周向错角开关磁阻电机及其直接瞬时转矩控制

传统开关磁阻电机由于其双凸极定、转子铁心结构以及开关型供电方式会造成强转矩脉动。针对此问题,提出了一种新型低转矩脉动周向错角开关磁阻电机。结合电机结构介绍了其运行机理,并对绕组的电感特性和转矩出力进行了分析。该电机采用内-外双定子结构,转子上同时设置内凸极和外凸极,且内、外定子铁心之间以及转子内、外凸极之间在周向上均相互错开一定的角度。内定子极上绕有辅助绕组,可以在主绕组换相期间提供辅助转矩以补偿转矩跌落,从而降低转矩脉动。利用场路耦合联合仿真,分别构建了传统开关磁阻电机与周向错角开关磁阻电机的直接瞬时转矩控制系统,对比两者在匀速运行工况下的转矩脉动情况,结果表明相较于传统开关磁阻电机,周向错角开关磁阻电机的转矩脉动更小,具有良好的转矩脉动抑制效果。

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。

采用变滞环PWM的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制方法

针对基于传统直接瞬时转矩控制的开关磁阻电机因采用固定滞环控制而存在转矩脉动仍然较大的问题,提出一种基于变滞环PWM的直接瞬时转矩控制方法。通过确定开关磁阻电机各相对应的工作区间,建立各区间相应的滞环函数并对函数中各参数进行优化,根据所得优化后的滞环函数及开关磁阻电机当前转子位置角以及相应的转矩偏差,提出采用变滞环PWM控制方法对其功率变换电路中相应功率开关进行控制,以达到对其转矩脉动进行抑制的目的,最后对其效果进行了仿真验证,同时与传统基于固定滞环的直接瞬时转矩控制方法进行了对比分析,结果表明:该方法不仅显著降低了开关磁阻电机的转矩脉动,而且有效提高了其运行效率,因而具有较好的应用价值。

结构优化与直接瞬时转矩控制下的开关磁阻电机转矩脉动抑制

绕组换相时的转矩跌落是造成开关磁阻电机转矩脉动大的主要原因之一。针对该问题,本文在分析普通开关磁阻电机转矩脉动成因的基础上,研究了一种结构性优化与直接瞬时转矩控制相结合的转矩脉动抑制方法。通过增设内定子以及辅助绕组,构造一种周向错角开关磁阻电机,由内定子上的辅助绕组提供辅助转矩,以补偿外定子上主绕组在换相期间的转矩跌落。之后设计了直接瞬时转矩控制策略,根据转矩偏差信号以及扇区信号来直接切换功率变换器的工作模式,具有快速响应和转矩精确控制的优点。最后,在场-路耦合联合仿真环境下,搭建该电机六相绕组的直接瞬时转矩控制电路,对比分析了启动、加减速以及增、卸负载三种工况下的转矩特性以及转速特性。仿真结果表明,改进后的电机具有很好的转矩脉动抑制功能,且运行特性良好。

基于滑模神经网络直接瞬时转矩控制的优化

针对开关磁阻电机在滞环控制策略中存在的较大转矩脉动问题,在传统直接瞬时转矩控制的基础上引入了反向传播(BP)神经网络控制策略,以转矩误差的平方为性能指标函数对直接瞬时转矩控制进行优化调整,抑制了电机在运行时的转矩脉动。进一步,在整体双闭环控制策略基础上,引入滑模控制对转速环节进行改进,提高了系统的响应速度和鲁棒性。最后,利用Matlab/Simulink对传统直接瞬时转矩控制和改进直接瞬时转矩控制进行仿真测试,验证了所提策略的有效性和可行性。

SRM的直接瞬时转矩控制及其改进型的仿真研究

针对开关磁阻电动机的转矩脉动较大的问题,对直接瞬时转矩控制方法进行了研究,并将其与PWM控制方法相结合,进一步介绍了一种改进型的控制方法。对两种控制方法的工作原理展开分析,重点介绍了转矩差值控制环节,它是依据转子角度位置的不同,将电动机的相绕组电感分为三个区间,并通过编程实现各个区间内电动机的控制。通过Matlab/Simulink软件分别搭建了四相8/6极开关磁阻电动机的直接瞬时转矩控制和改进型直接瞬时转矩控制的仿真模型,其中,瞬时反馈转矩是由相电流、转子位置和转矩三者之间的关系表查表得到。研究结果表明,两种方法都能够对转矩脉动起到抑制作用,但相比较而言,改进型直接瞬时转矩控制方法的抑制效果更加明显。

基于四电平功率变换电路的开关磁阻电机瞬时转矩控制

主要论述了基于四电平功率变换电路的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制。在常规功率变换电路的驱动下,采用直接瞬时转矩控制虽然改善了开关磁阻电机驱动系统所固有的高转矩脉动,但由于励磁电流的上升和下降相对缓慢,使得系统的效率和动态性能有所降低。而四电平功率变换电路因能提供高电压给开关磁阻电机,使得励磁电流上升和下降所需时间减少,因此可改善开关磁阻系统的效率和动态性能。在基于四电平功率变换电路的SRM系统中,利用直接瞬时转矩控制,提出了在各种工作模式下的新的控制方法。所提方法通过计算机仿真和DSP驱动实验,证明了其有效性。

基于模糊分数阶PID的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制

针对开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统,引入分数阶积分与分数阶微分和二维模糊控制器结合,设计模糊分数阶PID转速外环控制器,提出了基于模糊分数阶PID的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制。引入分数阶积分可提高系统的稳态精度,削弱积分饱和引起的大超调;运用分数阶微分解决原一阶微分易受高频干扰的缺点,提高系统的动态性能;基于RBF神经网络设计了PID转矩内环控制器,适应开关磁阻电机的非线性,实现转矩的双闭环跟踪控制。通过仿真表明:设计的模糊分数阶PID转速外环控制器能有效减小开关磁阻电机转矩脉动,系统快速达到稳态,动态性能良好,适应性强。

采用瞬时转矩控制策略的异步发电系统的容错研究

在六开关三相异步发电系统中增加较少的硬件,可实现对常见故障的容错,容错后系统重构为四开关三相运行系统。研究了容错型四开关三相系统中电压矢量的特点及其对磁链和转矩的调节作用,提出了四开关三相系统瞬时转矩控制中磁链和转矩的控制方案。对四开关三相异步发电系统的几个关键问题进行了研究,针对电容电压漂移问题,提出了修正转矩给定的有效方法。最后给出了仿真与实验结果。

开关磁阻电机的高效率直接瞬时转矩控制

主要论述了开关磁阻电机(SRM)的高效率直接瞬时转矩控制(DITC)。常用的瞬时转矩控制方法是使用预存的最优转矩分配函数(TSF)。其中,典型的TSF曲线为正弦和直线TSF曲线。由于SRM具有很强的非线性特性,不可能存在任意转矩指令下,既能抑制转矩脉动,又能实现高效率的固定形状TSF曲线。为此,以SRM的非线性模型为基础,提出了一种可实现高效率的DITC方法。所提方法不给定具体的TSF曲线,而是在可抑制转矩脉动的前提下,根据当前运行状态实时确定当时的转矩分配,可有效地减小两相导通区间,实现快速换向。因此,只要合理选择开通角,就能达到实现高效率DITC的目的。最后,通过计算机仿真和DSP驱动实验,证明了所提方法的有效性。

五电平拓扑下开关磁阻电机直接瞬时转矩控制

针对开关磁阻电机转矩脉动,提出开关磁阻电动机五电平驱动拓扑结构和滞环控制策略。研究和分析五电平拓扑的五电平导通原理,并与不对称半桥驱动电路三电平导通进行比较。结合开关磁阻电机绕组导通和直接瞬时转矩控制原理,设计五电平驱动下开关磁阻电机直接瞬时转矩滞环控制策略,并且进行仿真实验。仿真结果证实与不对称半桥电路相比,五电平拓扑下的转矩控制算法简单,而且有效减小转矩脉动,改善转矩的动态特性。

基于电流矢量的盘式无铁心永磁同步电机瞬时转矩控制

盘式无铁心永磁同步电机具有过载能力强、无齿槽转矩、反电动势正弦等优点,非常适合伺服应用场合。但由于电机定子绕组电感很小,导致在传统电压型逆变器控制下的电流波动较大,限制了此类电机的应用。基于以上问题,在前置电流型斩波电路的基础上,提出一种基于电流矢量的瞬时转矩反馈控制算法。探讨了电流矢量与电磁转矩之间的关系,对电机的瞬时转矩进行估计和反馈,根据转子位置来计算需要输出电流矢量的幅值及逆变桥的开关状态,通过调整母线电流来实现对电机转矩的实时控制。仿真和实验结果验证了所述控制方法的有效性,为盘式无铁心永磁同步电机控制系统的研究提供了理论基础。

开关磁阻型动力磁轴承瞬时转矩控制策略的研究

在研究开关磁阻型动力磁轴承平均转矩控制策略特点基础上,提出一种瞬时转矩控制新策略。该瞬时转矩控制策略根据转子位置选择产生支承力的相统组(支承相),同时在考虑支承相对驱动转矩影响的前提下,采用另外两相绕组(补偿相)对驱动转矩进行补偿,使之准确地跟踪期望转矩,实现输出转矩的瞬时控制。瞬时转矩控制策略不仅显著减小了输出转矩的脉动程度,而且还避免了对驱动转矩和支承力之间复杂耦合关系的处理,简化了控制算法。分析了单个开关磁阻型动力磁轴承构成的控制系统的工作原理,并对其进行了计算机仿真,仿真结果验证了瞬时转矩控制策略的可行性。

开关磁阻电机的新型直接瞬时转矩控制方法及其高效率运行

针对传统直接瞬时转矩控制(DITC)由于未考虑各相绕组的输出转矩随转子位置变化而采用单一的控制策略,造成换相期间转矩脉动较大的问题,提出了一种新型DITC方法来抑制开关磁阻电机(SRM)的转矩脉动。按照电机绕组的电感变化规律对导通周期进行区域划分,根据电机绕组在各导通区域输出转矩能力的变化,对各区域分别设计滞环策略,以实现在整个导通周期始终采用输出转矩能力较大的电机相的内滞环来调节转矩误差,进一步减小SRM的转矩脉动。并针对DITC效率偏低的问题,通过对关断角的优化设计以及对开通角的离线寻优,来提高电机效率。仿真分析和实验结果表明,所提方法有效地减小了SRM的转矩脉动,并提升了电机效率。

开关磁阻电机直接瞬时转矩控制的优化研究

为改善开关磁阻电机(SRM)的转矩脉动和效率,提出了一种改进的SRM直接瞬时转矩控制(DITC)方法。该方法采用了灵活的转矩分配方式获得各相参考转矩,用来对瞬时转矩进行闭环控制;同时增加了角度优化方案,根据每相绕组导通期间的累积转矩误差、转速和参考转矩等变量,通过模糊算法实现电机开通角度的在线调整,动态的改善转矩误差和电机的效率。在MATLAB/Simulink软件中分别根据改进前后的DITC方法建立SRM控制系统仿真模型,仿真试验结果表明所提的优化方法能够达到较小的转矩误差和相电流,实现了电机的平稳、高效控制。

开关磁阻电机的直接瞬时转矩控制研究

开关磁阻电机固有的高度非线性特性使传统的平均转矩控制方法难以消除转矩脉动,也限制了它在高性能伺服系统中的应用。文中采用新型的直接瞬时转矩的控制策略,将瞬时转矩作为控制对象,在滞环控制的基础上通过PWM调制,结合在换相区间的转矩矢量分配函数,使瞬时转矩精确地跟随参考转矩。控制策略应用于一台样机控制系统,实验结果验证了控制策略的有效性。

采用瞬时转矩控制的异步发电系统建压过程

采用瞬时转矩控制的异步发电系统在一个控制周期中用单一电压矢量来控制磁链和转矩,使得电压在建立过程中不是匀速上升的。分析了影响电压建立过程的因素,主要为建立起的电压幅值的高低与转子转速。随着电压幅值的升高,所发电压矢量使定子磁链从滞后于转子磁链一定角度变得和转子磁链位置接近,电压上升速度变慢、甚至不再上升,不能建到所需值。转速越低,电压就越不能成功建立。提出采用逐步加大负向转矩给定的方案,使低速时电压成功建立。仿真与实验结果表明对电压建立过程影响因素的分析是正确的,所提出的低速建压方案有效可行。

SRM直接瞬时转矩系统抗饱和控制器设计

在开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统速度外环控制器中存在非线性饱和,控制器的积分控制环节会对误差进行积累并逐渐使误差增大,造成控制器的饱和效应,降低系统的性能,为此在传统速度控制器基础之上提出一种抗饱和自适应PID控制器,该方法通过对控制器输入饱和误差进行积分,并通过自适应系数调整控制器的积分项,保证系统出现饱和超调时,使其快速退饱和,仿真及试验表明该方法可以抑制饱和现象,提高电机速度响应,降低转速脉动,系统稳定性和鲁棒性较好。

混合式步进电机稳态运行时瞬时转矩的研究

利用混合式步进电机齿层比磁导动态仿真模型对一台五相混合式步进电机的瞬时转矩进行了仿真计算，分析了不同负载情况下瞬时转矩的变化规律，以及系统磁场储能的变化对瞬时转矩的影响。研究表明，步进电机中系统磁场储能的变化对瞬时转矩的影响较小，转矩波动主要是由输入电机的电功率的波动决定的，减小电机转矩脉动最有效的途径在于优化电机的驱动方式。

基于模糊自适应PI控制的SRM直接瞬时转矩控制系统

利用直接瞬时转矩控制(DITC)方法改善开关磁阻电机(SRM)转矩脉动过大的问题。将模糊逻辑与PI控制相结合形成模糊自适应PI控制策略,构成了SRM的调速系统,改善了SRM高度非线性难以用传统PI控制取得较好控制效果的问题。仿真结果表明,DITC方法能够有效地控制转矩,转矩波形明显优于传统控制方法的转矩波形,有效地抑制了转矩脉动。模糊自适应PI控制器对高非线性的SRM取得较好的控制效果,提高了系统动态响应,减小了超调量,稳定性强。