六相永磁同步电机驱动系统直流环节电容器电流RMS值估计

六相永磁同步电机(PMSM)驱动系统相比传统三相PMSM驱动系统具有低压大功率、转矩脉动小、控制灵活和容错率高等特点。直流环节电容器对驱动系统的稳定性起着决定性作用,但由于其结构特殊,需承受较高的纹波电流均方根(RMS)值。而直流电容器的电流RMS值是决定其使用成本、体积和寿命的重要参考指标。因此对直流电容器的电流RMS值进行估计显得尤为重要。针对采用传统双重傅里叶积分算法计算电容的电流RMS值时存在的过程繁琐、涉及许多未解积分等问题,文章提出了一种基于多项式插值求积法Cotes的直流电容器电流RMS值的计算方法。即在等距离步长中分布5个采样点,对推导出的函数积分生成近似解,采用Cotes法可以省去大量的积分计算过程,同时提高计算精度。该方法简化了传统算法的繁琐计算过程并且保证了较高的计算精度,可为直流环节电容器的优化选型和寿命监测控制器设计提供指导。最后,文章将所提方法与现有方法进行了对比分析,实验结果验证了所提方法的计算速度比传统双重傅里叶积分算法快50%左右,且计算精度较牛顿3/8法提高了约5%。

电动汽车六相永磁同步电机的控制策略研究

空间矢量解耦模型的基础上,实现电机的完全解耦控制。依据Simulink中的电机控制模型,比较了i_(d)=0和最大扭矩电流比(MTPA)这两种控制策略的进行仿真对比分析。i_(d)=0的控制方法虽然简单易行,但是电机运行期间热损失较大,而且无法充分利用磁阻扭矩,电机效率低下。MTPA控制下的电机能充分利用磁阻扭矩部分,具有较高的扭矩输出特性,热损失较小,是控制凸极电机的首选方法。

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。

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。

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。

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。

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。

非对称六相永磁同步电机的故障容错控制

针对由非对称六相永磁同步电机(PMSM)和T型中点钳位型(T-NPC)三电平变频器构成的电力传动系统的可靠运行问题,提出了一种新型复合容错控制策略。结合简化空间矢量调制(SVM)和直接转矩控制(DTC)形成了非对称六相PMSM的SVM-DTC控制方案,并设计了谐波电流抑制单元,同时获得了较好的电流谐波性能和快速动态响应。通过解析分析开路故障下各相定子磁链与定子电压之间的关系,设计了SVM-DTC方案下的开路故障容错控制策略。通过样机实验,验证了控制方案的效果。

双Y移30°六相永磁同步电机谐波电流抑制技术

为了解决双Y移30°六相永磁同步电机定子谐波电流显著问题,结合同步旋转坐标变换理论与准比例谐振(PR)调节器提出了一种谐波抑制方法。采用矢量空间解耦的方法建立双Y移30°六相永磁同步电机的数学模型,分析谐波电流原因,提出一种新的同步旋转坐标变换矩阵,将z1-z2子平面上的5、7次谐波电流转化为6次交流分量,通过6倍基波频率的准PR调节器同时对5、7次谐波电流进行抑制。理论分析和仿真结果表明:采用坐标变换与准PR控制器相结合的谐波抑制方法能有效降低电流谐波含量,提高电机控制性能。

基于模型预测电流控制的六相永磁同步电机缺相容错控制研究

针对六相永磁同步电机一相绕组开路时,α-β子空间电压矢量分布不规则,传统的矢量控制和空间矢量脉宽调制方法将无法实现的情况,提出一种基于模型预测电流控制(MPC)的容错控制策略。对不同模型预测电流控制策略进行了比较研究,包括单矢量MPC、双矢量MPC和三矢量MPC等3种控制策略。在Matlab/Simulink中搭建了六相永磁同步电机缺相后的数学模型,并以相同的采样频率实现3种控制策略对六相电机缺相后的容错控制。通过仿真验证了所搭建数学模型的正确性和提出的容错控制算法的有效性,比较了3种控制策略的优缺点,其中三矢量MPC较为复杂但控制性能最佳。

两相开路六相永磁同步电机的容错控制研究

为了实现六相永磁同步电机缺两相后的矢量控制,根据定子磁动势不变的原则,分别以定子铜耗最小、最小相电流为目标,对不同中性点连接形式下的六相永磁同步电机缺两相绕组的电流进行优化求解。根据不同中性点连接形式,获得缺相后的变换矩阵,从而建立缺两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。通过仿真验证了六相永磁同步电机容错控制算法的正确性,其有效降低了缺相后的转矩脉动,且具有更好的动态性能,提高了驱动系统的可靠性。

基于新型趋近律的六相永磁同步电机滑模控制

为了提高六相永磁同步电机调速系统的动态特性,提出一种新型滑模趋近律,在传统指数趋近律的基础上,引入系统状态变量设计双变指数趋近律,抑制滑模控制抖振,并提高滑模趋近速率。使用该趋近律方法设计一六相永磁同步电机滑模速度控制器,并与传统指数趋近律、PI控制器分别进行试验比较。研究表明,在电机起动、稳态和突加负载三种状态下,新型趋近律在转速响应和转矩响应都优于指数趋近律和PI控制,该速度控制器能有效提高系统的静、动态特性与鲁棒性。

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。

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。

六相永磁同步电机无传感器控制策略研究

针对目前永磁同步电机的驱动需要采用机械传感器来检测转子的速度和磁极位置,增加了控制系统的复杂性和成本,降低了系统的可靠性,提出了一种基于模型参考自适应的无传感器控制策略。参考模型和可调模型被相同的外部输入所激励,将其比较后的差值矢量输入自适应机构,由自适应机构来调节可调模型的参数,使差值矢量趋近于零,可调模型的转速趋近于参考模型的转速,从而达到速度观测的目的。仿真结果验证了该方法的有效性。

用于分布式发电的六相永磁同步电机仿真建模

本文建立了一台连接变流器的、用于微型燃气轮机发电系统的六相永磁同步电机的电路仿真模型。该电机定子具有两套互差30度的三相绕组,永磁转子为凸极。建模在Matlab/Simulink环境下进行。首先建立了电机在静止dq坐标系下的数学模型并将其转化为S函数描述,然后利用黑箱原理,基于Simulink提供的电压检测、受控电流源等电路仿真模块搭建了与外部变流器的"电气"接口。由于具备电气接口,该模型可直接与Simulink提供的各种变流器电路模型相连接,可应用于微型燃气轮机发电系统的电路级仿真研究。

六相永磁同步电机控制系统仿真与分析

本文首先分析六相永磁同步电机的结构及其工作原理,推导出自然坐标系下和两相旋转坐标系下的数学模型,并且在Simulink中仿真实现六相永磁同步电机数学模型及其矢量控制。仿真结果证明了所建数学模型的正确性,表明六相永磁同步电机矢量控制系统具有动态响应速度快、稳态精度高、转矩脉动小等优点。