基于自然容错开关表的五相永磁同步电机直接转矩控制

五相永磁同步电机(permanent-magnetsynchronous motor,PMSM)传统直接转矩控制(direct torque control,DTC)存在相电流畸变严重、共模电压(common-modevoltage,CMV)高、转矩和磁链脉动大等问题,且无法实现相开路故障情况下的无扰运行。为解决上述问题,提出一种基于自然容错开关表的DTC策略。该策略根据PMSM开路故障前后基电压矢量的特点以及三次平面合成电压矢量为零的原则,构建虚拟矢量(virtual vector,VV),设计故障前后同一套自然容错开关表,进而不但抑制了故障导致的转矩脉动,而且在故障前后均能降低三次谐波电流、减小转矩和磁链脉动、抑制CMV。实验结果验证所提策略的可行性。

永磁同步电机直接转矩控制系统实验教学设计与实现

为加深学生对电气传动控制技术和永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统理论知识的理解,培养学生的团队合作能力和综合实践能力,搭建了直接转矩控制系统的实验平台,在课程教学中引入了HiGale半实物仿真系统和MATLAB软件。学生基于MATLAB软件对永磁同步电机的直接转矩控制系统进行仿真建模、参数调试、运行和分析,并进一步在HiGale中进行半实物仿真实验,对主要实验过程及结果加以分析,使得教学形式更加多样化。该平台帮助学生加深对直接转矩控制系统的理解和认识,提高学生理论联系实际的能力,激发学生对电机控制技术的学习兴趣。

磁链分区的磁场增强型永磁电机全速域模型预测直接转矩控制

磁场增强型内置式永磁(flux intensifying interior permanent magnet,FI-IPM)电机的反凸极(L_(q)<L_(d))特性,使得正向d轴电流增强磁场,提高输出转矩的同时,也使得弱磁升速时d轴电流正负交替变化,电流角度变化大,磁链波动大,进而造成转矩脉动大、电流畸变振荡、响应速度慢等问题。针对这些问题,该文提出一种基于磁链分区的磁场增强型内置式永磁电机全速域模型预测直接转矩控制控制策略。根据FI-IPM电机速度运行区域与磁链状态映射关系,构建磁链和转矩预测模型。在此基础上,提出磁链分区控制,引入磁链差值判断增磁和弱磁运行区,并进行磁链补偿,解决不同速度运行域之间切换的震荡和不稳定问题。最后,通过实验验证所提出控制策略的有效性,为该类电机在电驱动系统中的应用提供技术方案。

基于虚拟方波注入的五相永磁同步电机开路故障下直接转矩控制

在传统直接转矩控制(DTC)中,参考磁链往往是一个固定值,这将导致五相永磁同步电机(PMSM)在正常及容错情况下运行时效率不高。为解决该问题,该文提出一种基于虚拟方波注入的DTC(VSWI-DTC)策略。首先,建立五相PMSM在正常和开路故障情况下的数学模型,在同步旋转坐标系中推导出恒定转矩下电流幅值与定子磁链幅值的关系。其次,设计最优定子磁链探测器。通过向定子磁链幅值中注入虚拟方波信号,根据电流幅值的变化情况补偿定子磁链幅值,在线探寻最优定子磁链幅值。最后,与无差拍DTC相结合,实现电机高效率DTC运行。实验结果表明,所提策略不但能保持DTC良好的动态性能,抑制开路故障引起的转矩脉动,而且提高了电机在正常和开路故障情况下的效率。

改进STSMO的PMSM无传感器直接转矩控制系统

为提高滑模观测器转子位置观测精度,抑制抖振频发,提出了一种基于超螺旋滑模观测器(STSMO)的双重滤波直接转矩(DTC)控制方法。传统滑模观测器为了提取连续的扩展反电动势估计值,通常需要外加一个低通滤波器滤除高频信号,采用STSMO来提取反电动势,在低通滤波器前提下增加了卡尔曼滤波器,形成双重滤波结构,进一步滤除噪声和干扰信号,减小估算反电动势中的纹波,同时用饱和函数替代原有的符号函数以减小抖振。实验和仿真结果证明,改进STSMO控制系统能有效抑制系统抖振,具有更好的控制精度和稳态品质。

增程器无刷直流发电系统直接转矩控制策略研究

为提高电动汽车增程器无刷直流发电系统的动静态性能,提出通过控制电磁转矩来快速保持系统输出电压的稳定。对无刷直流发电系统直接转矩控制的理论依据进行了推导,研究了无刷直流发电系统直接转矩控制的原理,指出通过选择交轴分量最大的电压矢量作用于电机,可迅速控制电磁转矩。分析了电压矢量的特点,建立了无刷直流发电系统直接转矩控制电压矢量选择表。仿真和实验结果表明,采用直接转矩控制的无刷直流发电系统具有优良的动、静态性能。

基于SMO的SynRM无位置传感器直接转矩控制系统

直接转矩控制因具有控制结构简单、电机参数依赖性小以及鲁棒性好等优点成为同步磁阻电机(Synchronous Reluctance Motor,SynRM)的常用控制方法。传统直接转矩控制系统使用编码器来获得电机转速和转子位置信息,编码器安装在电机轴上,既不利于电机的小型化,也使生产成本增加,降低了系统可靠性。文中提出一种分段饱和函数代替传统的符号函数,同时提出一种自适应滑模增益设计来改进滑模观测器,并应用于SynRM无位置传感器直接转矩控制。引入CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法对锁相环加以优化,从而估算电机转速。为验证所提理论的正确性和有效性,搭建了专用实验平台对其启动特性和抗负载扰动性能进行测试。实验结果表明,相比传统方法,无位置传感器控制方法能够快速准确地实现电机转速估算,使稳态误差控制在0.5%以内,有效降低了系统成本。

地铁车辆异步电机仿真与直接转矩控制研究

电力牵引系统是地铁列车运行与制动的核心部分,牵引电机主要采用三相交流异步电机进行控制,控制方法多样。为验证直接转矩控制法在牵引电机中的控制效果,在MATLAB/Simulink仿真设计中采用DTC控制牵引电机的转速,进而控制轨道车辆的车速,完成地铁电力牵引系统的建模。仿真过程中定子电流正弦曲线规律、定子磁链收敛为规整圆形、转矩控制及时响应,牵引电机稳定运行。仿真结果表明,采用直接转矩控制法使得城市轨道交通牵引系统具有良好的控制性能。

永磁同步电机矢量控制和直接转矩控制的对比研究

随着永磁材料的发现和现代电机控制技术的不断发展,三相永磁同步电机的控制方式逐渐演变为矢量控制和直接转矩控制两大流派,并各有千秋。矢量控制和直接转矩控制虽然在控制系统组成、控制过程、形式以及效果等方面存在差异,但是2种控制方式拥有相同的理论基础,控制本质是一致的。通过Matlab/Simulink软件仿真和转矩公式分析进行了验证。

智能跑步机异步电机变频调速直接转矩控制

因智能跑步机控制系统存在延时的问题,导致跑步机的运行损耗高、效率低。为此,提出智能跑步机异步电机变频调速直接转矩控制方法。分析异步电机的变频调速效果,构建跑步机控制约束,将模型预测直接转矩控制算法作为非线性内部控制器的控制算法,估计定子磁链后预测定子磁链和电磁转矩,建立合适的目标函数,并采用末端输出控制法获取定子磁链和电磁转矩参考值,对跑步机系统延时加以补偿,完成智能跑步机异步电机变频调速直接转矩控制。实验结果表明,所提方法控制下的智能跑步机振幅曲线波动最小,电磁转矩在(0.5~1.5)N·m之间,稳定后的运行损耗和运行效率控制在67 W和0.77%左右,可有效减小跑步机的电磁转矩脉动,降低运行损耗,提高运行效率,且具有良好的平稳性。

超螺旋滑模控制的PMSM直接转矩控制优化

针对传统永磁同步电机直接转矩控制中磁链和转矩脉动较大以及转矩脉动引起的高频噪声的问题,提出了一种超螺旋滑模直接转矩控制策略。所提控制策略将传统超螺旋控制理论中不连续的切换函数替换为具有光滑连续特性的双曲正切函数,并设计了转速、转矩和磁链滑模控制器,同时引入SVPWM空间电压矢量脉宽调制技术获取连续的电压矢量,保证逆变器开关频率恒定,上述策略解决了系统切换发生抖振的问题,并提高了趋近速度。仿真结果表明,相比传统直接转矩控制和传统超螺旋滑模控制,在该控制策略下磁链和转矩的脉动现象得到有效抑制,系统的动态响应速度和鲁棒性得到有效提高。

基于比例谐振的永磁同步电机直接转矩控制

针对常规直接转矩控制(DTC)中转矩和磁链控制存在较大偏差的现象,从永磁同步电机(PMSM)数学模型的分析出发,在有效估算定子磁链和转矩的基础上,提出了基于空间矢量脉宽调制(SVM)的DTC策略;同时,利用比例谐振(PR)控制器能在静止坐标系下实现对交流信号无静差跟踪这一特性,将其引入控制系统可克服比例积分(PI)控制的不足。最终设计了一套基于双PR控制器的PMSM-SVM-DTC系统。通过与常规DTC仿真对比分析,证明该方案能有效减小磁链和转矩脉动,鲁棒性强,具有良好的动态响应特性。并进一步利用实验验证了方案的可行性和有效性,具备工程应用价值。

基于永磁同步电机的矢量控制和直接转矩控制策略研究

关于传统的直接转矩控制与矢量控制对比的研究相对较为欠缺,从基本原理、逻辑框图和结果分析3个角度对矢量控制和直接转矩控制进行对比。着重对矢量控制的解耦思想和直接转矩控制的定子磁通定向进行分析,通过控制变量法统一电机参数对二者电磁转矩和电流波形进行分析。结果表明:传统直接转矩控制的脉动大于矢量控制,但就超调量而言,传统直接转矩控制更具优势。

基于Simulink的永磁同步电机直接转矩控制仿真研究

本文简要介绍了永磁同步电机的数学模型以及永磁同步电机直接转矩控制系统基本原理,并基于Simulink仿真平台搭建了永磁同步电机直接转矩控制系统仿真模型,给出了模型各模块的搭建过程。使用该模型进行了3种不同工况下的仿真研究,通过仿真得出了直接转矩控制系统可以很好地跟踪输入的变化,具有响应速度快、抗干扰能力强的优良性能。本研究为永磁同步电机直接转矩控制系统的进一步奠定了基础,具有一定的工程指导意义。

基于动态开关表的TLDMC-PMSM零共模电压直接转矩控制

针对三电平直接矩阵变换器-永磁同步电机系统采用直接转矩控制(TLDMC-PMSM-DTC)时出现高共模电压的问题,提出基于动态开关表的TLDMC-PMSM零共模电压直接转矩控制方法。TLDMC的部分旋转矢量共模电压为零,该方法利用这部分旋转矢量去构建DTC的开关表,但是旋转矢量的分布随输入电压相位的变化而变化,这会导致控制结构的复杂度变高,因此此控制算法通过高维开关表来实现TLDMC-PMSM的零共模电压。但是由于所用旋转矢量数目少并且选择的矢量误差大,从而导致电机的转速和转矩脉动大,该文在此基础上,引入动态的旋转矢量和零矢量去构建动态开关表来解决脉动大的问题。仿真和实验结果表明,该方法在保证动态响应能力快、电机的转速和转矩脉动小的基础上,实现了TLDMC-PMSM系统的零共模电压和安全稳定运行。

开关磁阻电机自抗扰无磁链直接转矩控制

针对传统直接转矩控制策略转矩脉动抑制性能弱、调速平稳性差和调速范围窄问题,提出一种基于自抗扰的开关磁阻电机无磁链直接转矩控制。分析传统直接控制转矩策略转矩脉动较大的原因,在此基础上设计了一种无磁链闭环控制方法并且重构了更适应电机运行特性的电压矢量;针对传统自抗扰参数过多难以整定问题,采用线性自抗扰控制器将其代替,提高了控制器的速度、抗扰动能力和鲁棒性。仿真验证结果表明,在不同转速、负载工况下,不仅动态响应性能提升,而且电机转矩脉动得到进一步抑制,电流峰值降低,进而提高了转矩电流比。

基于调制系数最优法的TLDMC-PMSM新型直接转矩控制

针对矩阵变换器永磁同步电机系统(MC-PMSM)直接转矩控制方法出现的转矩磁链脉动大、幅值失调、系统鲁棒性弱等问题,提出了一种基于调制系数最优法的三电平直接矩阵变换器永磁同步电机(TLDMCPMSM)新型直接转矩控制方法。首先描述了MC-PMSM直接转矩控制系统的原理;其次用三电平直接矩阵变换器替换两电平矩阵变换器,转速环通过复叠式螺旋滑模控制、转矩磁链环通过超螺旋滑模直接转矩控制替换传统的比例积分控制,并且引入调制系数最优法来抑制电机转矩波动逐渐增大,进而实现对永磁同步电机的精确控制;最后通过MATLAB/Simulink仿真软件和硬件实验验证所提方法的可行性与优越性。

永磁同步电机的自适应Super-Twisting滑模直接转矩控制

针对永磁同步电动机直接转矩控制存在超调和转矩脉动大的问题,提出一种自适应的Super-Twisting滑模控制策略。首先,采用Super-Twisting滑模控制代替传统的滞环比较控制方式,来设计磁链控制器和转矩控制器;其次,在Super-Twisting滑模控制的基础上作出进一步改进,利用双曲正切函数取代符号函数,并在Super-Twisting滑模控制中的连续部分引入一个自适应因子,构成新的自适应Super-Twisting滑模控制策略;最后,使用MATLAB/Simulink软件搭建模型,对永磁同步电动机直接转矩控制系统进行仿真实验。结果表明,提出的改进Super-Twisting滑模控制器,在不同实验条件下的直接转矩控制系统中实现了无超调控制,转矩脉动值仅为0.2 N·m,减小了约39%。

无速度传感器的异步电动机模糊自适应PI直接转矩控制

文章针对传统无速度传感器直接转矩控制转速不稳定、超调量大等问题做出两点改进。首先,引入自耦PI对传统MRAS无速度传感器直接转矩控制进行改进,该方法改善无传感器直接转矩控制调速性能、降低超调量、减小稳态误差;其次,针对直接转矩控制具有转矩脉动大、调速性能差等缺点,提出变论域静态模糊自适应PI控制策略,减小转矩脉动并改善调速性能,大大提升了抗负载能力;最后,在Matlab/Simulink仿真环境下进行了仿真并进行分析,证明了上述方法的有效性和可行性。结果表明,相对于传统的无速度传感器直接转矩控制系统,仿真结果显示减小了转速超调量,缩短了转速上升中到达高速工况的响应时间,提升了抗负载能力。

基于模糊控制调节电压矢量作用时间策略的永磁同步电机直接转矩控制仿真研究

讨论了永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动问题,针对永磁同步电机直接转矩控制存在较大脉动转矩的缺点,提出了一种模糊调节电压矢量作用时间的永磁同步电机直接转矩控制策略。即在常规永磁同步电机直接转矩控制系统的基础上,根据转矩偏差和转矩偏差的变化率,模糊调节电压矢量作用时间,以减小转矩脉动。仿真结果表明基于模糊调节电压矢量作用时间策略的永磁同步电机直接转矩控制的脉动转矩大大地减小。