了负载转矩导数滑模观测器。然后,基于磁链及其变化率、负载转矩导数的观测,设计了iPID无模型容错控制方法,该方法采用超螺旋滑模算法对观测误差及其他扰动进行抑制,改善了动态性能且降低了控制器参数的设计难度。利用Lyapunov稳定性定理证明了所设计容错控制方法的稳定性,并给出了参数的设计条件。最后,在磁链以及负载转矩快速变化工况下,通过仿真和实验分析表明,该方法可以有效减少系统抖振并降低超调量。

基于平均值模型的感应子脉冲发电机电容器重频充电系统分析

基于平均值模型对感应子脉冲发电机电容器重频充电系统进行了研究。分析了次暂态磁链在充电过程中的变化规律,以及次暂态磁链的变化对充电性能的影响。仿真和计算结果表明,次暂态磁链在充电过程中逐渐变小。当充电时间与发电机的电磁时间常数相当时,充电过程中次暂态磁链下降会导致充电电压明显降低,因此必须考虑次暂态磁链变化的影响。进一步研究了具有恒流控制功能的励磁电源对充电过程中调节作用的影响,并指出为了降低发电机对绝缘性能的要求,在重频充放电脉冲模式下励磁电流应该采用逐渐上升的方式。

智能跑步机异步电机变频调速直接转矩控制

因智能跑步机控制系统存在延时的问题,导致跑步机的运行损耗高、效率低。为此,提出智能跑步机异步电机变频调速直接转矩控制方法。分析异步电机的变频调速效果,构建跑步机控制约束,将模型预测直接转矩控制算法作为非线性内部控制器的控制算法,估计定子磁链后预测定子磁链和电磁转矩,建立合适的目标函数,并采用末端输出控制法获取定子磁链和电磁转矩参考值,对跑步机系统延时加以补偿,完成智能跑步机异步电机变频调速直接转矩控制。实验结果表明,所提方法控制下的智能跑步机振幅曲线波动最小,电磁转矩在(0.5~1.5)N·m之间,稳定后的运行损耗和运行效率控制在67 W和0.77%左右,可有效减小跑步机的电磁转矩脉动,降低运行损耗,提高运行效率,且具有良好的平稳性。

基于动态数学模型转速磁链闭环异步电动机矢量控制系统的设计与研究

根据三相异步电动机在三相静止坐标轴系(ABC)上的数学模型,可以确定三相异步电动机是一个非线性强耦合的复杂系统。为了对其实现矢量控制,在转子磁链定向的条件下,通过坐标轴系变换得到异步电动机在旋转坐标轴系(MT)上线性解耦的动态数学模型,并在此基础上构建具有转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制调速系统。为进一步提升控制性能,在系统中又增设了磁链观测器环节和电流滞环比较器环节。通过仿真,结果表明:该矢量控制调速系统具有响应速度快、抗干扰能力强、鲁棒性好等良好性能。

双馈感应电机无速度传感器直接转矩控制方法

风电机组双馈感应发电机运行中,由于参数变化的不确定性导致其无速度传感器直接转矩控制输出值出现异常波动,为保证双馈感应电机的频率稳定性,提出一种双馈感应电机无速度传感器直接转矩控制方法。计算转子磁链同步转速和转差速度,得到发电机的转速观测值;分析转子绕组电压空间矢量,建立磁链模型并构建电磁矩阵,在矩阵中计算定子绕组和转子绕组的磁势矢量,通过二者的矢量积得到电机的电磁转矩;转速和转矩共同组成直接转矩控制系统,实现对电机的速度调节和控制。仿真分析结果表明:采用所提方法时,在双馈感应电机启动后转速迅速增加,且在1.2 s后转速始终保持为1400 r/min,可保证转子磁链的运行轨迹接近于圆形,直接转矩控制效果平稳。

混合励磁双凸极电机电磁转矩非线性模型建模

针对混合励磁双凸极电机磁路饱和特性对电磁转矩的影响,提出一种具有几何意义的电磁转矩非线性计算模型。首先利用有限元电磁模型计算了磁链分布,提出磁链梯度的概念,根据磁共能原理,推导出电磁转矩的积分表达式,描述了其几何含义;然后仿真验证了所推导公式的正确性,并分别求解出满足恒转矩运行和最大转矩运行时的电枢电流波形,实现了电机在一定转子角度内的恒转矩输出和最大转矩输出;为便于实现方波控制,对方波电枢电流的波形参数进行优化,实现电机在方波电流下的最大转矩输出。经仿真验证,提出的混合励磁双凸极电机电磁转矩非线性模型具有计算准确、简单直观、便于应用的特点,为混合励磁双凸极电机设计提供参考。

基于改进新型电压模型的永磁同步电机控制

传统电压型磁链观测器无法去除电动势中存在的直流量,通过采用新型电压模型能够有效解决直流量累积的问题,并分析频率突变对输出磁链的影响,进一步改进新型电压模型,从而增强系统的动态性能。此外,考虑到永磁同步电机运行过程中存在的功耗问题,进而引入一种给定变化参考磁链的方法,实现永磁同步电机定子电流的最优控制,从而提升电机的运行效率。仿真结果表明,新的磁链观测器不仅能够在感应电动势出现偏移的情况下保持磁链的稳定性,而且比优化前的动态响应性能更好。

永磁同步电动机无传感器控制技术现状与发展

对近年提出的多种估算永磁同步电动机转子位置、速度的方法进行了综述,比较了各种方法的优缺点;并对中高速适用的扩展卡尔曼滤波(EKF)进行了实验研究:零速及低速时,现有的永磁同步电动机无传感器技术多是指无位置传感器,少数几种无速度估计算法都有很大的局限性。本文针对这一现状,选取基于高频信号注入+磁链观测的永磁同步电动机全速范围无传感器控制方法进行了仿真验证;最后指出复合控制方法是实现全速范围无传感器控制技术的发展趋势。

基于电感模型的开关磁阻电机参数优化

针对分析得到的磁链估算误差,提出用来修正磁链估算误差的定子回路等效电阻Req校准方法。在建立开关磁阻电机(SRM)电感模型的基础上,首先通过实验完成等效电阻Req的校准。然后在SRM控制系统中,通过在线检测方法获得电机磁链数据,将测量得到的磁链离散数据贮存于控制器的RAM中。最后,通过数据分析处理,得到优化后的电感参数。实验结果证明该方法简单高效,能够实现SRM高性能控制。

永磁同步电机三矢量优化预测磁链控制

永磁同步电机的传统模型预测控制由于备选电压矢量覆盖范围有限,因此存在单个控制周期内计算复杂、电流脉动大等缺陷,在实际工况中难以实现良好的控制性能。针对这一问题,以磁链为控制变量提出一种优化三矢量模型预测磁链控制策略,利用磁链无差拍原理计算下一周期的第一最优电压矢量,相比传统方法可减少单个控制周期内的预测次数;再遍历第一最优电压矢量与剩下有效电压矢量的所有组合选择第二最优矢量,达到备选电压矢量覆盖范围最大化;最后引入零矢量调节合成电压矢量幅值。仿真和实验验证结果表明,与单一矢量预测磁链控制相比,三矢量MPFC在保证动静态性能的同时,能够明显减小电流谐波和转矩脉动,降低计算复杂度,提高在实际系统中的控制性能。

开关磁阻电机改进型简化磁链无位置传感器技术

针对简化磁链方法只能实现单相轮流导通,不利于电机出力的问题,提出一种基于特征位置磁链的改进型简化磁链开关磁阻电机位置估计方法。根据电感、转子位置、磁链三者之间的关系,以电感曲线的交点为特征位置,用实时计算得到的磁链与特征位置磁链比较获取转子位置信号。为更进一步简化位置估计算法,提出一种五点法磁链优化模型来自动生成特征位置磁链方法,并通过理论仿真分析,对五点法磁链模型进行了优化设计,该方法省去了实测磁链和创建磁链数据表的繁琐过程。实验结果验证了该方法的正确性和可行性。

三角函数的开关磁阻电机磁链解析模型

针对现有高精确度开关磁阻电机磁链解析模型在转矩计算时过于复杂的问题,根据由磁链与转子位置曲线的对称特性,提出了一种基于三角函数的新型开关磁阻电机磁链解析模型。模型中与转子位置相关的磁链用最高次谐波数为4次的傅立叶级数表示,各谐波项的系数由一个6阶多项式表示。误差分析表明,模型计算出的磁链与转矩与通过有限元方法获取的数据匹配良好,达到现有解析模型的精确度,同时大幅减少瞬时转矩的计算开销。系统仿真和实测结果表明,在斩波控制与角度控制两种模式下,仿真和实测结果具有很好的一致性;在基于72 MHz主频的ARM Cor-tex M3内核CPU中运行磁链和转矩计算软件,其执行时间分别为60μs和187μs。

基于新型磁链检测方案的开关磁阻电机非线性建模

该文提出了一种新的相绕组磁链实测方案,充分利用四相电机的对称性,获取5条关键位置下的磁链曲线。选取了精度较高的高阶傅里叶级数重构磁链对电流和转子位置非线性映射,建立四相8/6结构开关磁阻电机非线性模型。实验波形与仿真结果基本一致,验证了该方法的正确性。该方案无需额外机械装置和电机结构参数,较有限元法、等效磁路法和传统实测磁链法更具实用性。

基于磁链与转矩特性的开关磁阻电机建模研究

提出了一种开关磁阻电机(SRM)数学建模的新方法.在已知SRM 5个特殊位置电感数据的基础上,将傅里叶级数分解和曲线拟合方法运用于磁链模型的建立中,根据虚位移原理计算获得SRM的矩角特性,并将自适应神经网络模糊推理系统(ANFIS)用于矩角模型的建立.基于非线性磁链模型与ANFIS矩角模型,对一台6/4结构的SRM进行了仿真与实验.仿真结果与实验结果基本一致,最大误差不超过5%,从而验证了这种建模方法的正确性.同时,该建模方法还可以进一步应用于SRM的磁链控制和转矩控制中,为工程设计和调试提供依据.

一种开关磁阻电机非线性磁链与转矩建模方法

开关磁阻电机(SRM)由于磁化曲线高度饱和非线性的特点,造成传统的电机性能分析和建模方法很难运用到SRM中。根据SRM磁链曲线的特点,提出了一种带修正因子的反正切函数来建立SRM模型的方法。在获得SRM 5个特殊转子位置处的9个磁链数据点的基础上,利用傅立叶级数分解和反正切函数来拟合SRM的磁链特性,并推导出电感和电磁转矩模型。该模型函数表达式简单、系数修改方便、计算精度高,并且能够直观的反映SRM的磁链、电感和转矩变化情况。以一台550 W、6/4极SRM为例,进行了仿真与实验比较,结果表明该模型能够很好的反映SRM的实际工作状况,验证了所建模型的精确性和有效性。

基于DSVM混合磁链模型感应电机直接转矩控制

在感应电机的直接转矩控制中,为了提高定子磁链观测的准确性,引入一种混合定子磁链观测模型解决电压-电流磁链模型与电流-转速磁链模型之间平滑切换的问题;同时,针对传统滞环直接转矩控制开关表中可选电压矢量数量少,且固定采样周期内作用时间不合理的缺点,运用离散空间电压矢量调制技术(DSVM),在改进原有电压矢量开关表的基础上获得了更多的有效电压矢量。利用Matlab仿真工具对系统进行了仿真研究,结果表明:与传统滞环直接转矩控制相比,转矩脉动有所降低。最后,通过实验验证了方案的可行性。

基于定子磁链模型的异步电机转子时间常数辨识

针对异步电机在运行过程中,由于温度变化或磁场饱和等原因,造成电机参数发生变化,尤其是转子时间常数变化影响矢量控制系统性能的问题,提出了一种基于定子磁链模型的转子时间常数的在线估计方法。定子磁链的电压-电流模型具有结构简单,对参数依赖性小的优点,依据模型参考自适应(model reference adaptive system,MRAS)原理,将其优化后作为参考模型建立系统,能够在宽调速范围内更加准确的辨识出转子时间常数,并采用Popov稳定性理论,设计出自适应律,保证了系统的稳定性。通过仿真和实验验证了该方法的正确性和可行性。

多段初级永磁直线同步电机驱动的垂直提升系统

按照多段式初级永磁直线同步电机实际结构,利用有限元法求出电机次级在不同位置时各段初级的电感、励磁磁链和切向磁力,构建这些量和次级位置间的函数关系。考虑了电感和磁链的不对称性及励磁磁链中的谐波分量,推导出线参数状态方程。以次级位置和速度为关键变量建立系统整体仿真模型。对系统进行动态仿真和特性分析。实验结果表明,所建模型能很好的反映系统特性,是分析系统的有效工具,所提方法也适用于其它类型的永磁直线同步电机。

基于边界约束RBF网络的SRM磁链特性在线建模

针对开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)本体非线性所带来的难以建模的问题,研究了SRM的磁链特性在线建模。在分析边界约束RBF网络(boundary constraints radial basis function,BC-RBF)的拓扑结构与学习算法的基础上,提出了以DSP为控制核心的SRM磁链特性在线建模方法,搭建了磁链特性在线建模实验平台。18.5k W和132k W两台样机的在线建模实验结果表明,该方法能够实现不同功率等级下SRM磁链特性在线建模,建模误差小于0.01Wb,该方法通过转速开环恒定电流方式在线检测获得电机原始数据,因而无需增加额外硬件检测设备,具有可行性和可移植性,为开关磁阻电机的磁链特性建模提供了一种易于实现的方案。

基于PSIM的无刷双馈电机三电平直接转矩算法的建模与仿真

针对无刷双馈电机三电平直接转矩控制算法进行研究,相对于传统的两电平直接转矩控制算法,增加了电压矢量的可选择性,并有效地减小了转矩脉动,获得了更好的磁链轨迹.同时在PSIM软件中建立了三电平直接转矩仿真算法模型并进行了验证.实验结果表明:该算法显著提高了无刷双馈电机的控制系统的鲁棒性和动态性能.