基于模糊控制的凸极永磁同步电动机最大转矩/电流比控制策略系统仿真

永磁同步电机以其自身特殊的结构,较其他类型的电动机具有很多方面的优势,如:功率密度高,转子惯性低等,永磁同步电机可分为凸极和隐极式电机,结构不同其控制方法又有不同。本文针对凸极式永磁同步电机的特点,分析了最大转矩/电流比控制策略,并在调速系统中应用了模糊控制和PI控制相结合的转速调节器,仿真结果表明,这种控制方法较传统的id=0的PI控制策略的有较大的改进。

考虑电压电流限制的伺服电机无纹波转矩控制

针对伺服系统无刷电机正弦电流转矩控制纹波较大的问题,提出了一种无刷伺服电机在任意反电动势波形下的无纹波转矩控制,实现了电机驱动器在有限电压、电流范围内的功率损耗最小。首先,建立了有限电压、电流范围内的电机模型,推导了电压、电流范围边界的不等约束条件;其次,利用拉格朗日乘数法求解等效二次规划问题,提出了最优转矩控制策略;最后,在三相18极同步电机的实验平台上进行了3种情况的实验验证。结果表明,所提控制策略在相电压、电流饱和时,仍能实现转矩的精确控制,输出期望转矩;在发生单相故障时,可以隔离故障相,同时通过优化励磁电流使非故障相达到预期的转矩输出,减小了转矩纹波。

多谐振控制的同步磁阻电机鲁棒预测电流控制系统转矩脉动抑制方法

为抑制同步磁阻电机的转矩脉动并提高系统的鲁棒性,文中提出了一种基于多谐振速度环控制与自抗扰电流环的复合控制策略。由于同步磁阻电机的磁阻变化不均匀,从而导致电机电感随着磁饱和与交叉耦合效应变化,一方面,电感参数的变化会给电流环控制带来影响;另一方面,电感参数的变化还会引起转矩的脉动。因此提出基于多比例谐振的速度环控制策略,以抑制同步磁阻电机的转矩谐波。基于超局部模型的无差拍电流预测控制,利用改进的锁相环观测器对下一拍的电流和扰动进行预测,在电机参数变化时可以很好地实现电流的跟踪,从而提高系统的抗干扰能力。

基于MPC的PMSM转矩电流误差控制研究

针对占空比双矢量模型预测电流控制方法采取无差拍思想计算占空比时,周期内较大的电流误差导致转矩脉动严重的问题,提出了一种矢量切换的方法。所提方法不以无差拍思想下转矩电流预测值与参考值相等为控制目标,而是通过改变电压矢量的切换时刻并保证电流误差正负对称相等,实现了降低转矩电流控制误差的目的。通过推导占空比,对比分析了矢量切换前后单个控制周期内的最大电流误差。并在Simulink仿真平台上验证了矢量切换方法,同时与占空比双矢量方法进行对比。结果表明矢量切换方法能有效减小周期内转矩电流跟踪误差,实现了每个周期过程最优控制。

基于级联惯性负载转矩观测器的永磁伺服电机复合抗扰控制

针对永磁伺服电机在运行时位置跟踪精度差和抗干扰性能弱等问题,提出一种模型预测位置控制与非奇异快速终端滑模速度控制相结合的复合模型预测控制策略。该控制策略采用非奇异快速终端滑模设计速度控制器,以有效提高响应速度及系统鲁棒性;采用模型预测位置控制提高位置跟踪精度;同时,采用基于转动惯量观测和负载转矩观测器相结合的级联惯性负载转矩观测器观测负载转矩并进行前馈补偿,进一步提高系统的抗干扰性能。通过仿真和实验结果可得,所提复合模型预测控制可有效提高永磁伺服电机的动态响应速度和抗负载扰动能力。

基于电流转矩协同控制的开关磁阻电机新型直接瞬时转矩控制策略

该文针对开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)的直接瞬时转矩控制(direct instantaneous torque control,DITC)展开研究。由于SRM的强非线性及数字控制器控制带宽的有限性,传统DITC存在电流脉冲大、系统损耗高、转矩脉动大等问题。针对这些问题,该文在脉冲宽度调制DITC(pulse width modulation,PWM-DITC)基础上提出一种基于电流转矩协同控制的新型DITC策略。该策略创新性地引入电流误差作为开关导通依据之一,在控制转矩的同时实现对电流脉冲的抑制,完成平稳换相。同时,该策略在开关导通规则中设计与具体工况相关的参数,降低转矩脉动。在此基础上,该文又提出一种开通角迭代更新方案,实现系统效率提升。相比传统PWM-DITC,该策略可有效降低换相区间内电流脉冲,提升系统运行效率,同时显著降低转矩脉动。最后,通过实验验证所提策略的有效性。

基于前馈搜索法的IPMSM最大转矩电流比控制

针对传统搜索法MTPA中存在搜索速度慢的问题,提出一种结合公式法和搜索法的前馈搜索法MTPA控制策略。为了提高系统的动态性能,该控制策略用分段函数代替复杂的d-q轴电流分配公式,得到计算直轴电流前馈量的通用式。然后,在前馈量的基础上进行在线搜索,获取最优直轴电流指令,并利用历史工作数据修正分段函数,提高前馈精度。最后,分析了前馈搜索法的搜索过程,并设置搜索阈值避免搜索法在稳态时的周期性震荡,仿真和实验结果验证了该策略的有效性。

IPMSM电流前馈解耦转矩补偿MTPA控制研究

为提高车用内置式永磁同步电机(IPMSM)驱动系统的速度响应能力和高速状态的运行抗干扰性,提出了以最大转矩比电流(MTPA)控制为基础,采用带电流前馈解耦的反馈补偿控制策略。在分析电机的数学模型的基础上,借助电流空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制技术实现MTPA控制。在MATLAB/Simulink仿真对比分析中,使用转矩补偿调节相比传统PI控制可使响应时间缩短近40%,并有效提高高速运行时的抗干扰性,验证了所提出的控制策略的可行性和有效性。

一种优化开关磁阻电机换相区控制策略的高效率转矩分配函数

转矩分配函数被广泛应用于抑制开关磁阻电机的转矩脉动。然而,输入相转矩跟踪不足或者输出相产生较大的负转矩这两种情况通常会导致电机的转矩脉动难以得到有效抑制,并降低电机的运行效率。因此,为了能够有效降低电机的转矩脉动并提高电机的效率,提出了一种新型的转矩分配函数控制策略。在提出的转矩分配函数控制策略中,电机的换相区域分为两个区域。在前一区域中,通过降低输入相转矩分配的比例,可以实现输入相实际转矩快速跟踪参考转矩,电机的转矩脉动有效降低。同时由于在输入相电感变化率较低时减少输入相分配的转矩,从而输入相的峰值电流随之降低,电机的转矩电流比提高。在后一区域中,将输出相的电流在转子对齐位置附近处减小到0,以避免产生较大的负转矩。因此,在所提出的方案下,电机的转矩脉动得到有效抑制,电机的效率也得到了提高。为了验证该方法的有效性,在一台12/8三相开关磁阻电机上进行了仿真和实验。结果表明,所提出的转矩分配函数控制策略能有效降低开关磁阻电机转矩脉动,也能有效地提高开关磁阻电机的运行效率。

计及采样扰动抑制的电压源逆变器三矢量无模型预测电流控制方法

针对传统电压源逆变器无模型预测电流控制(model-free predictive current control,MFPCC)方法存在电流纹波大、电流梯度更新停滞以及预测性能易受采样扰动影响的问题。该文提出一种计及采样扰动的三矢量MFPCC方法。在一个控制周期应用3个基本矢量,并根据价值函数计算矢量作用时间,降低了输出电流纹波;其次,通过建立不同矢量作用下的电流梯度方程组,实现电流梯度数据的实时更新,消除了停滞现象;再次,分析采样扰动对MFPCC的影响,采用扩张状态观测器估计采样扰动以补偿预测电流控制,抑制其对输出电流的影响。最后,通过仿真和实验,对所提方法的有效性进行了验证。

基于预测电流控制算法的开关磁阻电机转矩脉动抑制策略

针对传统开关磁阻转矩脉动抑制策略中采用电流滞环控制方法带来的电流动态跟踪能力弱而引起转矩脉动大这一问题,提出一种基于线性转矩分配函数策略下的无差拍电流预测方法,提高电流跟踪特性,减小因电流跟踪能力弱引起的转矩脉动。根据电机运行中电流分布特征及电流变化率,灵活选择"正压零压"、"负压零压"等PWM调制模式,确定最佳的功率变换器励磁、续流、退磁模式组合,提高在不同运行模式下电流控制的准确度,在不增加开关频率或改变滞环宽度条件下,使实际电流时刻跟踪给定。搭建三相12/8极开关磁阻电机仿真模型及实验平台,考虑磁场饱和、高速运行、低速运行、负载突变等工况,对转矩脉动指标进行对比。实验结果表明,在线性转矩分配策略下电流预测控制策略能有效减小开关磁阻电机的转矩脉动,提高电机运行效率。

基于端口受控哈密顿方法的PMSM最大转矩/电流控制

永磁同步电动机(PMSM)可看作是二端口的能量变换装置。基于能量成形方法和端口受控哈密顿(PCH)系统原理,研究了永磁同步电机(PMSM)的建模与速度控制问题。从能量平衡的观点,建立了PMSM的PCH系统数学模型。利用互联和阻尼配置的能量成形方法,给出了PMSM系统的反馈镇定原理。根据最大转矩/电流(MTPA)控制原理确定了系统期望的平衡点,分析了PMSM系统平衡点的稳定性,并设计了负载转矩恒定已知情况下的控制器。针对负载转矩恒定未知的情形,研究了负载转矩的实时估计与控制器设计方法。仿真结果表明所设计的控制器具有很好的性能和应用前景。

虚拟同步机电流受限暂态电压支撑机理与改进故障穿越控制研究

针对虚拟同步机在电网低、过电压故障下所面临的无功电压支撑不足、特性差等问题,建立考虑电流限幅特性的虚拟同步机等效电路模型,并基于拓扑同伦原理,给出不同无功电压控制在等效电路相量图上的几何表征方法。利用该方法,揭示几种常见无功电压控制下的虚拟同步机电流受限暂态电压支撑机理,并由此提出一种改进的故障穿越控制策略,有效改善电网低电压、过电压故障下的暂态电压控制能力和支撑特性,进而缓解故障期间的暂态功角稳定问题。基于PSCAD/EMTDC仿真对所提机理和故障穿越控制方法进行详细验证,最后,在3机9节点系统中对其在近、远区电网故障下的支撑特性进行仿真验证。

永磁同步电机伺服系统的自适应滑模最大转矩/电流控制

为了增强永磁同步电机(PMSM)伺服系统的抗干扰能力,本文设计了一种基于最大转矩/电流(MTPA)原理的自适应滑模控制器.控制器根据MTPA控制方法确定定子直轴和交轴电流,并利用滑模控制增强了系统的抗干扰能力,但同时给系统带来抖振.为了削弱系统抖振,设计了一种改进的自适应滑模趋近律用于位置控制.为了增加控制器的实用性,MTPA控制采用函数曲线拟合法.仿真结果表明,所提出的控制器有效增强了系统的动态性能、稳态性能及鲁棒性,并有效削弱了滑模控制带给系统的抖振.

基于广义比例积分观测器的永磁同步电机鲁棒谐振预测电流控制

针对永磁同步电机(PMSM)采用无差拍预测电流控制(DPCC)时,性能易受电机参数失配及死区效应的影响,该文提出一种基于广义比例积分(GPI)观测器的鲁棒谐振预测电流控制(RRPCC)方法。首先,分析PMSM参数失配将产生非周期扰动及逆变器死区效应会导致周期扰动,进而建立带有非周期和周期性扰动的PMSM精确数学模型;其次,基于内模原理,将包含扰动频率的谐振多项式嵌入电流预测模型,可有效地抑制周期性扰动;最后,采用GPI观测器估计由参数失配引起的集总扰动,并通过前馈补偿消除非周期扰动。实验结果表明,该方法能提高系统面对非周期及周期性扰动时的鲁棒性。

基于最大转矩电流比动态磁链给定的直接转矩控制

分析得出了凸极永磁同步电机直接转矩控制中定子磁链给定必须限制在一定范围。用极值原理推导出在输出转矩一定时所需要的最小d,q轴电流应满足的关系式,同时给出了一种简洁的工程近似求解方法。最后,以变化的磁链给定代替恒定磁链给定以实现最大转矩电流比,有效克服了常规直接转矩控制在磁链给定太小时启动困难的缺点,而且大大提高了系统运行效率,仿真结果表明了该方法的有效性。

基于迭代法的内置式永磁同步电机最大转矩/电流控制

最大转矩/电流控制(MTPA)可以充分利用内置式永磁电机(IPMSM)的磁阻转矩,但是运算量大,控制复杂。针对这一问题,本文运用迭代法得到了电磁转矩与电流分量的曲线关系,并用三个二次函数对其进行分段拟合。用拟合所得的近似曲线替代传统查表法中大量的离散点数据,提高了系统的动态性能。最后通过仿真实验对两种方法的动态性能进行对比,其结果验证了本文提出方法的有效性和优越性。

基于电流滞环控制的无刷直流电机多状态换相转矩脉动抑制方法

目前,关于无刷直流电机(BLDCM)控制方法的分析大多是在电动状态。但是,它也可能在发电状态下工作。对BLDCM转矩的控制一般通过对电机电流的控制来实现,而电流滞环控制可直接控制电机电流,获得较好的转矩控制品质。提出一种用于BLDCM电动状态和发电状态的电流滞环控制方法,不仅可以成功完成换相,还可以抑制换相区间的转矩波动。此外,还提出一种基于快速响应的滞环控制的新型转换控制方法,以同时进行换相和状态转换。

一种合成电流控制的无刷直流电机转矩脉动抑制系统

具有非换相相电流反馈的无刷直流电机的传统双闭环调速系统,因非理想梯形波反电势和非理想方波相电流存在较大转矩脉动,该文引入正比于瞬时转矩的合成电流变量,并推导出每个扇区下的合成电流与非换相相电流之间的关系式,通过控制所需合成电流的对应非换相相电流,达到抑制转矩脉动的目的。此外,为了减小换相转矩脉动,采用一种基于PWM-on的新型调制方式。该调制方式在换相期间,三相将进行配合调制,通过计算给每一相分配不同的调制占空比,使开通相和关断相的电流变化率相等。所提转矩脉动抑制方法通过相应的Matlab仿真和数字信号处理驱动实验,验证了其可行性和有效性。

考虑饱和效应的IPMSM最大转矩电流比控制

针对内置式永磁同步电机I(PMSM)d,q轴电感不相等的特性,对最大转矩电流比控制方法,即在相同的电流下可输出更大转矩的控制方法进行了研究,用极值原理推导出在输出转矩一定时所需最小d,q轴电流应满足的关系式,从而在系统容量相同的情况下相对于id=0控制可显著提高系统的低速转矩及动态性能。在最大转矩电流比控制的基础上,进一步考虑到电感饱和效应,给出了适于工程应用的近似算法并应用于工程实践。最后进行了试验对比,试验结果表明该方法可有效提高系统的转矩输出能力,具有很好的工程应用性。