基于级联线性-非线性自抗扰控制器的永磁直线同步电机速度控制策略研究

为了提升永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)在负载变化、参数摄动和其他不确定因素下的抗扰性能和速度跟踪性能,提出一种基于级联线性-非线性自抗扰控制器的PMLSM速度控制策略。首先,建立考虑负载扰动和参数失配的PMLSM数学模型;其次,设计级联线性-非线性扩张状态观测器来实时估计和补偿系统所受的不确定扰动,前级线性扩张状态观测器保证系统在大扰动下保持稳定,后级非线性扩张状态观测器利用非线性机制进一步提高系统对扰动的估计精度,从而将线性自抗扰控制和非线性自抗扰控制的优势相结合,以此提升系统的速度跟踪性能和抗扰动能力;并且,对所提控制器提出基于劳斯判据的稳定性分析方法,并对系统的抗扰性能和噪声抑制性能进行了频域分析;最后,对基于PI控制、级联线性自抗扰控制、非线性自抗扰控制和级联线性-非线性自抗扰控制的永磁直线同步电机系统进行仿真和实验对比,验证所提方法的优越性。

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。

电力推进永磁同步电机的无传感器控制研究

为提高电力推进无传感器永磁同步电机的稳定性,基于两相旋转坐标系和电机矢量模型,提出一种改进的电机滑模观测器。为增强滑模观测器的抗干扰性能和控制精度,采用sigmoid函数作为滑模观测器开关函数,并引入模糊控制策略改进开关增益;然后采用ACO算法优化滑模观测器的可调参数。仿真结果表明,该改进滑模观测器可提高电力推进无传感器永磁同步电机对转速和转矩控制的稳定性,使d、q轴电流更平稳,提高永磁同步电机的转子位置估计精度,降低位置估计误差。

永磁同步电机位置-速度一体化有限时间控制

为了提高永磁同步电机伺服系统位置控制的动态响应能力和抗负载扰动能力,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的两相幂次吸引控制方法。针对传统三环PID控制中超调与快速收敛之间的矛盾问题,提出一种位置误差标幺化的两相幂次吸引律,基于该吸引律设计位置-速度一体化控制器,实现位置快速无超调跟踪性能。基于齐次性理论与李雅普诺夫稳定性理论,设计一种有限时间扩张状态观测器。仿真和实验结果表明,与传统PID控制以及线性扩张状态观测器对比,该方法具有快速收敛、无超调的位置跟踪特性以及较强的抗外部扰动能力。

永磁同步电机自适应速度观测器控制研究

开发了一种用于无传感器永磁同步电机的转子位置观测器。根据永磁同步电机物理模型,从角度观测器设计和自适应速度观测器设计两方面,分析了改进速度估算的无传感器控制方法。实验验证了所提观测器的角度、速度观测精度高,应对负载突变的鲁棒性强。

基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制策略研究

永磁同步电动机由于其优良的性能成为电力推进舰艇电机的最佳选择,为提高传统永磁同步电动机矢量控制策略中电磁转矩、电流、转速响应性能以适应复杂多变的海上工况,提出了一种具有复合转矩环的永磁同步电动机嵌模糊矢量控制策略,引入前馈复合转矩环提高系统抗负载扰动能力,采用嵌模糊控制取代传统PI速度控制增强系统鲁棒性和自适应性.利用MATLAB/Simulink搭建仿真模型进行针对不同优化程度的对比实验,验证了该控制策略的可行性和优越性.

永磁同步电机新型有限集模型预测速度控制

为了保证传统有限集模型预测速度控制中速度采样频率和控制周期一致,使用预测-校正方法进行反馈速度的测量,并结合卡尔曼滤波器进行负载观测,根据控制周期合理安排速度和负载观测的时序。针对传统有限集模型预测速度控制的稳态误差和较大转矩脉动问题,提出一种比例-积分-微分型代价函数,其中积分项用于消除稳态误差,微分项用于抑制转矩脉动。仿真和实验结果表明,所提出的新型有限集模型预测速度控制方法和传统有限集模型预测速度控制方法相比,在稳态时具有更小的稳态误差和转矩脉动,相电流总谐波失真(THD)从65.35%减小到了21.54%;和传统有限集模型预测电流控制方法相比,在起动、加减速和负载突变时的响应速度均加快了0.2~0.5 s,具有更快的动态响应。

车用永磁同步电机电磁-热耦合分析

以车用永磁同步电机为研究对象,根据电机定转子冲片的结构尺寸参数和性能参数,在电磁场有限元分析软件中建立二维仿真模型,求解出电机在特殊工况条件下的电磁场及损耗分布情况,将电磁场仿真得到的损耗密度导入温度场仿真软件,计算该工况条件下达到稳态的温度分布情况,由耦合仿真和单物理场仿真对比结果可知,耦合仿真的热点分布更集中,更有利于电机热风险的及时发现和改进。工况温升试验结果表明,耦合仿真温升数据与试验温升数据基本一致,证明了电机耦合仿真计算结果的准确性。

表面-内置式永磁转子同步电机等效磁路法特性分析

针对有限元法计算分析电机的复杂性和耗时长等特点,采用等效磁路法分析一种表面-内置式永磁转子同步电机工作特性。建立电机开路状态表面式与内置式永磁体串并联励磁结构等效磁路模型,根据表面-内置式永磁转子磁路结构特点,得到开路状态简化等效磁路模型,计算电机励磁磁场分布、电枢绕组反电势和磁通链;分别建立电机电枢反应下直轴和交轴简化等效磁路模型,求解电机负载磁场分布、电枢反电势和输出电磁转矩;建立电机有限元模型,分析求解电机开路和负载状态电磁特性;建立试验平台,进行试验样机空载和负载测试试验。对比分析简化等效磁路模型、有限元模型计算结果和试验样机测试结果,验证了所提出的等效磁路模型的正确性与合理性。

异步起动表面-内置式永磁转子同步电机特性分析及优化

提出一种异步起动表面-内置式永磁转子同步电机(LSSIPMSM),LSSIPMSM通过定子旋转磁场和转子起动铜层间的相互作用产生异步起动转矩。采用解析和有限元法相结合的方法对LSSIPMSM进行性能分析及关键参数优化,研究了起动铜层厚度、永磁体厚度等参数对起动性能和同步运行性能的影响,从而确定最优的铜层厚度和永磁体厚度。建立LSSIPMSM的电磁场有限元模型,分析LSSIPMSM在永磁体不同退磁状况下的起动性能和同步运行性能,并通过三维温度场有限元模型分析了不同退磁状况下的温度场分布。通过仿真结果的对比分析,验证了LSSIPMSM具有较好的动态性能和稳态性能。

一种表面-内置式永磁转子同步电机三维全域温度场分析

针对表面-内置式永磁转子同步电机(SIPMSM)具有结构紧凑和功率密度高的特点,准确计算SIPMSM各部件的温度分布非常重要。采用电磁场-温度场耦合分析的方法对SIPMSM的三维全域温度场进行计算。建立SIPMSM的电磁场和温度场有限元模型,分析在同步运行速度下负载和永磁体退磁对SIPMSM三维全域温度场的影响,也分析了在额定负载下运行速度对SIPMSM三维全域温度场的影响。通过仿真与实验结果的对比分析,验证了样机模型的合理性和计算结果的正确性。

表面-内置式永磁同步电机优化与特性分析

针对表面式永磁同步电机弱磁调速范围小、功率密度低,内置式永磁同步电机转矩脉动大、漏磁凸出、机械强度差等缺陷,提出一种新型表面-内置式永磁同步电机。采用有限元法建立表面-内置式永磁同步电机仿真模型,计算表面-内置式永磁同步电机的电磁参数,建立电机的等效磁路模型。对内置永磁体体积和表面永磁体体积的比值、永磁体的形状进行优化设计,分析电机的转矩波动和力能指标与内外永磁体体积比值和永磁体形状的关系。分析有限元计算结果,验证了设计及优化的电机参数的合理性和此结构电机性能的优越性。

表面-内置式永磁转子同步电机多目标优化设计

针对表面-内置式永磁转子同步电机(SIPMSM)优化目标多并且彼此之间相互制约的特点,引入一种统计学方法——田口法实现SIPMSM的多目标优化设计。选取齿槽转矩、电磁转矩波动、转矩永磁体质量比和力能指标等特性作为优化目标,并确定了对目标特性影响较大的优化参数和参数影响因子取值范围。建立参数影响因子和优化目标的实验正交矩阵,利用有限元法进行求解,分析参数的影响因子对SIPMSM目标性能的影响比重,从而确定使SIPMSM综合性能最佳的参数组合。通过对比优化前后的目标特性,结果表明优化后SIPMSM的综合性能得到极大的提高。

大惯量负载永磁同步电机断电-寻优重投控制系统

针对大惯量负载永磁同步电机断电-重投时存在大的电流和转矩冲击问题,设计了一种闭环的断电-重投瞬间最小冲击寻优重投的综合控制系统。从瞬态出发,将电机涡流等内部瞬变参数等效为阻尼绕组进行分析,对原有隐极永磁同步电机模型进行了改进。在新的数学模型的基础上,分析了重投瞬间冲击产生的原因和给定转速对控制电流和转矩冲击的影响;根据分析结果,对闭环控制中的给定转速进行一定的要求,同时设计了一个电压模拟控制器和寻优控制器;最后经过实验和仿真对比,说明了分析的有效性和设计的寻优控制系统在减小冲击方面的积极作用。

表面-内置混合式永磁同步电机性能与转子参数影响

为研究表面-内置混合式永磁同步电机表面磁极和内置磁极的作用,采用有限元方法建立该电机仿真模型,通过对其空载特性和负载特性的分析可知该电机的空载特性受表面磁极影响较大,而其负载特性受内置磁极影响较大。进一步以表面-内置混合式永磁同步电机的转矩性能为参考指标,对转子表面磁极、内置磁极以及隔磁桥三部分的参数进行分析。结果表明改变表面磁极参数对改善气隙磁场,减小转矩波动有着较好的效果,而改变内置磁极参数对转矩波动影响较小,但对转矩幅值影响较大。此外受表面磁极的影响,内置磁极两端隔磁桥1处的漏磁随其宽度变化较小,因此可适当放宽隔磁桥1处的宽度,以改善电机转子机械强度,提高电机整体性能。

表面-内置式永磁转子同步电机的永磁体优化

针对表面-内置式永磁转子同步电机的结构特点,采用有限元法对表面-内置式永磁转子同步电机的表面式永磁体进行优化。建立表面-内置式永磁转子同步电机不同充磁方式和结构的有限元模型,计算其瞬态磁场,研究额定负载下的气隙磁密分布。分析其不同充磁方式和结构对空载反电势正弦特性、齿槽转矩、转矩波动和功率因数的影响,求解出表面-内置式永磁转子同步电机最佳的充磁方式和结构。分析结果表明,优化后的表面-内置式永磁转子同步电机的性能得到有效改善。

模糊直接转矩控制的永磁同步电机在测功机中的应用

阐述了永磁同步电机直接转矩控制的基本原理。介绍了一种基于模糊直接转矩控制的永磁同步电机测功机设计方案。为减小转矩脉动而引入了模糊逻辑的思想,将转矩误差、定子磁链误差和磁链角度进行合理的模糊分级,作为模糊控制器的输入以合理选择电压空间矢量。为减小模糊控制规则、缩短控制计算时间和加快响应速度,将定子磁链角度进行映射处理。仿真结果表明,这种应用模糊逻辑的永磁同步电机直接转矩控制系统的测功机能获得比较好的运行性能,具有良好的工程应用价值。

基于PSO-ADRC的永磁同步电机矢量控制的研究与实现

永磁同步电机经常运行在复杂环境下,电动机容易出现参数摄动,这将造成控制系统鲁棒性和动态性能差,针对这个问题,提出了基于PSO-ADRC的矢量控制方法,该方法将ADRC良好的鲁棒性与粒子群优化算法(PSO)的高效性进行了有机的结合。在Simulink环境下,采用基于模型设计的方法,设计了PSO-ADRC的矢量控制算法模型,实现了代码自动生成。最后,结合实验平台,对该方法进行了实验验证,结果表明,该方法具有良好的动态性能和鲁棒性,能够满足系统的性能要求。

模拟永磁同步电机的电力电子系统实验

针对电机控制器的测试过程中存在系统复杂、硬件成本高和周期长等问题,应用电力电子变换器对永磁同步电机端口特性进行了模拟,采用电机参数的离散化数学模型,实现了对电机端口特性的模拟。建立了永磁同步电机端口特性的电力电子系统仿真模型,选取具有代表性的多步离散算法建立永磁同步电机的离散化虚拟模型,将电力电子系统的端口模拟结果与实体电机在不同条件运行下的状态曲线趋势进行了对比分析实验,验证了运用电力电子系统进行永磁同步电机端口特性模拟的可行性和可靠性。

磁极偏移法抑制表面-内置式永磁转子同步电机齿槽转矩分析

针对所提出的表面-内置式永磁转子同步电机(SIHPMSM)结构特点,建立不同充磁方式下SIHPMSM的齿槽转矩解析模型。分析SIHPMSM磁极偏移状态下整体和单个磁极的齿槽转矩解析公式,得到磁极整体偏移和磁极分组偏移的齿槽转矩优化方法。采用有限元法计算SIHPMSM在不同充磁方式下磁极偏移时的齿槽转矩,与实验样机测试结果进行对比,得出最优的齿槽转矩优化方案。对比分析优化前后电机反电势、电磁转矩、转矩波动、效率等性能参数,验证了所采用优化方法的正确性与合理性。