六相永磁力矩伺服电机气隙磁场优化

为了提高永磁力矩伺服电机的转矩性能,研究了气隙磁场波形对六相永磁力矩伺服电机转矩的影响。提出采用准梯形波气隙磁场提高气隙磁密基波幅值,增加电机转矩密度的方法。分析了准梯形波气隙磁场六相永磁力矩伺服电机能够实现高转矩密度和低转矩脉动的原因,给出准梯形波气隙磁场六相永磁力矩伺服电机的具体设计方法。在永磁材料用量和供电电流相同的条件下,仿真比较了准梯形波气隙磁场和正弦波气隙磁场的六相永磁力矩伺服电机的转矩性能。仿真结果表明:准梯形波气隙磁场的六相永磁力矩伺服电机具有较高的转矩品质。

MP-MMC驱动六相永磁同步发电机负载转矩观测前馈滑模控制

六相永磁同步发电机(PMSG)谐波含量较低、解耦方法成熟且稳定性强,具有广阔的应用前景。为提升六相PMSG负载转矩突变时的动态性能,增强系统的抗干扰能力,提出了一种利用负载转矩观测值前馈补偿的策略。首先,采用滑模观测器观测负载转矩,观测器滑模面设计为实际转速与观测转速之差,在观测过程中滤除了抖振信号,且未引起相位和幅值变化;其次,将负载转矩观测值按比例前馈至电流环给定值,弥补滑模控制器不连续项幅值不足的问题;再次,针对前馈比例常数过大导致转速无法快速稳定在给定值的问题,将前馈比例系数设为可变值;最后,基于Matlab/Simulink建立了多相模块化多电平换流器(MP-MMC)驱动六相PMSG负载转矩观测前馈滑模控制的仿真模型,对所提策略进行验证。仿真结果表明滑模观测器可准确观测负载转矩,前馈补偿策略有效抑制了负载突变引起的转速波动。

基于小波神经网络的六相永磁同步电机高阻连接状态感知策略

六相永磁同步电机具有缺相运行能力,因此必须对其高阻连接状态作出精准预判,以确保对故障线路实施有效切断,防止系统扰动引起保护误动作,并为容错控制提供可靠判据。基于矢量空间解耦方法建立了六相永磁同步电机完全解耦的数学模型,并建立其控制系统模型。采集正常状态与高阻连接状态下的电机信号,通过小波包分解提取其能量距特征,输入前向反馈神经网络进行离线训练,最后将其应用于剧烈变化工况下,在线感知高阻连接状态的发展态势。基于Matlab进行仿真,结果表明所提策略能够有效识别高阻连接状态,灵敏感知其发展态势,并在高阻故障发生前发出预警信号,同时对剧烈变化工况具有一定鲁棒性。

开绕组六相永磁同步电机模型预测电流控制

针对六相永磁同步电机模型预测电流控制中存在固有的共模电压较大和计算量繁重的问题,提出了一种开绕组六相永磁同步电机模型预测电流控制方法。首先,将六相永磁同步电机绕组的中性点打开并接入两个六相电压源逆变器,形成双逆变器馈电的开绕组结构,目的是抵消逆变器之间共模电压。其次,双逆变器馈电会产生繁多的电压矢量,从中选出具有零共模电压性质的矢量。在此基础上,又考虑了x-y平面的谐波电流问题和母线电压利用率的问题,将矢量集精简为一个包含7个电压矢量的控制集,减少了计算负担。最后,通过与现存的传统六相永磁同步电机模型预测电流控制方法进行对比仿真,证明了所提出方法的有效性。

基于六相静止坐标系的永磁容错轮缘推进电机模型预测电流控制

针对六相永磁容错轮缘推进电机在应用传统模型预测电流控制策略时存在计算量大、容错控制策略复杂、电机转矩脉动大的问题,本文提出一种基于六相静止坐标系的模型预测电流控制策略。在固定采样频率下,通过当前时刻转子位置、转速和故障容错控制策略计算出六相定子电流给定值,进而在六相静止坐标系下对六相电流独立地进行2轮预测,通过价值函数寻优确定六相H桥逆变电路的最优开关状态组合,实现对六相永磁容错轮缘推进电机的模型预测电流控制。结果表明:本文提出的基于六相静止坐标系的模型预测电流控制策略具有算法简单、无故障和开路故障下电机转矩脉动小的优点,同时兼顾了传统模型预测电流控制算法动态响应快的特点。

基于Motor-CAD的六相容错永磁同步电机仿真设计

为检验六相永磁同步电机的工作性能,对永磁同步电机的结构与特点进行分析,确定了其定转子内外径尺寸、气隙、槽型、轴向长度、极槽数等主要参数;基于Motor-CAD电机仿真软件,对六相容错永磁同步电机进行电磁计算,分析了不同齿宽、槽圆角半径、槽数、永磁体弧长下电机转矩脉动、齿槽转矩的变化,得到了转速为1500 r/min下的转矩脉动、齿槽转矩、电机最大可能转矩等电机性能指标,并采用螺旋水道水冷方式对电机进行冷却设计,求解出电机各部分的温度数据。通过仿真实验发现,设计的电机符合转矩和温度要求。

六相永磁容错磁通切换电机及其单相故障的容错控制

为了提高永磁电机的可靠性和容错性,研究了一种六相永磁容错磁通切换电机(FaultTolerant Flux Switching Permanent Magnet Motor,FTFSPM)。该电机继承了永磁磁通切换电机的结构特点和功率密度优势,同时具备故障隔离和抑制短路电流的能力。通过有限元仿真研究了该电机电感特性和转矩特性,分析了电机的电磁性能和容错能力。为使该电机在单相故障时仍能提供平滑转矩,提出了容错电流优化控制策略。开路故障时,利用扩展坐标变换,通过控制转子同步旋转坐标系下的交轴电流、零序电流,实现转矩脉动的补偿,同时优化转矩铜耗比。针对短路故障,提出一种故障分解补偿法,对短路电流及绕组正常电流缺失引起的转矩脉动或转矩缺失分别进行补偿,进而矢量合成,实现容错控制的同时,避免了复杂的在线计算。在原理样机上进行了带载实验及容错实验,证明了所研究的永磁容错磁通切换电机的转矩输出能力和容错性能,同时验证了所提容错控制策略的有效性。

磁动势法五相永磁力矩电机转矩分析

五相永磁力矩电机由于极数与槽数相近,含有丰富的磁动势谐波,磁动势谐波会影响电机的转矩性能。为此,采用磁动势法分析电机的电磁转矩,通过磁能和虚位移原理推导出了电机电磁转矩的解析表达式,揭示了具有相同空间次数的定子和转子磁动势谐波相互作用才能产生电磁转矩的规律。通过对五相永磁力矩电机的定、转子磁动势谐波与电磁转矩关系的分析,指出与与主波转速一致的定子和转子磁动势谐波相互作用能提高五相永磁力矩电机的平均电磁转矩。利用Ansoft有限元软件仿真分析了电机在正弦波、梯形波和方波供电下的定子磁动势、转子磁动势以及转矩性能。结果表明,非正弦供电能够增加电机的电磁转矩,但也带来了转矩脉动,验证了磁动势法分析五相永磁力矩电机转矩的有效性和正确性。

六相永磁同步电机缺相容错控制

为了实现六相永磁同步电机缺相后的矢量控制,根据定子磁势不变的原则,以铜耗最小为目标,对双Y移相30°六相永磁同步电机缺一相绕组的电流进行优化求解。根据所求得的优化电流,获得缺相后的变换矩阵,从而建立缺一相的六相永磁同步电机旋转坐标系下数学模型,并由此提出缺相后的解耦矢量控制方法。分析漏感和空间谐波对该容错控制下转矩脉动的影响,提出相应的抑制方法。实验验证了六相永磁同步电机容错控制算法的正确性,其有效减少了缺相后的转矩脉动,且具有较好的动态性能,提高了驱动系统的可靠性。

基于虚拟变量的六相永磁同步电机缺任意两相容错型直接转矩控制

为了进一步提高六相永磁同步电机驱动系统的可靠性,该文针对偏置60°六相对称绕组永磁同步电机提出一种缺任意两相容错型直接转矩控制策略。从控制圆形磁链角度,定义虚拟磁链及虚拟电流,并基于此,推导出任意两相开路时虚拟定子磁链和电磁转矩之间的关系式。利用剩余4相逆变器输出电压矢量,同时实现电磁转矩、虚拟定子磁链和零序电流直接控制。实验结果表明,采用所提控制策略,两相开路直接转矩控制驱动系统运行平稳,转矩和转速动态响应迅速。

基于虚拟变量的六相永磁同步电机缺一相容错型直接转矩控制

机车牵引及船舶推进等系统要求应用于这些场合的多相永磁同步电机驱动系统具有强的转矩控制能力和容错运行能力。该文针对偏置60°六相对称定子绕组永磁同步电机提出一种缺一相容错型直接转矩控制策略。首先,基于重构的虚拟变量研究该电机一相绕组开路故障时磁链与电磁转矩的关系;其次,基于执行机电能量转换的αβ平面内的虚拟电压矢量及z1z2零序轴系平面内的零序电压矢量,建立起剩余五相健康相逆变桥臂各种开关组合对虚拟定子磁链幅值、电磁转矩及零序电流误差矢量最优控制策略。实验结果表明该文提出的驱动控制系统具有快速的转矩动态响应特性;同时零序电流受控,健康相定子绕组电流幅值相等,且正弦。

六相永磁同步电机鲁棒自适应反步滑模容错控制

六相永磁同步电机具有低压大功率、转矩脉动小和容错能力强等优势,特别适合于船舶电力推进领域。针对六相永磁同步电机系统常见的定子绕组缺相故障,结合故障检测机制提出了一种基于零序电流中线补偿的缺相故障容错矢量控制结构,无需根据不同相绕组开路和中性点连接方式重新建立降维解耦的数学模型。为了解决绕组缺相故障引起的转速跟踪和转矩脉动问题,提出了一种鲁棒自适应反步滑模转速容错控制算法,利用自适应估计和鲁棒控制思想分别实时补偿系统存在的慢时变参数摄动和快时变负载扰动,实现了六相永磁同步电机缺相故障运行的转速高精度跟踪和扰动抑制特性。通过半实物仿真平台和绕组缺相故障模拟试验,验证了所提中线补偿策略和转速容错控制算法的有效性。

具有零序电流自矫正的六相永磁同步电机直接转矩控制

逆变器死区、功率管导通压降及开关过渡过程等非线性因素易导致直接转矩控制(direct torque control,DTC)多相永磁同步电机定子电流严重畸变。该文针对六相对称偏置60°定子绕组永磁同步电机提出一种DTC策略。首先,基于零序电流等于零思想进行电压矢量重构,并由此提出理想DTC;其次,基于死区补偿原理对实际电压矢量作用时间进行离散补偿;最后,利用PI调节器对电压矢量作用时间进行连续补偿,实现零序电流等于零目的。实验结果表明该文提出的驱动控制系统具有快速的转矩动态响应特性;同时零序电流基本等于零,定子电流总谐波含量较低。

六相永磁同步发电机容错控制的谐波补偿研究

针对六相永磁同步发电机一相开路后的3次谐波影响,建立了扩展的六相静止坐标变换阵,并根据该矩阵和旋转坐标变换阵建立了电压和转矩数学模型,并且分析了经过扩展变换阵变换后的电压方程中d-q子空间的耦合关系,提出了消除解耦后d-q轴电压耦合的2次旋转坐标变换阵。考虑到3次谐波磁链和电感对六相永磁同步发电机容错模式下的电压和转矩的影响,提出了基于定子铜耗最小约束下的闭环控制策略,针对电压和转矩中的3次谐波扰动,推导了闭环控制中的谐波补偿表达式。仿真和实验验证了提出的补偿控制策略对3次谐波影响消除有效性,明显改善了容错控制策略在单相开路后的性能。

六相永磁同步发电机的容错控制

为了实现六相永磁同步发电机缺相后的矢量控制,根据定子磁动势不变原则,以定子铜耗最小为优化目标,分别对不同中性点连接方式下的六相永磁同步发电机缺两相的电流进行求解,对比了两者的优劣性。根据缺相后的变换矩阵,建立了缺两相时的六相永磁同步发电机的数学模型,并由此提出缺相后的解耦容错控制方法。为真实模拟发电机的缺相运行,建立了发电机从正常到缺相的统一模型,并通过切换控制策略,有效减少了缺相后的转矩脉动。仿真结果验证了统一模型的可行性和容错控制算法的有效性。

六相永磁同步电机新型单向滑模控制

针对具有非线性、参数摄动和负载扰动特性的六相永磁同步电机转速控制问题,结合全局快速终端滑动模态提出了一种新型单向滑模控制律,该控制律基于两个快速终端滑模面和四个辅助滑模面,能够保证系统状态误差的全局快速收敛特性,在增大趋近速度基础上消除了常规滑模由于状态轨迹穿越滑模面产生的抖振现象。为在线实时估计系统不确定扰动,提出了一种扩展状态扰动观测器,该观测器无需扰动先验信息,利用定子电流和电机转速信号快速平稳补偿系统扰动量。试验结果表明,基于新型单向滑模与扰动观测器的六相永磁同步电机转速控制系统响应速度快、控制精确度高,而且对转速给定和负载扰动具有强鲁棒性,验证了所提算法的有效性。

六相永磁同步电机谐波电流抑制技术

多相电机由于各相之间耦合影响,即使磁场出现很小畸变,也能导致很大谐波电流。针对这个问题,首先建立六相永磁电机数学模型,分析谐波电流原因,并提出一种新的解耦矩阵。将六相永磁同步电机中基波电流与谐波电流实现解耦,将不同频率的交流电流分别转换为不同平面直流量,从而实现对多相电机谐波电流控制。采用本文提出电流解耦控制与传统将六相电机当作两个三相电机控制方法进行对比仿真分析和实验对照,结果表明本文提出方法能够有效抑制谐波电流,有利于提高控制性能。

六相永磁同步电机新型指数趋近律滑模控制

针对具有非线性、强耦合和参数摄动特性的六相永磁同步电机转速控制问题,提出了一种新型指数趋近律并用于六相电机滑模调速系统,该趋近律将趋近速度与系统状态误差和滑模切换函数相关联,在增大趋近速度的基础上有效抑制了常规滑模控制固有的抖振现象。基于自适应模糊逼近思想,将新型指数趋近律中的切换项连续化,消除了滑模控制的抖振缺陷。仿真结果表明,基于新型指数趋近律的滑模控制策略响应速度快、控制精度高,而且对参数摄动和负载变化具有较好的鲁棒性,可以改善六相电机调速系统的动态品质。

基于超螺旋滑模观测器的六相永磁同步电机失磁故障重构

针对六相永磁同步电机在复杂运行工况下永磁体容易发生失磁故障的问题,提出一种基于超螺旋算法的永磁体失磁故障重构方法。首先,利用矢量空间解耦坐标变换(VSD)进行降阶和解耦,构建了六相永磁同步电机失磁故障数学模型。其次,以定子电流为状态变量,设计基于超螺旋算法的滑模观测器(STA-SMO),根据滑模等值原理实现转子磁链的实时重构,并采用一种类二次型Lyapunov函数证明了所设计STA-SMO的稳定性。最后通过仿真与实验验证了该方法的有效性,与传统滑模观测器(SMO)相比,所设计的STA-SMO准确地实现了对失磁故障的重构,有效抑制了抖振,且鲁棒性更强。

两个不同结构六相永磁同步电机串联驱动系统

由于多相电机较以前传统的三相电机优点明显,因此越来越受到关注。其优点之一就是多台多相电机可以进行串联,并且串联的多台电机由一台电压源型逆变器供电,减少了逆变器支路数量,使设备的体积大大减小。系统由一台对称六相永磁同步电机(PMSM)和一台夹角为0°的六相PMSM组成,两台电机的定子绕组按照一定的方式联接,运用矢量控制技术使两电机解耦,两电机实现独立控制。从电机的结构入手,分析两电机原理及串联规则,并建立两电机串联的数学模型,最后确定串联驱动系统的动态解耦性。