内嵌式永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制研究

提高变桨电机的稳态和动态控制性能,保证在不同风况及母线电压跌落的情况下维持电机高速运行的稳定性尤其重要。分析了内嵌式永磁同步电机的模型及约束条件,结合永磁同步电机的应用特点,基于SVPWM的矢量控制与电压外环的双电流弱磁控制策略,设计了矢量控制和弱磁控制系统模型并进行了仿真。基于该控制系统模型搭建了实验平台,对不同直流母线电压下矢量控制与弱磁控制的性能进行了对比测试和分析,验证了模型设计的合理性,实现了扩速性能。目前,该控制系统已应用于风机变桨伺服控制系统,具有较高应用价值。

基于特征值规范型矩阵的内嵌式永磁同步电机低载波比建模方法

受到功率器件开关频率的限制,大容量或高转速电机的驱动系统通常要求低载波比运行。内嵌式永磁同步电机dq轴参数不对称,数学模型复杂,在低载波比下,电流环反馈解耦不彻底,控制器优化困难。因此,文中提出一种基于特征值规范型矩阵的建模方法,通过非奇异线性变换,将非对称系统等价转化为对称系统,并利用复矢量建模简化为单输入单输出系统,便于控制器优化设计。此外,基于特征值规范型建模方法,推导出适用于非对称系统的复数PI控制器。仿真与实验结果表明,所提出的建模方法不会引入额外的建模误差。相较于经典PI控制器,所推导的复数PI控制器可实现dq轴解耦控制,动态响应快,相位裕度大幅提升。

内嵌式永磁同步电机全速域无位置传感器控制

针对内嵌式永磁同步电机受开关频率限制难以实现转子位置全速范围辨识的问题,设计了一种基于混合模式无位置传感器矢量控制方案。低速向系统注入高频电压,采用旋转电压注入法辨识电机位置,通过设计角度补偿减小滤波器延时对位置辨识的影响。中高速采用改进型模型参考自适应控制辨识电机位置,对离散方式的改进增加了模型的精度。以一台永磁同步电机作为驱动对象,采用该算法辨识的转子位置作为控制系统反馈,进行试验验证。试验结果表明,所设计的控制方案可以满足低载波比下永磁电机全速范围运行要求。

基于代理模型的内置式永磁同步电机多目标优化设计

内置式永磁同步电机(IPMSM)因其具有高功率密度、宽调速范围和高效率等优点,被广泛应用于新能源汽车中。本文以一台IPMSM模型为研究对象,针对多目标优化过程中多次有限元迭代导致的计算时间长和优化效率低的问题,提出一种基于人工神经网络(ANN)代理模型的多目标优化方法。以电机的平均转矩和转矩脉动为优化目标,将转子相关结构参数作为优化变量,使用ANN代理模型构建优化变量和优化目标的映射关系,并采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对电机进行多目标优化设计。最后,通过有限元仿真分析证明了本文提出的基于ANN代理模型的多目标优化方法的正确性。

内嵌式永磁同步电机改进型解耦控制

内嵌式永磁同步电机(IPMSM)具有好的转矩性能和宽的调速范围,但其电流控制器需要精确的参数模型,由于饱和效应影响,电感参数会随运行条件不同发生改变,控制器受耦合影响,系统容易出现速度及转矩超调、扰动等现象。为了提高IPMSM恒转矩及恒功率区的控制性能,本文设计了一种改进型电流解耦控制器。控制器基于模型参考自适应法对参数进行在线检测,检测系统加入了前馈及闭环反馈,保证了参数检测的准确性及鲁棒性。这种解耦电流控制器结构简单、紧凑,有效改善了控制性能。实验和仿真结果表明,这种改进型控制器能有效准确的实时在线检测参数,同时使得整个系统响应速度快、无超调、系统转速稳定无扰动现象,能明显地提升系统性能。

带负载转矩估算的非线性观测器内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制策略

针对内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制系统中转子位置和转速估算精度不高的问题,提出一种带有负载转矩估算的非线性观测器方法。基于合成反电动势建立了内嵌式永磁同步电机的数学模型,在静止坐标系下设计了非线性观测器,通过状态矫正控制策略,使非线性观测器收敛到期望的平衡点。依据扰动理论建立了负载转矩估算方程,在线估算负载转矩,以消除由机械模型误差引起的转子位置和转速的估算误差。在无位置传感器控制实验平台上进行了实验验证,实验结果表明所提出的方法能够在稳态和动态条件下准确估算转子位置和转速。

无速度传感器的内嵌式永磁同步电机自抗扰控制调速系统

自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)理论综合了经典调节理论和现代控制理论的优势,不依赖于系统的精确数学模型。利用此优点,该文提出了无速度传感器内嵌式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)的转速电流ADRC综合控制策略。采用ADRC设计了IPMSM的速度控制器和电流控制器。在速度控制器中,将外部负载扰动和内部模型扰动作为系统的未知扰动,在电流控制器中将包含转速的乘积项作为模型不确定性部分,分别利用ADRC进行观测和补偿。利用电流控制器中的扩张状态观测量,对电机的转子位置和转速进行估计。仿真结果表明,系统具有很好的鲁棒性和较好的控制效率,并且在基速以下的一定范围内,能对转子位置进行较准确的估计。

考虑磁场交叉耦合的内嵌式永磁同步电机初始位置检测技术

针对内嵌式永磁同步电机磁场交叉耦合以及初始位置预估精度低的特点,提出一种考虑磁场交叉耦合的永磁同步电机初始位置检测方法。建立考虑磁场交叉耦合的定子电流随磁链变化的二阶泰勒级数模型,利用定子高频电流响应的一次负序分量预估转子位置,二次正序分量检测磁极极性,并补偿磁场交叉耦合引起的角度偏差。仿真及实验结果表明,采用该方法预估转子初始位置能够保证电机的可靠起动,简单易行并能够得到比较好的预估精度。

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.

内嵌式永磁同步电机最大转矩电流比控制研究

对内嵌式永磁同步电机的最大转矩电流比(MTPA)控制进行了研究,根据内嵌式永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型,用极值原理建立dq轴电流与电磁转矩的表达式,实现了内嵌式永磁同步电机的MTPA控制方法。该方法在相同的电磁转矩下,使输入电流幅值最小,减小了电机损耗,降低了逆变器的容量,提高了系统运行效率,改善了系统的动态性能。用仿真对内嵌式永磁同步电机的MTPA控制进行了验证。

基于改进最大转矩电流比控制的电动汽车用内嵌式永磁同步电机驱动控制系统

环境污染及能源危机直接推动了传统燃油汽车向环保型电动汽车的发展,作为电动汽车关键部件之一的电机驱动控制系统,直接影响着电动汽车未来的发展前景。在电机驱动控制系统运行的过程中,针对内嵌式永磁同步电机(IPMSM)仍采用较简单的i_d=0控制方式不能满足汽车大转矩的要求;采用传统的最大转矩电流比(MTPA)查表控制方式,由于存在大量离散数据点,会严重影响整个系统的响应速度。针对以上问题,提出了等效综合电流矢量控制的MTPA控制方法。首先建立了永磁同步电机(PMSM)的数学模型,分析了i_d=0和MTPA矢量控制方式的基本原理,给出了新型MTPA的控制方案。通过Simulink仿真及样机试验,对比了两种矢量控制方式,验证了等效综合电流矢量控制的MTPA控制方式的可行性及优越性。

内嵌式永磁同步电机设计中改进型磁路分析

考虑定转子开槽、定子轭及转子轭的影响,提出了一种内嵌式永磁同步电机的磁路模型;推导了等效磁路的简化模型;详细推导了主磁路各段磁路磁密及磁动势的计算,给出了电磁计算程序;详细分析了漏磁路磁密及磁通的计算;分析了漏磁及静态工作点的精确计算,并给出了漏磁及静态工作点电磁计算程序,进而得到电机设计的合理性;利用有限元分析方法验证了该磁路模型的精确性。

基于高频注入法与滑模观测器的内嵌式永磁同步电机无传感器控制方案

为了保证内嵌式永磁同步电机在更广的速度范围内运行,提出一种综合的控制方案。在低速段,基于反电动势的控制方案由于反电动势信号很弱,无法从中提取出与转子位置相关的信息。采用高频注入法来提取电机的凸极性信息用来计算转子位置。在中高速段,滑模观测器用来估计电机的扩展反电动势。为了减小速度和位置估计的波动,基于锁相环的估计器代替了传统的反正切方案。为了在两种方案的过度段取得更平顺的控制效果,用于速度估计的位置误差信号由过渡函数给出。仿真结果验证了此方案的可行性和有效性。

基于单神经元算法的内嵌式永磁同步电机智能驱动控制

基于人工神经网络的内嵌式永磁同步电机(IPMSM)智能驱动控制性能要明显优于传统控制方法,但是存在计算量大和离线训练时间长的问题。针对该问题,提出了一种基于单神经元算法的IPMSM智能驱动控制策略。阐述了永磁同步电机的数学模型及电流转矩控制规律;并基于单神经元的控制原理,推导了驱动控制律,由于采用的是单神经元结构并设置了迭代算法的边界,因此达到了计算量减小和训练较少的效果。最后,搭建了小功率电机驱动试验平台开展了试验研究,并通过与传统PID控制的对比试验,验证了新型控制器的性能。

电动汽车内嵌式永磁同步电机全速弱磁控制方法研究

本文对内嵌式永磁同步电机的弱磁策略进行研究,提出了永磁同步电机全速范围内的弱磁控制策略。通过对内嵌式永磁同步电机的数学模型和常规矢量控制方法的研究,对内嵌式永磁同步电机全速范围内的运行工况进行了分析,将内嵌式永磁同步电机的运行工况划分为分为恒转矩运行I区、恒转矩运行II区、弱磁运行的恒功率区和弱磁运行的高速区四个区域,确定了各个区域内的控制策略算法以及区域间的过渡条件,提出了根据给定转矩和反馈转速确定内嵌式永磁同步电机交直轴电流的参考值的电流控制策略。在Matlab/Simulink下,对各个运行区域的控制策略进行建模,并针对稳态负载和动态负载两种情况进行了仿真,仿真结果验证了各个区域内弱磁控制策略的可行性。运用Matlab/Simulink下的控制模型、多体动力学软件Recur Dyn下的虚拟样机和实时仿真平台RT-LAB进行联合仿真,验证弱磁控制策略的可行性。运用实时仿真平台RT-LAB、Matlab/Simulink和Labview构建矢量控制系统半实物仿真平台,对带弱磁控制的矢量控制系统进行特性分析。

内嵌式永磁同步电机速度稳定性控制仿真

在电动汽车调速系统优化设计中,为了提高其运行效率,扩展调速范围,改善抗负载扰动能力,根据永磁同步电机的数学模型,提出全速度范围的永磁同步电机控制策略,在基速以下采用最大转矩电流比控制,基速以上采用加入交直轴电压和转速反馈的弱磁控制策略。仿真结果表明,最大转矩电流比控制策略能够有效减小定子电流,降低定子铜耗。弱磁控制能够提高电机的调速范围,使电机平稳进入弱磁区域,且对外部扰动有很强的鲁棒性,从而验证上述控制策略具有良好的调速性能。

基于极值搜索算法的永磁同步电机MTPA控制

永磁同步电机的MTPA控制技术一直是内嵌式电机控制领域中的热点方向,然而传统方法对于MTPA工作点的确定存在不小的误差。本文提出了一种基于极值搜索算法的永磁同步电机MTPA控制技术,相比较传统方法对于电机参数的依赖和敏感性,该方法对电机参数依赖性不强,且准确性较高。其利用电机的反馈电流矢量幅值,搜索出适当电流矢量角度,使电流幅值达到最小值,实现MTPA控制,最后仿真验证了该方法的有效性。

一种改进的内嵌式永磁同步电机虚拟信号注入MTPA控制

针对基于虚拟信号注入的内嵌式永磁同步电机最大转矩电流比控制策略存在准确性较低、响应速度慢的问题,提出一种改进的虚拟直流信号注入法的控制策略。通过设定虚拟信号自适应律,根据不同工况的需求,实时更新在dq轴注入直流信号的方向,并进一步建立虚拟功率模型,在具有自适应律的虚拟直流信号的响应下,利用虚拟功率响应中的信息实现电机MTPA工作点的跟踪。与此同时,通过建立小扰动模型和李雅普诺夫函数,深入分析了控制参数对MTPA跟踪性能的影响,可通过对系统控制的调节有效减少因系统稳态振荡产生的转矩变化,验证了虚拟直流信号注入法在极值处的局部稳定性。仿真结果表明:新方法在不产生额外转矩扰动的情况下,能弥补传统直流信号注入法的误差,在保证控制精度的同时合理简化算法,可适用于不同工况下的MTPA控制。

一种内嵌式永磁同步电机启动策略

针对基于高频电压信号注入法的内嵌式永磁同步电机低速无位置传感器控制系统无法估计转子初始位置导致电机启动运行困难的问题,提出了一种内嵌式永磁同步电机启动策略。该策略通过向d,q轴注入高频脉振三角波电压信号,利用连续信号的解调思想傅里叶分解高频响应电流进行信号调制,获取角度误差信息,采用Luenberger观测器代替单PI调节器构成的锁相环估计转子角度;高频脉振三角波电压信号注入法存在无法进行永磁体N/S极判断问题,该策略采用两次转子预定位法简单有效地将转子定位于位置观测器可准确估计的位置,无需永磁体N/S极判断,控制过程简单易行。Matlab/Simulink仿真结果表明所提出的启动策略稳定有效。

基于交轴电流补偿的内嵌式永磁同步电机深度弱磁控制

针对电动汽车用内嵌式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)在深度弱磁区域电流、转矩振荡较大,电流调节器易饱和等问题,提出了一种负q轴电流补偿的电压反馈弱磁控制策略。首先介绍了传统电压反馈弱磁控制策略,分析了在深度弱磁区电流、转矩振荡的原因;然后结合最大转矩电压比控制,采用负q轴电流补偿的方法,降低了q轴电流环增益,且系统在深度弱磁区域的电流、转矩振荡得到了明显抑制,提高了系统的稳定性;同时对传统的MTPA控制和i_(d)=0控制与两种弱磁方法进行了稳态特性测试。最后通过实验证明了负q轴电流补偿法弱磁控制策略的可行性。