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。

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。

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。

基于NDO的永磁同步电动机自适应分数阶滑模控制

针对永磁同步电动机(PMSM)驱动的高档数控机床进给系统易受参数变化、外部扰动等不确定性因素影响的问题,设计了一种基于非线性干扰观测器(NDO)的自适应分数阶滑模控制(AFOSMC)方法。建立了含有不确定性的PMSM动态数学模型。将自适应控制与分数阶滑模控制(FOSMC)相结合,抑制了整数阶滑模控制的抖振现象,且能实时调整切换增益,提高了系统的控制精度。然而,外部干扰会对系统产生极大的影响,因此采用NDO实时辨识外部干扰,将观测值作为前馈补偿引入AFOSMC中,以提高控制器的抗干扰能力。实验结果表明,基于NDO的AFOSMC方法有效地削弱了抖振现象,提高了进给系统的跟踪性能和抗扰能力。

改进的脉振高频注入永磁同步电动机无传感器控制

针对脉振高频注入法中滤波器相位滞后影响系统动态性能的问题,本文从控制器角度入手,将模型预测控制(MPC)引入速度环替代比例积分(PI)控制,利用其滚动优化和反馈校正的特点提高系统的动态性能,同时对常用的MPC进行改进以获得更好的控制性能。为了获取更好的抗负载扰动能力,采取负载转矩补偿策略,分析传统的q轴参考电流前馈补偿在MPC下存在的问题,提出一种基于q轴参考电压的新补偿法,获得了更好的补偿效果。

永磁同步电动机控制技术综述

永磁同步电动机拥有能耗低、稳定性高等优点,在现代电梯驱动系统中已经得到广泛应用。随着电力电子技术的发展,永磁同步电动机控制技术也得到了飞速发展。现如今,永磁同步电动机变频控制方法也已经从最为简单的恒压比控制(V/f)发展为系统更加稳定的矢量控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)。同时为优化永磁同步电动机设计、节约制造成本、提高永磁同步电动机运行稳定性,更具经济效益和实用价值的永磁同步电动机的无位置传感器控制方法已经成为研究的重点。

永磁同步电动机基于滑模与自抗扰控制研究

为了解决永磁同步电动机传统滑模控制中抖振大、抗干扰能力差等问题,提出一种基于新型趋近律的滑模控制方法。利用李雅普诺夫函数证明其稳定性,并与传统的指数趋近律进行性能对比。将新型滑模控制器应用到永磁同步电动机矢量控制的转速环,有效地提高了动态响应时间,消除了启动超调,但在突变转速时依然有超调,为了进一步提升控制性能,设计一种新型fal函数的自抗扰控制器并应用到交轴电流环。仿真结果表明,所提方法相比传统滑模控制有效提升了响应速度,减小了静态误差,增强了抗干扰能力和控制精度。

永磁同步屏蔽电动机的涡流场仿真研究

屏蔽电动机虽具有电磁屏蔽效应,但交变磁场中金属屏蔽套上的感应涡流会使气隙磁场发生变化,并产生很大的涡流损耗。仿真以一个48槽8极表贴式永磁同步屏蔽电动机为例,对屏蔽套上的涡流场进行分析。探讨在不同激励下涡流矢量关系,分析在定子电枢电流激励作用下永磁体对涡流的影响,研究联合激励下的电流控制角和循环电流对涡流的影响,讨论在不同激励条件下屏蔽套和循环电流对径向磁密的影响,统计在不同转速下的屏蔽套涡流损耗的情况。

永磁同步电动机退磁故障的分析与实验研究

永磁同步电动机(PMSM)因其特有的永磁体结构,和感应电动机相比,存在着不可逆的退磁风险;同时电动机是一个强耦合系统,永磁体发生退磁会导致电动机的损坏,给电动机拖动系统带来严重的后果。分析了永磁体的退磁机理,对各种退磁情况进行了比较研究。以一台4极24槽的表贴式PMSM为例,对直接设定的均匀退磁和局部退磁进行比较分析,得到相应物理量的变化以及退磁故障诊断的方法,并进行了实验验证。通过退磁研究可以判断电动机故障为快速排除故障提供依据,提高生产效率。

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。

永磁同步伺服电动机研究

针对人们对伺服电动机在概念认知上的模糊与混乱现象,文章从控制工程角度给出关于伺服电动机的一个统一定义。另外,就三相永磁同步伺服电动机与直流无刷电动机的关系与区别进行了剖析,将这两种伺服电动机统一到永磁同步伺服电动机这个类属之中。

基于扩充虚拟矢量的永磁同步电动机模型预测直接转矩控制

针对传统模型预测直接转矩控制策略存在的计算效率低、电压跳变过高、稳态特性较差等问题,提出一种改进模型预测直接转矩控制策略。为提升电动机的稳态特性,基于最近三矢量原则构建36个虚拟电压矢量,并结合无差拍原理调节虚拟电压矢量中冗余矢量的作用时间;为防止逆变器输出线电压跳变过高以对电动机产生不良影响,仅选取电压跳变不超过Udc/2的电压矢量作为备选电压矢量。同时,结合模型通过无差拍原理预测出参考电压矢量,选取与参考电压矢量位于同一扇区的电压矢量作为最终备选矢量集。实验结果证明了在额定工况下改进控制策略较传统控制策略的电磁转矩、定子磁链幅值误差和电流谐波畸变率分别减少了37.42%、32.00%和44.52%,程序执行时间减少了约11.52%。

电动汽车用永磁同步电动机的自抗扰控制

针对电动汽车在加减速以及爬坡过程中存在着转矩脉动较大和稳定性差、快速性和超调量之间的矛盾等问题,提出了电动汽车用永磁同步电动机的自抗扰控制,设计了双闭环的自抗扰控制器。对电动汽车加减速和爬坡两种实际工况进行了模拟仿真,并与PI控制器的仿真结果进行了比较。结果表明自抗扰控制器能较好地抑制电动机电磁转矩的脉动,减小了快速性和超调量之间的矛盾,提高了电动汽车调速系统的稳定性。

面向状态空间的永磁同步电动机控制器设计

针对传统矢量控制中永磁同步电动机解耦不充分的问题,设计了基于反馈线性化的永磁同步电动机状态反馈控制器。该设计首先利用反馈线性化对内嵌式永磁同步电动机数学模型进行处理,并基于线性化模型,采用线性二次型调节器设计状态反馈控制器;随后采用灰狼优化算法对线性二次型调节器中的加权矩阵Q和R进行优化;最后利用Simulink软件对状态反馈控制器进行仿真,并通过2.2 kW永磁同步电动机实验平台对控制器中的控制算法进行实验验证。结果表明,该控制方法在永磁同步电动机的抗负载扰动和转速跟踪方面有着良好的控制效果,能够保证电动机在变载、变速和正反转情况下稳定运行。

基于RESO和复合滑模的永磁同步电动机调速控制

针对永磁同步电动机存在建模误差、参数和负载变化等内外干扰问题,提出一种基于降阶扩张状态观测器的复合滑模调速策略.首先,基于永磁同步电动机的状态空间模型,考虑到光电编码器可测量永磁同步电动机的转速信号,只需要设计观测器对系统的总干扰进行估计和消除,并分析降阶扩张状态观测器的性能;接着,引入滑模控制,设计滑模面和控制律,提高系统的抗干扰能力,并用Lyapunov方法证明控制器的稳定性;最后,基于DSP芯片TMS320F28335为控制核心和MATLAB环境下的控制模块,搭建半实物调速控制系统平台,并与传统PI控制和线性自抗扰控制进行对比验证.结果表明,所提出的复合滑模控制策略相较于传统方法在加载时转速变化量减少了60%以上,具有优越的抗干扰和调速性能.