基于电流预测及谐波抑制的双三相永磁同步电动机容错控制研究

针对传统的比例积分(PI)控制器在双三相永磁同步电动机(DTP-PMSM)容错控制系统中存在响应速度慢及谐波电流大的问题,本文提出一种基于电流预测及谐波抑制的DTP-PMSM容错控制策略,通过对一相绕组故障后的DTP-PMSM进行建模,然后对电压方程进行二次解耦变换,在基波子平面的电流环中引入无差拍控制器以提高系统的动态响应速度,同时在谐波子空间引入比例谐振(PR)控制,抑制谐波电流对电动机运行的影响。通过仿真结果对比表明,所研究的容错控制策略能使电动机在单相断相后保持稳定运行,且相较于传统PI控制器,在动态响应速度及谐波抑制方面具有一定优化效果。

双三相永磁同步电动机直接转矩控制仿真研究

针对双三相永磁同步电动机(PMSM)在采用传统的直接转矩控制时出现的定子谐波电流过大的问题,提出了一种基于三相解耦SVPWM技术的双三相PMSM直接转矩控制算法。通过重新合成12个基本电压矢量,不用改变开关表,在保证电机运行性能不受影响的情况下削弱定子电流的谐波分量,降低定子铜耗。该算法计算量小,易于实现,仿真结果证明了该算法的有效性。

双三相永磁同步电动机绕组不同相移的控制性能分析

基于Ansoft Maxwell 2D的仿真环境,建立两套绕组不同相移(相移30°和180°)的双三相永磁同步电动机仿真模型。在静态磁场,空载瞬态磁场和负载瞬态磁场下,分别对这两种永磁同步电动机的内部电磁场进行仿真分析。获得绕组自感和互感曲线,感应电动势和电磁转矩曲线,比较两种模型的电磁性能。然后结合电磁场分析结果,利用Matlab仿真软件建立两种电机的数学模型,对电机的控制性能进行仿真分析。分析结果为双三相永磁同步电动机的优化设计及进一步研究提供了理论依据。

船舶电力推进用双三相永磁同步电动机建模

为了研究船舶电力推进系统,提出了一种双三相永磁同步电动机的数学建模新方法.基于产生相同磁动势和功率不变的原则,先将双三相绕组等效变换为双两相绕组,再将双两相绕组等效变换为两相绕组.经过2次绕组变换后,双三相绕组等效变换为两相正交绕组.应用成熟的两相旋转坐标系下的数学模型,完成了双三相永磁同步电动机在dq坐标系下的数学建模和基于Matlab/Simulink的仿真建模.设计了一台6极、2.2 kW的双三相永磁同步电动机,进行了仿真和试验研究.比较仿真结果和试验数据,两者间最大误差在5%以内,该建模方法是有效和正确的.

采用绕组变换的双三相永磁同步电动机建模研究

提出了一种双三相永磁同步电动机的数学建模新方法.基于产生相同磁动势和功率不变的原则,构建了一个等效的三相绕组,绕组变换后,原双三相永磁同步电动机等效为普通的三相永磁同步电动机.应用三相永磁同步电动机在两相同步旋转坐标系下的数学模型,完成了双三相永磁同步电动机在d-q坐标系下的数学建模和基于Matlab/Simulink的仿真建模.对一台6极双三相永磁同步电动机进行了仿真和实验,两者间最大误差在5%以内,因此该建模方法是有效和正确的.

双三相永磁同步电动机交互磁饱和模型仿真研究

为研究双三相永磁同步电动机交互磁饱和机理,根据有限元法得到d,q轴电感与电流的非线性关系,搭建了基于内插外推法的电机饱和模型,仿真实验,验证了所建立的饱和模型的有效性。

双三相永磁同步电动机的改进抗饱和滑模控制

基于对双三相永磁同步电动机内部结构的分析,建立了绕组相移30°和180°两种方式在矢量空间解耦建模方法下的数学模型,提出了一种改进抗饱和滑模控制策略。通过优化符号函数和改变趋近律的速率来减小滑模抖振,提高动态响应速度;对传统PID抗饱和方法进行分析,设计一种适合滑模控制的抗饱和方法,减小系统超调。根据构建的数学模型搭建矢量控制系统,对所设计的算法在Simulink环境下进行仿真分析。结果表明:所提方法相比于传统滑模控制,提高了系统的动态响应性能和稳定性,减小了系统超调量;比较分析绕组相移30°和180°时的控制性能,绕组相移180°时的电机响应速度更快且转矩脉动更小。

双三相永磁同步电动机驱动器全开路故障模式的诊断方法

准确地对驱动器开路故障进行识别与诊断能够有效防止故障进一步恶化所引起的严重事故,也是实施恰当容错控制策略的先决条件。驱动器的开路故障类型包含单个功率开关管故障、多个功率开关管故障以及功率开关管和相的混合故障,提出能够识别上述所有类型全开路故障模式的诊断方法。首先,为了便于模拟多类型的故障场景并提高理论模型的计算精度,构建能够计及诸多非理想因素和电机与驱动器之间相互影响关系的直接耦合分析模型,并通过实验验证了该模型的准确性和有效性。其次,通过矢量空间解耦中的子平面电流和绕组相电流分别提取故障因子和辅助故障因子,提出基于2种故障因子的诊断方法,并明晰2种故障因子的阈值范围和使用方法。最后,依托验证后的直接耦合分析模型,对6种不同类别的开路故障进行识别和诊断,证明所提方法的有效性。

基于滑模控制的永磁同步电动机DTC仿真研究

针对传统永磁同步电动机(PMSM)直接转矩控制(DTC)中转矩和磁链脉动大的问题,在转矩和磁链控制中引入超螺旋滑模变结构,并采用基于莱维飞行的改进粒子群(PSO)算法对其可调参数优化整定。为加快系统动态响应速度,采用速度滑模控制器代替传统PI调节器。使用Matlab/Simulink对引入滑模变结构的DTC系统进行了仿真研究,分别对空载和带载条件下的转速、转矩以及磁链进行分析。仿真结果表明,滑模变结构的引入可有效抑制转矩和磁链脉动,降低转速超调,缩短过渡时间。仿真研究有助于学生更好地理解与应用滑模理论,并增强学生理论结合实际与自主创新意识。

基于自适应迭代学习控制的永磁同步电动机稳态转速脉动抑制策略

为了提高永磁同步电动机转速控制的性能,抑制其稳态下的转速波动,设计了一种并联于传统速度PI控制器的自适应迭代学习控制器,用于对转速波动进行补偿。针对传统迭代学习控制器对非周期信号抗扰能力差的问题,提出了Fal函数与迭代学习控制器结合的方法,保证了系统在调速时仍具备良好的响应特性;针对迭代学习控制器迭代增益系数的整定问题,提出了一种控制参数自适应的迭代学习控制方法。实验结果表明,所提出的Fal函数与迭代学习控制器结合的方法能有效提升系统的抗扰能力;同时,提出的参数自适应方案也能提升迭代学习控制器对转速波动抑制的能力。

浅析永磁同步电动机速度控制

能源短缺与环境问题备受瞩目,各国积极推行节能减排。电机系统作为工业用电的主要耗能者,占比高达75%,节能工作在我国显得尤为紧迫。永磁同步电动机凭借其结构紧凑、效率高、重量轻等优势,在电机驱动领域脱颖而出。然而,传统的磁场定向控制方式虽高效可靠,但在面对未知扰动时,PI控制器的稳定性和精度却显得力不从心,难以满足高性能应用场景的需求。随着系统复杂性和精度要求的不断提高,PMSM控制面临着响应速度、跟踪精度以及电流保护等多重挑战。现以永磁同步电机为研究对象,通过建立数学模型,设计控制器,深入分析稳定性,并通过仿真实验对比控制策略,以期实现更为精准、高效的控制效果。

永磁同步电动机的分层多目标优化研究

为保证电动机运行过程中有更大的输出转矩、更小的转矩脉动及齿槽转矩,以输出转矩、转矩脉动及齿槽转矩为优化目标,以电动机的8个基本参数为优化对象,研究了一种基于灵敏度分析的分层多目标优化方法,针对灵敏度指数高的参数采用BBD设计配合进化算法进行多目标优化,其余变量采用DOE法配合进化算法进行优化。仿真结果表明:基于此优化方法,齿槽转矩和转矩脉动得到大幅削弱,验证了该永磁同步电动机优化方案的合理性。

改进扩张状态观测器下永磁同步电动机滑模控制

为了提高永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服系统的鲁棒性,提出了一种基于改进扩张状态观测器(expanded state observer,ESO)和滑模控制(sliding mode control,SMC)相结合的复合控制器。首先,提出了一种基于新型趋近律的SMC,该新型趋近律中引入系统状态变量,使趋近速度变得与系统状态相关,同时能够保证系统状态在有限时间到达滑模面并收敛到零;其次,利用ESO估计系统状态并抵消外部扰动,且针对传统的fal函数易引起系统抖振和误差较大时引起系统增益大的问题,提出了一种新的fal函数;最后,在Matlab/Simulink中进行仿真。仿真结果表明:相比于使用传统SMC的系统,使用了该新型控制器的系统其响应时间快0.042 s,加入负载扰动时有更好的抗扰动性能,故在使用新型控制器下的系统有更好动态性能和控制精度。

永磁同步电动机改进幂次趋近律控制策略

为了进一步提高永磁同步电动机的响应速度和抗干扰性能,在传统幂次趋近律的基础上提出了一种改进的幂次趋近律控制策略。在永磁同步电动机控制系统中,把改进后的滑模控制器引入到速度控制环,可以有效缩短控制系统的调节时间、恢复时间。通过利用李雅普诺夫定理进行分析,推导该设计方法的合理性,并利用MATLAB/Simulink搭建系统的仿真平台进行实验验证。结果表明:与传统幂次趋近律相比,用所提出改进后的滑模幂次趋近控制策略来设计永磁同步电动机速度环控制器具有良好的优越性,提高了系统的动态响应速度和抗干扰性能。

基于扩展状态观测器的永磁同步电动机的加权快速终端滑模控制

为提高永磁同步电动机的位置跟踪精度和抗扰性,提出了一种基于扩展状态观测器的加权快速终端滑模控制方法。首先,为降低系统扰动带来的影响,设计扩展状态观测器估计永磁同步电动机系统的总扰动。然后,根据扰动对系统的影响,对位置误差加权并将其作为滑模面中的非线性项,从而设计基于位置误差权重分配的滑模面。最后,设计快速加权终端滑模控制器对扰动做出具体补偿,并使系统在有限时间内趋于稳定。通过仿真结果验证,与传统的快速终端滑模控制器相比,在受到扰动时,本文设计的控制方法收敛速度更快,抗干扰性更强,能实现更准确的轨迹跟踪。

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.

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。