双三相永磁同步电机改进型模型预测电流控制

针对双三相永磁同步电机模型预测共模电压抑制方法存在寻优计算量大、开关频率较高、稳态性能不佳的问题,提出一种改进型模型预测电流控制.首先,改进六相两电平逆变器,降低零矢量共模电压幅值;其次,选择小共模电压矢量构造虚拟电压矢量,简化价值函数的同时减小共模电压和电流谐波含量;再次,通过计算参考电压矢量直接选择最优电压矢量以减少寻优次数,并引入占空比控制提升电机控制精度,改善电机稳态性能.最后,仿真对比传统模型预测电流控制、RCMV(Reduced Common Mode Voltage)-1、RCMV-2和所提控制方法.结果表明,所提控制方法在减小共模电压的同时,降低了转矩脉动和谐波电流,且较RCMV-2方法开关频率明显降低;此外,寻优代码执行时间相较于RCMV-1和RCMV-2分别降低了约91%和65%,减小了计算量.

不同相移角度绕组对双三相永磁同步电机电磁性能的影响分析

由于双三相永磁同步电机两套三相绕组之间可采用不同相移角度,以一台24槽22极双三相永磁同步电机为例,分析了相移角度对电机性能的影响规律.首先,基于各槽绕组磁动势间的相位关系,推导了在采用单层绕组和双层绕组时,两套三相绕组之间可行的空间相移角度,即0°、15°和30°,并对比分析了不同空间相移角度绕组产生的电枢磁动势频谱;然后,结合电枢磁动势谐波和电机电磁性能之间的关系,通过有限元仿真,验证了0°、15°和30°相移角度的绕组拓扑对不平衡磁拉力、反电势、平均转矩和转矩脉动等电磁性能的影响规律;最后,制作了2台单层和双层空间相移30°绕组的样机,并通过实验验证了理论和有限元仿真分析的正确性.结果表明:空间相移0°存在明显的不平衡磁拉力;空间相移30°电机平均转矩最大,转矩脉动最小.

基于参数扰动估计的双三相永磁同步电机鲁棒模型预测控制

双三相永磁同步电机因其损耗小、效率高、容错能力强等特点,广泛应用于航空航天技术、电动汽车等领域。为优化双三相永磁同步电机控制性能,采用双d-q坐标变换对双三相永磁同步电机进行数学建模,为减小电流纹波,在传统模型预测电流控制策略基础上,增加延时补偿;考虑电机参数扰动的影响,提出一种能够对参数进行在线估计的滑模观测器,以提高控制系统鲁棒性,最后在MATLAB/Simulink中进行系统抗负载扰动与鲁棒性能仿真分析。仿真结果表明,改进后的控制策略提高了电机的响应速度,超调减小,系统对电机参数扰动的敏感性减弱,系统抗负载能力和鲁棒性增强。

分段式双三相永磁直线同步电机的无模型电流预测控制

分段式结构的双三相永磁直线同步电机(PMLSM),动子穿入和穿出定子分段时,传统的无差拍预测电流控制(DPCC)易受反电动势动态扰动的影响,无法实现精确的电流跟踪和推力控制。同时,该电机模型的参数失配会增大DPCC电流和推力控制的难度。针对以上问题,该文提出了一种基于无模型电流预测控制(MFPCC)的电流控制策略。首先,构建了分段式双三相PMLSM的超局部模型。其次,基于该超局部模型设计了预测电流控制器,并设计扰动观测器以补偿反电动势动态扰动和参数失配的影响。最后,实验验证了所提MFPCC能够抑制分段式双三相PMLSM的反电动势和参数失配的扰动,有效提升参数鲁棒性、电流跟踪性能并降低推力波动。

非串级结构下的双三相永磁同步电机调速控制和电流谐波抑制研究

该文针对多源时变干扰影响的双三相永磁同步电机系统,研究其基波平面内的调速控制问题和谐波平面内的谐波电流抑制问题。首先,在基波平面采用非串级控制结构,通过构造广义比例积分观测器(generalized proportional integral observer,GPIO)估计转速环的多源快变干扰;然后,针对q轴电流的过流保护问题,在传统比例微分反馈控制器的基础上利用障碍函数设计思想,结合干扰估计信息,得到基于GPIO的电流约束复合控制器;其次,在谐波平面,通过设计2个GPIO精准估计电流环的多源快变干扰,并与比例反馈控制器结合形成复合控制器来抑制2个电流环中的谐波电流。最后,给出严谨的稳定性分析,并通过对比实验验证所提方法的有效性。

一种改进的双三相永磁同步电机无价值函数模型预测转矩控制

针对双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)传统模型预测转矩控制策略转矩性能较差的问题,提出了一种基于虚拟电压矢量的无价值函数模型预测转矩控制策略。首先,对矢量空间解耦(VSD)的数学建模方法进行研究,建立了基于VSD的DTP-PMSM数学模型;其次,构建了一组12个无需矢量替换的虚拟电压矢量,通过无差拍直接转矩和磁链控制预测出参考矢量的角度位置和幅值信息,并筛选出最优虚拟矢量,该方法避免了虚拟电压矢量的遍历寻优从而大幅减小计算负担;同时,通过一种简化的矢量幅值调整方法使该最优虚拟矢量的幅值大小无限逼近参考矢量幅值大小,有效降低转矩脉动;最后,搭建了试验测试平台,将所提策略与传统策略进行对比。结果表明,所提策略有效减小了谐波电流和转矩脉动。

船舶双三相永磁同步电机高频注入算法研究

传统高频信号注入法只适用于具有凸极特性的永磁同步电机,并且在位置估计和电流反馈环节引入多个滤波器,造成位置估计和电流响应延迟,降低了系统的动态性能。针对凸极特性不明显的表贴式双三相永磁同步电机,在低速阶段提出一种基于高频方波电压注入法的无位置传感器控制策略,将高频注入周期和磁场定向控制周期分离,高频注入周期内直接在两相静止轴系采样高频响应电流进行转子位置估计,且位置估计和电流反馈环节均未使用滤波器。通过理论分析和仿真验证了该控制策略的有效性。

双三相永磁同步电机鲁棒滑模预测速度控制

为提高双三相永磁同步电机系统应对复杂扰动时的鲁棒性,提出了一种带有最速下降观测器的滑模预测速度控制策略。通过将参数变化和外部扰动注入到q轴电流系数,建立了带有扰动的双三相永磁同步电机运动模型。基于电机扰动模型提出了一种滑模预测速度控制策略,该方案使用基于双曲正切函数的新型幂次趋近律,能够在保持较快跟踪速度的同时有效抑制滑模抖振。设计了一个基于最速下降算法的扰动观测器,用于估计随叠加扰动而时刻变化的q轴电流系数并将其传递到滑模预测速度控制模型中。与传统的滑模预测速度控制相比,仿真结果证明了所提方法具有较好的动态跟踪性能和扰动抑制性能。

双三相永磁同步电机的多矢量模型预测电流控制策略

针对双三相永磁同步电机在传统矢量控制中电流脉动较大的问题,提出了一种基于电压矢量合成原理的多矢量模型预测电流控制策略。首先,通过结合双dq解耦变换与三相解耦脉宽调制(PWM)算法,将电机的每组三相绕组视为基本单元。其次,在每个控制扇区内,通过选择2个有效电压矢量和1个零矢量,构造出所需的目标电压矢量,并将其纳入备选电压矢量集,以实现任意方向和幅值的电压覆盖。最后,采用dq轴电流的无差拍算法确定各矢量的作用时间。仿真结果表明,所提控制策略显著降低了电流脉动,增强了系统稳定性。

基于Simulink的双三相永磁同步电机外部短路影响研究

双三相永磁同步电机内有两套绕组,形成两个余度,在单余度故障时,另一余度可继续工作,保持一定性能。短路故障是电机系统中较为严酷的一种故障形式,本文使用电路仿真的方法基于Simulink搭建双三相永磁同步电机的模型并进行几种外部短路情况的分析,避免了传统分析方法在直观性、便捷性方面的不足,得到双三相永磁同步电机在单余度引出线短路与开关管短路的故障下运行的状态。并分析了故障余度的控制系统,切断控制系统可减小输出性能下降,而主动构造三相完全短路可减小输出波动。最后总结双三相永磁同步电机外部短路对电机运行状态的影响。

基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法

针对双三相永磁同步电机发生匝间短路故障、偏心故障、退磁故障影响系统稳定运行的问题,为了能够及时诊断电机故障,提高双三相永磁同步电机可靠性,提出一种在定子齿部放置跨极式探测线圈的方法,实现双三相永磁同步电机故障检测与辨识。分析了跨极式探测线圈的工作原理,研究了双三相永磁同步电机在匝间短路故障、偏心故障、退磁故障下,跨极式探测线圈端口电压谐波变化规律,利用奇数次谐波来判断匝间短路故障和静态偏心故障,利用分数次谐波来判断局部退磁故障和动态偏心故障,给出了利用跨极式探测线圈进行故障诊断的思路。采用联合仿真研究验证了基于探测线圈故障诊断方法的有效性,为双三相永磁同步电机故障诊断提供了一种有效手段。

基于简化控制集的双三相永磁同步电机模型预测磁链控制

针对双三相永磁同步电机传统模型预测转矩控制计算量较大和权重系数整定过程繁琐的问题,提出一种基于简化电压矢量控制集的模型预测磁链控制算法。首先,将对电磁转矩和定子磁链幅值的控制转化为对定子磁链矢量的控制,消除代价函数中定子磁链幅值误差项的权重系数;然后,采用虚拟电压矢量作为控制集,抑制谐波电流,消除代价函数中的谐波磁链误差项;最后,通过判断定子磁链矢量误差的位置简化电压矢量控制集,将每个控制周期待评估的有效电压矢量由12个减少到5个,降低整个算法的计算量。实验结果表明,所提算法能够减小电磁转矩脉动,抑制谐波电流,而且在保持良好的控制性能的同时,可以显著地减少计算时间,具有更好的工程实用价值。

双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断方法

为了实现对双三相永磁同步电机绕组开路故障的快速诊断与定位,利用双三相永磁同步电机所特有的谐波子平面,提出采用谐波子平面电流矢量并结合归一化处理方案的双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断策略。首先,根据故障前后谐波子平面电流矢量幅值大小的变化进行绕组开路故障的检测,其次,依据绕组开路故障后不同的电流矢量相角,准确定位出发生开路故障的绕组。为消除负载发生突变时可能造成的误诊断现象,进一步设计了针对谐波子平面电流矢量的归一化处理方案,提升对双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断的鲁棒性。仿真和实验结果表明,所提策略能够快速地诊断并定位出绕组的开路故障,在负载发生突变时也可以表现出良好的可靠性和鲁棒性。

考虑电压约束时双三相永磁同步电机一相开路的建模与容错控制策略

双三相永磁同步电机因其适用于低压大功率输出场合、输出转矩脉动小、容错能力强等优势而受到来自于学术界与工业界的广泛关注。该文通过对基于正常解耦变换的容错策略下的单相开路永磁同步电机控制系统进行重新建模,指出在容错控制器设计过程中忽略电压约束是现存的容错策略中仍存在电流波形畸变与转矩脉动的原因,进而在所建立的模型的基础上设计容错控制算法,对电压约束进行补偿,从而优化容错运行状态下的性能。所提出的控制策略保留基于正常解耦变换的双三相永磁同步电机容错策略下电压、磁链方程与正常运行时一致,且只需3个电流闭环的优势,并实现容错运行时的转矩脉动抑制,保证电机在开路故障状态下的高性能运行。仿真和实验结果也证明建模的准确性以及所提出的策略在减少谐波损耗和抑制转矩脉动方面的有效性。

双三相永磁同步电机缺相容错运行虚拟矢量间接修正方法及其在直接转矩控制中应用

正常双三相电机直接转矩控制运行需要对基本电压矢量进行修正,采用修正后的虚拟矢量进行直接转矩控制可以抑制谐波电流。双三相电机缺一相故障直接转矩控制时,需要对电压矢量重新进行修正。该文给出了双三相电机缺一相故障情况下的电压矢量分布,提出一种双三相电机缺一相运行时虚拟矢量的间接修正方法,并且使虚拟矢量的幅值达到最大。构建双三相电机缺一相容错直接转矩控制策略,其定子磁链分区和开关表的选取规则与双三相电机正常运行时一致,其差别只是缺一相运行时十二个虚拟矢量的幅值有所减少,因此比较易于实现。实验结果验证了所提方法的正确性和可行性。

双三相永磁同步电机驱动系统简易容错控制方法研究

针对双三相电机驱动系统开路故障容错控制问题,依据双三相电机空间矢量解耦理论,提出一种简易的容错控制方法,即虚拟健全系统。研究了双三相永磁同步电机驱动系统单相缺相和开关管故障,给出了基于电流补偿的容错控制和最小铜耗容错控制的参考电流,其中以绕组总铜耗最小为优化目标得到的容错参考电流为全局最优铜耗解。采用重复控制器实现非常规容错控制参考电流的有效精确跟踪。提出的容错控制方法可确保系统容错切换过程中,整体控制框架、数学模型、调制策略均保持不变,仅需改变参考电流,降低了容错控制的复杂度。同时,提出的容错方法也可以扩展到其他相数多相电机的容错控制。

双三相永磁同步电机低共模电压模型预测电流控制

针对双三相永磁同步电机模型预测控制中存在共模电压较大、xy平面上谐波电流较大和控制器计算负担严重的问题,该文提出一种低共模电压的模型预测电流控制方法。首先,将虚拟电压矢量作为输入控制集,通过具有小共模电压的虚拟电压矢量对xy平面进行控制。然后,在每个采样周期中,通过计算参考电压矢量位置来减少候选电压矢量的数量。再通过无权重系数的价值函数对候选电压矢量进行评估,选择出最优电压矢量。所提方法有效地减少了xy平面上的谐波电流,消除了价值函数中的权重系数;减少了控制器的计算负担和双三相永磁同步电机驱动系统中固有的共模电压。最后,通过与两种现存的传统模型预测控制方法进行对比实验,证明了所提方法的有效性。

一种双三相永磁同步电机的多矢量模型预测转矩控制

双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)的传统模型预测控制(MPC)在一个控制周期内仅作用一个电压矢量,使得电机的控制效果不理想,尤其是稳态时的转矩波动。针对这个问题,提出一种基于虚拟电压矢量(VVV)的多矢量模型预测转矩控制(MPTC)策略。该方法在一个控制周期内作用多个电压矢量,扩大了矢量调制范围。通过这种方式,减小了转矩脉动,提高了稳态性能。此外,该策略采用了VVV,因此该策略抑制了谐波电流。选用无权重因子的代价函数对候选矢量组合进行筛选,降低了算法的复杂度。最后,在试验平台上,通过与传统双矢量MPTC进行对比验证了所提算法的有效性。

参考跟踪和扰动抑制解耦的双三相永磁同步电机容错控制策略

双三相永磁同步电机发生断相故障时,转速及电流中将会出现明显的周期性扰动。为了解决这一问题,该文提出了一种容错控制器,该控制器包含基于主控制器的参考值跟踪环路和基于重复控制器的周期性扰动抑制环路。所提出的容错控制器不仅可以实现对周期性扰动的闭环抑制,有效降低断相故障后系统中的转速脉动和谐波电流,还能够实现系统参考值追踪与周期性扰动抑制之间的解耦,避免重复控制器对暂态性能的影响。将所提出的控制器分别应用于驱动系统的转速环和电流环中,实验结果表明,与传统策略相比,该容错控制策略不仅能够有效抑制周期性扰动,还拥有更快更平稳的暂态跟踪响应。

基于多级滞环控制器的表贴式双三相永磁同步电机低电流谐波直接转矩控制策略

双三相永磁同步电机采用的传统直接转矩控制策略往往伴随着较大的转矩脉动和谐波电流。为了解决上述问题,该文提出基于多级滞环的直接转矩控制策略,该策略采用24种矢量组合的电压合成方案,可根据开关表在α-β平面输出多种电压等级。同时,提出的控制策略还可基于比例谐振控制器调制z1-z2平面电压,实现闭环谐波电流抑制。实验结果表明,在同等开关频率下,所提控制策略可以有效降低电流谐波和转矩脉动。