基于静止轴系改进高频方波注入同步磁阻电机无传感器控制

同步磁阻电机因为其成本低、可靠性高,发展前景可观。在低速域无传感器控制方面,因同步磁阻电机转子具有凸极性,使用高频方波信号注入方法进行转子角度估计最为合适。但是,电机在低速运行中伴随着交直轴电感交叉饱和问题,该问题影响着电机的动稳态性能。为此,对传统高频方波注入控制方法进行改进,提出基于静止轴系的双高频方波注入无传感器控制方法,降低高频幅值带来的高频转矩脉动,抑制因交叉饱和效应导致的角度估计误差,提高电机动稳态性能。在1.5 kW同步磁阻电机实验平台上进行实验验证。结果表明,与传统高频注入法相比,改进高频注入法消除了交叉饱合引起的角度估计误差,并降低高频信号带来的转矩脉动问题,提高了电机的动稳态性能。

基于一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制

同步磁阻电机在实现无速度传感器控制时出现交叉耦合效应,导致dq轴电感随着电流发生非线性变化,转速环使用传统PI控制器已无法满足系统较强的抗扰性能和较高的转子位置估计精度。为了改善此问题,该文提出一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制策略,利用其机械运动状态方程,将同步磁阻电机的交叉耦合效应及负载扰动变化视为扰动。首先通过扩张状态观测器对负载扰动快速观测并进行前馈补偿,以此来提高系统抗扰性;其次利用静止实验法,得到dq轴磁链与电流的非线性函数模型,将该模型运用至磁链观测器中,以减小交叉耦合效应,提高转子位置估计精度;最后在1.5 kW的同步磁阻电机对拖加载实验平台上进行实验,验证了该控制方案的有效性。

基于磁链相移原理的不对称交替极永磁辅助同步磁阻电机设计与分析

传统永磁辅助同步磁阻电机(PMaSynRM)无法充分利用永磁转矩和磁阻转矩,该文提出一种新型不对称交替极永磁辅助同步磁阻电机(ACP-PMaSynRM)。基于永磁磁链相移原理,将交替极永磁阵列、不对称磁极和磁障相结合,实现永磁转矩和磁阻转矩的最大值在相同电流相位下叠加,不但提高了永磁转矩和磁阻转矩的利用率,增强了电机输出转矩能力,而且减少了永磁体用量。采用有限元法对比分析了传统和新型ACP-PMaSynRM的电磁性能,验证了所提电机拓扑的可行性。最后,制造了一台48槽14极样机并对其进行了实验验证。

双三相同步磁阻电机单相开路故障下的容错控制策略

双三相同步磁阻电机(dual three-phase synchronous reluctance motor,DTP-SynRM)转子不含永磁体,没有高温退磁风险,成本较低,且由于其系统自由度高、冗余性强,因此具有较好的容错性能。开路故障是双三相同步磁阻电机系统中最常见的故障类型之一,该文针对一种两套三相绕组中性点相互独立的双三相同步磁阻电机单相开路故障,建立DTP-SynRM矢量空间解耦模型,实现对电压、电流和磁链方程的完全解耦。在开路故障状态下仍将其视为一个正常的双三相电机,分析故障状态对电机的电流约束和信号传递的影响,并指出在开路故障下z2轴电流与β轴电流不再独立,电机由正常运行时的四阶系统降阶为三阶系统,而由于开路故障导致的电压信号传递不准确则会在dq坐标系中引入二次谐波电流,并产生二次和四次转矩波动。该文提出一种同时考虑电流约束和信号传递误差的故障容错方法,电机处于三闭环运行状态,补偿电压信号传递误差,抑制开路故障时电机的转矩波动并降低电流谐波。搭建实验平台进行实验,验证所提容错方法的有效性和可行性。

基于六边形轨迹的永磁辅助式同步磁阻电机弱磁控制策略

永磁辅助式同步磁阻电机在高速工况弱磁运行时,直流母线电压利用率不高,电机的效率与转矩输出能力较低。为此,提出了一种基于六边形轨迹的永磁辅助式同步磁阻电机弱磁控制策略。首先,以永磁辅助式同步磁阻电机的d-q轴等效电路为基础,推导了弱磁过程的电压和电流约束,证明弱磁控制提升电机调速能力的根本原因。其次,为充分发挥永磁辅助式同步磁阻电机高速运行下功率密度较高的优势,进而推导过调制算法。并将其应用于永磁辅助式同步磁阻电机的弱磁操作中,以实现更高的直流母线电压利用率。最后,通过仿真验证所提出方法的有效性。

基于参数辨识的永磁辅助同步磁阻电机电流无差拍控制

针对永磁辅助同步磁阻电机电感参数失配引起传统无差拍预测电流控制器受扰动的问题,该文提出一种电感参数自适应的无差拍预测电流控制方案。所提算法利用模型参考自适应系统对电感参数进行在线辨识,并将辨识结果代替控制器中的原始电感模型参数,以确保控制器的模型参数和电机实际参数相匹配,进而增强无差拍预测电流控制系统的鲁棒性。根据永磁辅助同步磁阻的数学模型,对电机本体进行了建模,以实现对所提算法的仿真验证。最后在以TMS320F28335控制器为核心的实验平台上进行了实验验证。仿真和实验结果均表明,当电机参数与模型参数不匹配时,所提算法相较于传统的无差拍预测电流控制算法在电流波动峰峰值、电流跟踪静差及系统鲁棒性方面都有明显的改善。

永磁辅助同步磁阻电机优化设计及试验

永磁辅助同步磁阻电机具有高效率、高功率密度、低维护需求等优点,在电机的电磁设计时,由于涉及的参数变量较多,如磁通密度、线圈匝数、永磁材料的选择等,尤其是在追求最大化效率和输出功率的同时,还需要考虑到成本、物料的可获得性以及设计的可行性。该文基于永磁辅助同步磁阻电机基本工作原理及结构估算模型,以提高电机额定工况下运行效率为优化目标,采用田口法对电机相关参数进行优化设计,并对优化后的结果与原始方案进行对比。测试结果表明,与原始设计相比,优化后的电机在效率、温升控制和输出扭矩方面均有明显改进,尤其是在高负载条件下,优化电机展现出更稳定的性能和更高的能效。研究结果旨在通过采用先进的设计方法和试验验证,为永磁辅助同步磁阻电机性能的优化提供相关参考和建议。

真空干泵用永磁-磁阻复合式同步电机设计与分析

针对真空干泵用驱动电机在真空环境中转子散热难的问题,设计了一种混合励磁永磁-磁阻复合式同步电机。该电机转子永磁体励磁结构由钕铁硼与铁氧体两种磁体组成,旨在改变永磁体的排布方式,降低电机的损耗。首先,构建电机转子的拓扑结构,并设计两种方案来研究永磁体的排列方式对电机性能的影响;其次,分析转子参数对电机空载反电动势和电磁转矩的影响,并对电机转子的尺寸进行调整;然后,对比两种方案的损耗大小,选择损耗更低的电机方案;最后,通过有限元计算对目标电机进行了温度场分析,结果表明,所设计方案的电机温度分布合理,因此通过改变永磁体的排布方式能有效提升电机效率,降低电机损耗,确保电机稳定运行。

基于高频注入法的同步磁阻电机无位置传感器控制

同步磁阻电机是一种结构简单耐用、造价较低的特殊同步电机,近年来逐渐受到关注。将旋转高频电压注入法无位置传感器控制技术应用于同步磁阻电机,研究无带通滤波器同步磁阻电机位置辨识策略,以简化控制算法,降低位置辨识误差,减轻处理器的运算压力。同时在实验中,分奇偶周期分别注入基波电压和高频电压,以充分利用实验电源容量。在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,同时搭建1.2 kW样机的硬件测试平台,仿真和实验结果都验证了简化的无位置传感器矢量控制算法的有效性和准确性。

基于双极性电压注入和PSO拟合的同步磁阻电机磁链自学习方法

同步磁阻电机(SynRM)存在明显的磁路饱和现象。如果在电机控制算法中使用固定电感值,无法实现理想的控制性能。针对该问题,提出一种磁链自学习方法。首先,详细分析了SynRM的交叉饱和现象,并采用恒定转速方法建立了SynRM的磁饱和模型;然后,设计了双极性电压注入的自学习给定方式,通过分区域拟合磁链曲线来后处理不均匀分布的原始磁链数据,并使用粒子群优化(PSO)算法求解拟合函数系数;最后,在实验平台对提出的磁链自学习策略进行验证。实验证明,相较于直接插值方法,分区域拟合磁链曲线的后处理方法对原始数据点的分布没有要求,因此可以显著降低磁链曲面的学习误差。

双开关磁阻电机的改进交叉耦合同步控制

为增强两台开关磁阻电机(SRM)这一高度非线性被控对象的同步跟随性,降低不确定扰动造成的同步性能下降的影响,结合单神经元PID算法提出一种双SRM的改进型交叉耦合同步控制策略。建立并分析SRM的数学模型,结合基于单神经元PID算法的改进交叉耦合同步控制策略和基于有限元法的SRM静态特性参数,在MATLAB/Simulink搭建双SRM转速交叉耦合同步控制模型并进行稳态和动态性能仿真分析。结果表明,改进后的双SRM交叉耦合同步控制策略,对比传统交叉耦合同步控制策略,使得双SRM的转速同步控制的动态响应能力、抗负载扰动能力以及转速跟随能力更优。

低转矩脉动永磁辅助同步磁阻电机转子结构优化设计

针对永磁辅助同步磁阻电机(PMA-SynRM)转矩脉动大的问题,提出了一种基于非支配排序遗传算法(NSGA-II)的PMA-SynRM多目标优化设计方法。首先,介绍了PMA-SynRM的基本结构与工作原理;其次,通过构建空气磁障、设计不对称辅助槽对PMA-SynRM转子结构进行改进;然后,通过灵敏度分析选出了对PMA-SynRM优化目标影响较大的参数,通过NSGA-Ⅱ进行多目标寻优,从生成的Pareto前沿中选择最优拓扑结构;最后,通过有限元软件,对优化后电机与初始电机的转矩性能进行分析。仿真结果表明,基于NSGA-Ⅱ优化后的PMA-SynRM其性能得到了显著提高。

基于高频信号注入的同步磁阻电机无位置传感器控制

针对同步磁阻电机定子电感具有电磁饱和、交叉耦合等特点带来的电机参数非线性问题,提出了一种递推最小二乘法与脉振高频电流信号注入相结合的无位置传感器控制方法,其原理是将幅值固定的高频正弦电流信号注入到同步磁阻电机观测坐标系直轴内,在交轴提取含有转子位置信息的电压信号,采用带遗忘因子的递推最小二乘法进行电机电阻与电感参数的在线辨识,可实现电机的无位置传感器控制。仿真与台架试验验证了所提方法的准确性与实用性。

永磁辅助同步磁阻电机转矩脉动抑制研究

新能源车用永磁辅助同步磁阻电机转矩脉动包含齿槽转矩、永磁转矩脉动及磁阻转矩脉动,各转矩脉动分量对电机转矩脉动均具有重要影响。分析了永磁辅助同步磁阻电机齿槽转矩、永磁转矩脉动及磁阻转矩脉动产生机理,以一台48槽8极新能源车用永磁辅助同步磁阻电机为研究对象,从转子结构入手优化电机转矩脉动;提出了优化永磁体张角、优化永磁体槽端部及开辅助槽来有效降低了转矩脉动。通过样机测试,验证了优化设计效果。

混合辅助同步磁阻电机转子拓扑分析与优化

针对内置永磁同步电机稀土永磁体用量较多以及铁氧体辅助同步磁阻电机易发生不可逆退磁的问题,提出采用铁氧体和稀土混合的方式,将铁氧体退磁严重的区域换成稀土永磁体,建立混合磁体辅助同步磁阻电机。考虑到该电机转矩脉动较大,优化参数较多,采用基于遗传算法和田口法相结合的多目标优化分析方法,以降低转矩脉动和提高平均转矩为优化目标,对电机转子结构参数进行优化。相比传统遗传算法,该多目标优化方法不仅提升了平均转矩、降低了转矩脉动和稀土用量,而且减少了计算量。利用样机进行负载转矩实验,实验实测值与有限元仿真值误差在5%以内,证明了有限元仿真分析结果的正确性。

基于机器学习的同步磁阻电机转子结构优化研究

针对同步磁阻电机运行过程中严重的转矩脉动问题,提出一种基于机器学习的同步磁阻电机转子结构多目标智能优化方法。首先,通过磁路分析获得同步磁阻电机待优化转子结构参数,并利用有限元法进行敏感度分析,确定待优化变量与范围。其次,引入深度神经网络建立同步磁阻电机非参数快速计算模型,构建待优化变量与转矩之间的非线性映射关系,完成电机电磁特性精确建模。在此基础上,提出一种基于强化学习的改进粒子群算法,根据强化学习中奖励函数机制在线调整优化算法的学习因子,提高粒子群算法的收敛速度和全局寻优精度。最后,以最小化转矩脉动和提高平均转矩为优化目标,采用改进粒子群算法与深度神经网络模型,实现同步磁阻电机转子结构参数的多工况全局优化。仿真与实验结果表明,所提出方法优化后的同步磁阻电机相较初始电机模型,不仅具有更低的转矩脉动,而且平均转矩输出略有增加。

纯电动汽车永磁同步磁阻电机扩速特性研究

随着稀土永磁材料价格的急剧上升,永磁辅助同步磁阻电机因其广泛的弱磁范围、较高的功率密度和出色的价格优势,在新能源汽车行业中已经成为了主要的驱动电机选择之一,实现了空前的发展。本研究旨在提高电机启动时的输出扭矩,并解决电机在高速范围内逆变器功率的限制问题。我们提出的电机调速系统在输出相同扭矩时需要更低的定子电流,即使在突然增加负载的情况下,也能迅速调整进入新的稳定状态。这一控制策略为新能源汽车的速度调节提供了有益的指导。

同步磁阻电机驱动系统在矿山工业的应用分析

相较于传统的永磁同步电机和感应电机,同步磁阻电机作为一种新兴的选择,具备简单的结构、高精度的控制、强大的适应性和高效能等优势。本文通对同步磁阻电机在矿山工业设备中的技术应用进行深入研究,并对矢量控制系统进行仿真分析,阐述了同步磁阻电机在矿山工业设备中的潜在应用,以期为矿山工业的技术发展提供新的视角和启发。

基于超螺旋滑模观测器的同步磁阻电机无位置传感器控制

针对同步磁阻电机(SynRM)铁心饱和以及交叉耦合效应引起的电感参数变化问题,传统基于滑模观测器(SMO)的无传感器控制方法所采用的定电感参数难以实现高性能控制,提出一种基于超螺旋滑模观测器(STASMO)的自适应电感无传感器控制策略,并给出所提控制方案的稳定性条件。通过有限元仿真获得静态下的电机磁链饱和数据,利用该数据对电机磁链饱和模型进行拟合,并将所得饱和模型应用于观测器中以实时自适应解决电感参数变化问题。最后,通过仿真验证了所提出的无位置传感器控制方法的有效性和优良的控制性能。

宽高效率区混合永磁同步磁阻记忆电机设计

铁氧体、钕铁硼混合永磁同步磁阻电机相对铁氧体永磁同步磁阻电机,具有较高的永磁磁链,提高了功率密度尤其是弱磁运行时的功率密度,但一定程度上降低了高速、低转矩区的效率。为此,在铁氧体、钕铁硼混合永磁同步磁阻电机的基础上采用一定量的铝镍钴替代钕铁硼,设计成混合永磁同步磁阻记忆电机,在不降低电机弱磁运行功率的情况下,对不同工况下的永磁磁链进行调节,采用铁氧体、钕铁硼和铝镍钴三种永磁材料混合,可有效提高混合永磁同步磁阻电机高速、低转矩区效率。从维持弱磁运行功率和永磁磁链调节两方面对铝镍钴和钕铁硼的相对用量进行设计,对永磁磁链的调节过程和效率分布进行分析,证明了所设计的电机拓宽了高效率区范围,并分析了相关电磁特性。