基于变载波频率的永磁同步电机驱动系统效率优化控制

为降低永磁同步电机驱动系统的损耗,提高系统效率,提出了一种基于母线电流反馈的变载波频率优化控制方法.首先,建立了系统损耗数学模型,探究了载波频率与系统损耗的关系.然后,针对离线优化方法对于参数敏感的问题,设计了一种基于母线电流反馈的载波频率在线寻优方法.结果表明,在不同转速与负载条件下均存在使系统损耗最小的最优载波频率,其随转速与负载条件变化而变化.在各个工作点,系统损耗的计算值均与实测值基本吻合.在线寻优方法在中高负载情况下能够实现约0.6%的效率优化,并且在负载变化的情况下仍然能够实现损耗优化.

内置式永磁同步电机无感复合控制策略研究

为了解决内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统中采用单一控制算法无法实现全速度范围内理想控制效果的问题,提出了一种改进型复合控制策略。在低速运行时,采用脉振高频注入法,解决了转子初始位置检测问题。通过二阶广义积分器代替带通滤波器,提高了系统的速度响应。在高速运行时,采用龙伯格观测器。同时,为了解决两种控制算法的切换问题,提出了基于改进粒子群算法的线性加权平均切换方法。仿真结果表明:在初始角度θ=2.5 rad的情况下,该策略能使电机运行在全速度范围内、转速误差范围控制在[-8 r/min,+5 r/min],且转子角度波动较小。该研究对机械制造与航天、航空领域具有实际指导意义。

基于电流源型逆变器驱动的五相永磁同步电机控制策略研究

在现代电机驱动系统中,采用电流源型逆变器控制方案可有效提升系统可靠性,降低电机电流谐波含量,并提升电磁兼容性能。电流源型逆变器拓扑采用电感元件作为母线储能装置,对于功率回路中的短路故障具有较强的抵抗能力。同时,逆变器输出侧并联滤波电容网络,实现对高频谐波的旁路作用。该文对五相电流源型驱动系统控制策略进行研究,采用五相半桥型逆变器拓扑结构,电机绕组采用星型连接方式以限制零序电流,给出基波与谐波电流矢量空间分布特征,提出双平面矢量脉宽调制策略,有效抑制3次谐波电流。考虑到逆变器输出侧CL型负载可能引起的谐振问题,采用基于电机电流的有源阻尼策略,降低谐振电流分量,提升系统稳定性。最后,通过实验验证所提控制策略的有效性。

基于延迟校正扩张状态观测器的内置式永磁同步电机电流控制策略

高速电驱动场合会受到开关频率的限制,低载波比特性凸显,由此引起的控制延迟问题影响了内置式永磁同步电机(IPMSM)矢量控制系统性能。基于扩展电动势的建模方案能够获得IPMSM的对称化模型,有利于离散化分析和设计,以提升低载波比运行性能。扩张状态观测器(ESO)能够实现扩展电动势和扰动的集总观测,然而低载波比延迟问题影响了估算性能。该文在离散域中分析延迟影响,设计和对比研究了几种延迟影响抑制方案,即延迟校正扩张状态观测器,提升了估计精度。基于此,设计了IPMSM离散域电流控制方案,显著提升了电流响应特性。通过电动汽车驱动实验平台验证了该文的分析和设计。

定子槽偏移的内置式永磁同步电机的优化与分析

为降低永磁同步电机齿槽转矩和提高电机输出性能,以三相8极36槽内置组合式永磁同步电机为例,提出了一种电机定子槽偏移的方法。首先,通过理论推导定子齿气隙磁导函数,建立电机定子槽偏移数学模型;其次,对不同定子偏移槽数下不同偏移角度的齿槽转矩峰值、输出转矩以及转矩脉动的影响做出分析,利用自适应遗传算法确定电机定子偏移槽数偏移角度下的目标值;最后,通过试制样机进行实验。结果表明,优化后的电机齿槽转矩峰值降低了49.56%,转矩脉动降低了39.2%,平均输出转矩得到适当提升,气隙磁密谐波得到适当降低,同时,平均输出转矩增大,电机输出性能得到提升。所提定子槽偏移结构及多目标联合仿真方法具有一定的合理性和有效性,可为同类型电机的齿槽转矩优化和输出性能提高提供参考。

基于复合谐波电压ADALINE的永磁同步电机驱动系统谐波抑制策略研究

针对车用永磁同步电机驱动系统输出的电流谐波问题,并考虑包含逆变器、时变永磁同步电机参数、控制算法的延时、电流传感器的测量等非线性因素,提出一种基于复合谐波电压ADALINE的永磁同步电机电流谐波抑制方法。建立包括驱动逆变器的永磁同步电机驱动系统非线性模型,获得理论谐波电压。对dq坐标系下的主要电流谐波分量进行提取,通过电流谐波分量与相应阻抗的乘积获得采集谐波电压,采集谐波电压和理论谐波电压复合作为线性神经元ADALINE的输入向量,采用最小均方算法实现自适应调整权重,以线性神经元的输出向量作为前馈补偿电压,达到抑制电流谐波的目的。仿真结果验证了4种主要非线性因素对电流谐波的影响,证明所提出复合谐波电压ADALINE方法可有效抑制谐波电流。

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。

电动汽车驱动用内置式永磁同步电机直交轴电感参数计算与实验研究

准确计算电动汽车驱动用内置式永磁同步电机工作点电感参数Ld、Lq,对电机性能的预判以及高精度控制非常关键。驱动用内置式永磁同步电机转子上无自起动笼型条,有限元带载起动计算困难,本文通过确定带额定负载起动时转子初始位置,实现了30k W样机有限元带额定负载起动以及负载饱和磁场计算,为样机负载工作点电感参数准确求解提供计算基础。在永磁同步电机电感计算理论的基础上,分别采用忽略交叉饱和影响的有限元法以及冻结磁导率法计算了样机电感参数。并对30k W样机电感参数采用静态交流实验法进行了实验测量。通过对比,忽略交叉饱和影响的电感参数计算值与静态实测电感值相吻合,采用冻结磁导率法计算的q轴电感值比静态实测q轴电感值减小了20.5%,冻结磁导率法计算的d轴电感值比静态实测d轴电感值增大了38.1%。说明忽略交叉饱和影响有限元法可以准确计算样机的静态不饱和电感参数,但负载时样机磁路交叉饱和效应严重,此时采用考虑交叉饱和影响的冻结磁导率法计算样机电感参数更为准确。

内置式永磁同步电机驱动系统效率优化研究

针对城轨牵引的内置式永磁同步电机的运行损耗问题和动态性能改善问题,从IPMSM-DTC等效电路出发,建立了IPMSM-DTC的损耗模型,分析了各种损耗与励磁电流和转速的关系,提出了一种新颖方法推导出不同条件下的最优励磁电流,进而实时在线自动调整磁链给定值,并对转矩误差、磁链误差采用模糊控制,以使电机在不同的运行工况下达到电机运行效率最佳,能改善其动态性能,实现其高性能。采用Mat-lab仿真软件建立了系统模型,针对100kW的轨道车辆用永磁同步电动机开发了基于TMS320LF2407ADSP的效率优化模糊控制系统实验平台。仿真和实验结果证明了本策略的有效性。

电动汽车驱动用内置式永磁同步电机设计与实验研究

针对电动汽车驱动电机既要满足低速区大转矩输出,同时又要满足高速恒功率区宽弱磁调速范围的特殊需求,提出采用V型转子磁路结构的内置式永磁同步电机作为驱动电机;通过对影响这种结构电机运行特性的主要参数理论分析表明:提高内置式永磁同步电机交轴电感Lq参数值,不仅有利于提高电机恒功区弱磁扩速范围,而且同时也满足低速区的大转矩输出要求。同时,采用这种结构设计了30 kw电动汽车驱动用内置式永磁同步电机,结合有限元对样机主要性能进行了电磁场计算;并对样机进行了参数实验、空载实验、负载实验。通过对比分析,样机实验测试结果与设计计算值、电磁场仿真计算结果相吻合,表明所研究V型内置式永磁同步电机结构及提高电机交轴电感Lq参数的设计方法是一种能够满足电动汽车驱动电机输出特性需求的有效方法。

车用多层磁钢内置式永磁同步电机研究与设计

针对电动汽车驱动电机性能需求日益提升的现状,设计了一种车用发卡绕组多层磁钢内置式永磁同步电机,保证高功率密度、高效率的设计要求。利用有限元方法建立4种发卡绕组多层磁钢内置式永磁同步电机的二维模型,在转子分段斜极优化的基础上,比较4种电机的性能,探究多层磁钢结构中不同永磁体对电机性能的影响,选择最合适的结构进行后续多次优化;利用田口算法对电机磁钢尺寸设计进行优化,通过参数对优化目标影响的比重选出最优组合;对优化后的电机进行Halbach充磁,对每层磁钢分别利用同一角度充磁,进行参数化扫描寻优,选择最合适的一层充磁,并选择最合适的充磁角度及对应的充磁长度获取最优性能。结果表明:多次优化后的电机在保证较高平均转矩的基础上,转矩脉动与齿槽转矩大幅降低,可满足新能源汽车电机的性能需求。

基于图像融合与迁移学习的永磁同步电机驱动器强泛化性故障诊断研究

参数失配、死区效应、采样偏差、传感器故障、编码器故障等会导致永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)三相电流包含高次谐波,进而产生转矩脉动与振动噪声。针对这一问题,该文提出一种基于图像融合和深度学习的数据驱动方法诊断电驱系统故障。首先,以永磁同步电机驱动器三相电流信号作为原始数据源,结合仿真和实验建立多源故障数据库。其次,对三相电流信号进行短时傅里叶变换,得到时频域彩色图像,各相提取一种颜色形成灰度图表示单相特征。采用图像融合方法将3张灰度图融合为一张彩色频谱特征图。最后,应用SqueezeNet迁移学习对样本进行训练。实验结果表明,该方法综合故障诊断准确率达到98.63%,说明所提方法能实现系统级的多源故障诊断,并且具有较高的实用性与泛化性,可以有效提高故障诊断的准确率。

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构对电机性能的影响分析

为了研究不同转子拓扑结构对8极48槽内置式永磁同步电机(IPMSM)的电磁性能和噪声性能的影响,分别建立了单层无隔磁桥、单层有隔磁桥、双层无隔磁桥以及双层有隔磁桥转子拓扑结构的内置式永磁同步电机的有限元模型。除转子拓扑结构以外,四种电机的定子拓扑结构、永磁体使用量等其它条件完全相同。首先,对电机电磁性能和噪声性能进行相关的理论分析。其次,建立四种电机的有限元模型,对四种电机的凸极率、输出转矩、转矩脉动以及空载反电势谐波畸变率等电磁性能进行比较分析,并对四种电机进行模态分析。最后,比较了四种电机的振动响应和噪声特性。结果表明,双层有隔磁桥转子结构的内置式永磁同步电机电磁性能最好,并且其噪声削弱效果也最好。

基于线性自抗扰控制的永磁同步电机驱动系统多源扰动抑制研究综述

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)驱动系统在多种工况运行条件下通常会受到多源扰动的影响而使其控制性能下降。线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Controller, LADRC)由于参数整定简单以及不依赖于系统的数学模型在PMSM驱动系统中已经得到了广泛的应用。文中首先阐述了PMSM驱动系统中所存在的多源扰动类型,并且对部分扰动建立了数学模型;然后,分析了传统LADRC的局限性,并针对不同类型的扰动总结了近年来所提出的新型LADRC,同时给出了部分所提方法的算法表达式;最后,归纳总结了基于LADRC的PMSM驱动系统在抗扰控制中的发展趋势。

基于电流超前角弱磁控制的五桥臂逆变器驱动双三相永磁同步电机技术

五桥臂逆变器驱动双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)可节约两个功率器件,也可作单相桥臂故障时的容错手段,但五桥臂逆变器驱动下电压利用率(VUF)降低,限制电机调速范围。为拓宽电机调速范围,对五桥臂驱动造成的电压、电流限制进行分析,基于新的电气约束情况,采用电流超前角弱磁控制进行弱磁升速。实验结果表明,电流超前角控制可以平滑进入弱磁I区,有效提升电机最高转速,证明了控制策略的有效性。

双极板设备用内置式永磁同步电机结构优化

为了有效地提高永磁同步电机的转矩性能和降低齿槽转矩,选取48槽、8极的内置式永磁同步电机为例,在不改变转子径向半径的前提下,选取转子的关键参数作为优化参数,基于田口算法对内置式永磁同步电机进行多目标优化,在有效降低齿槽转矩的基础上增大内置式永磁同步电机的转矩性能。在优化基础上,对空载运行、额定负载、最高转速3种永磁同步电机典型的运转工况进行有限元仿真。数据结果表明:齿槽转矩峰峰值从1.8 N·m降低至0.9 N·m,额定负载下的平均电磁转矩从73.17 N·m增长至77.12 N·m,最高转速运行下的平均电磁转矩从37.3 N·m增长值38.42 N·m,分别实现了提高永磁同步电机转矩性能和降低齿槽转矩的目标。

基于自适应Super-twisting算法的永磁同步电机驱动控制

在永磁同步电机调速系统中,良好的速度控制器要同时兼顾跟踪性能及抗干扰性能,非线性控制具有快速响应及强鲁棒性的优点,适用于速度控制器的设计,但传统滑模控制存在着严重的抖振问题。自适应Super-twisting算法属于二阶滑模,能将相轨迹的状态量以级数的形式收敛到原点,又能在线调整控制器的增益,因此能有效削弱抖振现象。采用自适应Super-twisting算法来设计速度控制器,并通过李雅普诺夫函数给出其稳定性证明。试验结果表明,所设计的控制器具有良好的跟踪性能及抗干扰性能,同时能减小电流的纹波,达到削弱抖振的目的。

电动汽车驱动用内置式永磁同步电机高效控制策略

针对电动汽车电机运行工况的不同,分析了电动汽车用内置式永磁同步电机矢量控制策略。对内置式永磁同步电机采取最大转矩/电流控制和基于电压反馈补偿去磁电流的弱磁控制策略,运用了SVPWM技术建立电机控制系统。以启辰晨风2014款领风版电动汽车作为研究对象的载体,并以ACR、ASR的双闭环控制进行仿真分析,说明该控制系统应用于电动汽车驱动系统,具有转矩脉动小,静态与动态响应特性好的优点。

基于准Z源逆变器的永磁同步电机驱动系统复合滑模控制

针对准Z源高速永磁同步电机驱动系统波动大的问题,文章提出一种电机侧和准Z源侧的复合控制策略,将互补滑模控制作为反馈控制器(基本配置)的特点与作为前馈补偿器(增强配置)的干扰抑制技术相结合。首先,建立准Z源逆变器和电机大信号平均模型。其次,以电感电流误差,电池电流误差以及2个误差的积分作为状态变量设计滑模面。为进一步减小稳态误差和提高响应速度,引入干扰观测器对前馈进行补偿。最后,推导控制律使系统满足存在且稳定的条件。通过仿真验证了所提控制策略的有效性。

内置式永磁同步电机驱动系统设计

基于内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)在两相旋转坐标系下的数学模型,结合电压电流约束条件,分析了最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)控制策略和弱磁控制策略,确定了车用IPMSM的转矩控制方案。设计了以DSP为核心的硬件电路,开发了矢量控制软件,实现了模拟量采集、位置检测、参数管理和通信等功能,完成了IPMSM矢量控制运算。在电机实验台架上对驱动系统性能进行了测试,实验结果表明,该驱动系统能够对IPMSM进行有效地转矩控制,充分发挥电机的转矩输出能力,提高系统运行效率,满足电驱动车辆的使用要求。