自寻优最大转矩电流比矢量控制连载之二:同步磁阻电机虚拟双极性信号注入法控制

最大转矩电流比(MTPA)控制可以有效提升同步磁阻电机(SynRM)的效率。虚拟信号注入法是近年来实现MTPA控制的研究热点之一,现有的虚拟单极性方波信号注入法仍存在一定稳态误差,并且存在无效计算时间。提出一种虚拟双极性方波信号注入法,在单极性方波的基础上增加负极性信号,填补了单极性方波的无效计算时间,消除了单极性方波注入法存在的稳态固有误差,实现精准MTPA控制。通过理论仿真和硬件实验,将虚拟双极性方波注入法与现有的虚拟单极性方波注入法进行比对,验证了该方法具有更高的稳态精度,且具有良好的动态性能,能够实现SynRM的高性能MTPA控制。

自寻优最大转矩电流比矢量控制连载之二:同步磁阻电机虚拟双极性信号注入法控制

最大转矩电流比(MTPA)控制可以有效提升同步磁阻电机(SynRM)的效率。虚拟信号注入法是近年来实现MTPA控制的研究热点之一,现有的虚拟单极性方波信号注入法仍存在一定稳态误差,并且存在无效计算时间。提出一种虚拟双极性方波信号注入法,在单极性方波的基础上增加负极性信号,填补了单极性方波的无效计算时间,消除了单极性方波注入法存在的稳态固有误差,实现精准MTPA控制。通过理论仿真和硬件实验,将虚拟双极性方波注入法与现有的虚拟单极性方波注入法进行比对,验证了该方法具有更高的稳态精度,且具有良好的动态性能,能够实现SynRM的高性能MTPA控制。

自寻优最大转矩电流比矢量控制连载之四:同步磁阻电机同构电感建模的虚拟信号注入法控制

在虚拟双极性方波信号注入的基础上,提出基于同构电感的参考转矩模型,能够更好模拟实际情况。设计相位摇摆法进行同构电感辨识。考虑到该算法不具备启动机制,配合提出基于均势参数的自启动机制。研究表明,基于同构电感重建的转矩模型因为考虑了参数非线性变化,能实现性能更优的最大转矩电流比(MTPA)控制,并且相位摇摆法与自启动机制的配合改善了系统的动态跟随性能。

基于空间电压矢量注入的频率可变型五相永磁同步电机最大转矩电流比控制

为了解决传统最大转矩电流比(MTPA)控制方法中高频信号注入不够灵活的难题,该文提出一种频率可变型内嵌式永磁同步电机(IPMSM)MTPA控制方法。该方法通过在空间矢量脉宽调制(SVPWM)中改变各电压矢量的作用时间,产生频率可变的高频信号,并将其直接注入到逆变器中实现MTPA。由于该方法是在SVPWM算法中实现的,所以注入信号的频率随着电机转速的变化而改变,使得信号频率的选择更加灵活。同时,由于信号直接注入到逆变器中,使注入信号的频率不干扰电机中的固有谐波且不受转速、电流环的带宽限制。实验和仿真结果表明,该方法能准确地跟踪MTPA点,并且对转矩和速度变化具有较强的鲁棒性。

基于虚拟信号和高频脉振信号注入的无位置传感器内置式永磁同步电机MTPA控制

为了降低传统内置式永磁同步电机(IPMSM)低速无位置传感器控制系统中的铜耗,该文提出一种基于虚拟信号和高频脉振信号注入的最大转矩电流比(MTPA)无位置控制技术,以提高电机的转矩输出能力和系统效率。为避免两种控制算法相互干扰,与传统虚拟信号注入MTPA控制策略不同,该文提出的方法在估计的dq轴上注入直流信号,通过功率计算来跟踪MTPA工作点。该MTPA策略不会引起额外的损耗且不依赖于电机参数。与此同时,由于注入信号为直流信号,无位置传感器控制精度并不会受到影响。实验结果表明,所提方法在不同负载转矩、不同转速等工况下,能够在准确追踪MTPA工作点的同时准确地在线估计转子位置。

改进虚拟信号注入永磁同步电机MTPA控制

虚拟信号注入最大转矩电流比(MTPA)控制能够自寻优到电机MTPA工作点,相比于传统的公式法受到电机参数变化的影响较小。但传统的虚拟信号注入控制策略需要经过复杂的坐标变换过程,从d-q坐标系转到极坐标系,再由极坐标系转回d-q坐标系进行解算,运算量较大。本文提出一种新的虚拟信号注入方法,可以避免原虚拟信号注入方法所需的复杂的坐标变换过程,简化了运算过程。并且新的虚拟信号注入方法可以避免原虚拟信号注入方法因忽略电磁转矩泰勒展开的高阶偏导项而引入的误差。在不同工况下对电机进行了仿真和实验,验证了所提虚拟信号注入MTPA控制策略的动静态性能。实验结果表明所提方法不影响控制精度,同时可以显著减少程序运算量,具有更好的实用价值。

永磁同步电机虚拟信号注入MTPA控制方法

提出了一种虚拟信号注入(VSIC)来实现最大转矩电流比(MTPA)的方法。该方法通过在反馈电流信号中叠加小幅值的高频正弦分量,并以泰勒级数展开的方式分析出电磁转矩与电流矢量角之间的内在联系,进而配置合理的低通、带通滤波器截止频率,即可提取出MTPA电流对应的角度信息。整个过程无需任何永磁同步电机(PMSM)参数,同时有效避免了传统高频信号注入方法存在的转矩脉动、高频噪音、附加损耗等弊端。基于25 kW的双PMSM对拖平台完成系统样机实验,验证了VSIC效率优化方法的可行性和高效性。

基于虚拟信号注入的MTPA控制稳态误差分析

基于虚拟信号注入的内置式永磁同步电动机最大转矩电流比控制中,采用的算法仍包含了定子电阻和d轴电感。当参数与电机实际值出现偏差时,就会导致MTPA控制角产生误差。根据虚拟信号注入法的基本原理,推导出由参数偏差引起的MTPA误差角表达式,对定子电阻和d轴电感偏差引起的MTPA误差角进行了理论分析和仿真研究。结果表明,在运行转速不是很低的情况下,由电阻偏差引起的误差角不大,d轴电感偏差是产生MTPA误差角的主要原因。

基于改进多虚拟信号注入的永磁同步电机MTPA控制

内置式永磁同步电机为充分利用磁阻转矩,常采用MTPA控制策略,直接公式计算MTPA控制策略易受参数变化影响,一些研究者提出了虚拟信号注入MTPA控制策略。传统多虚拟信号注入MTPA控制需要四路虚拟信号注入,计算量较大。文章提出一种新的多虚拟信号注入MTPA控制策略,将传统四路虚拟信号注入减少到两路,极大减少了运算量,同时不影响MTPA控制精度。仿真结果与实验结果验证了该方法的有效性,在不影响MTPA控制精度的条件下,显著减少了计算量,具有更好的应用价值。

考虑电机参数偏导项的同步磁阻电机虚拟信号注入MTPA控制

同步磁阻电机(synchronous reluctance motors,SynRMs)参数随d轴和q轴电流变化而变化。这导致传统忽略电机参数对电流角偏导项的同步磁阻电机最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)控制存在很大误差并导致转矩下降。针对这一问题,该文分析导致同步磁阻电机MTPA控制误差的因素,提出适用于同步磁阻电机的电机参数偏导项在线观测方法。利用在线观测的电机参数偏导项结合虚拟信号注入方法实现同步磁阻电机高精度最大转矩电流比控制。实验结果显示,所提出的方法可以实现较为准确的同步磁阻电机在线MTPA控制。

基于虚拟直流信号注入的内置式永磁同步电动机MTPA控制方法

为了进一步提高内置式永磁同步电动机(IPMSM)的MTPA控制效果,针对现有基于虚拟正弦信号注入的MTPA控制方法存在的不足,综合考虑IPMSM磁路饱和及交叉耦合效应的影响,提出了改进的基于虚拟直流信号注入的MTPA控制方法,避免使用滤波器,能够获得快速的MTPA轨迹跟踪性能。重点分析了q轴静态电感受IPMSM磁路饱和及交叉耦合效应影响导致的误差,在无需已知IPMSM本体参数的情况下,可以对其进行补偿,进一步提高了MTPA控制精度,通过仿真分析验证了该方法的可行性和有效性。

新型空间矢量信号注入MTPA控制策略

为了优化内置式永磁同步电机(IPMSM)驱动控制性能,提出了一种基于空间矢量信号注入的新型最大转矩电流比(MTPA)控制策略。新控制方案中,将高频信号直接注入到空间矢量中,然后通过定子磁链幅值和定子电流幅值的变化分析跟踪MTPA点。由于高频信号被注入到电压空间矢量中,故不需要根据速度闭环和电流闭环的带宽来选择注入信号的频率。新控制方案能够准确地跟踪MTPA点,与电机参数无关,具有较好的鲁棒性。最后,在IPMSM驱动试验平台上进行了若干试验,试验结果验证了新控制策略的效果。

基于高频信号注入的永磁同步电机MTPA优化

针对传统永磁同步电机(PMSM)调速系统效率优化中存在的参数依赖性问题,提出了一种PMSM鲁棒自调节最大转矩电流比(MTPA)优化方法。通过在定子电流矢量角上叠加一个高频正弦小信号,采取数字信号处理提取出反应转矩变化规律的功率信号,并以PI调节器锁定出最优定子电流矢量角。此外,内环电流调节器补偿了鲁棒MTPA的动态响应性能。最后,22 k W实验样机验证了所提鲁棒MTPA方法的动、稳态性能及运行效率。

基于虚拟信号注入的新型五相磁场增强型永磁电机主动式MTPA策略

对于五相永磁电机最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)控制系统,由于电机交叉耦合及饱和效应的存在,极大影响MTPA控制精度,无法满足其用于电动汽车领域的多工况运行需求.针对此问题,本文从电机驱动系统的角度,提出一种新的主动式MTPA策略.在电机设计阶段,提前考虑基于虚拟信号注入的MTPA(MTPA based on virtual signal injection,VSI-MTPA)控制精度,提出一种反凸极效应增强的五相磁场增强型内置式永磁容错(flux-intensifying fault-tolerant interior permanent magnet,FIFT-IPM)电机,以抑制交叉耦合及饱和效应对MTPA点追踪精度的影响;同时从控制算法的角度,针对五相FIFT-IPM电机的反凸极特性,提出相应的高精度VSI-MTPA控制策略,进一步提升五相FIFT-IPM电机MTPA控制驱动系统的动稳态性能.最后,搭建电机驱动系统实验平台,验证所提策略的可行性和有效性.

高频信号注入的永磁同步电机无传感器MTPA控制

为了提高内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)无位置传感器控制下的转矩输出,提出了一种交替高频方波信号注入法的无位置传感器最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)控制策略。针对传统正弦信号注入的无位置传感器控制和MTPA控制存在的信号解调过程复杂、系统带宽受限、滤波器的大量使用而造成的系统延时等问题,提出一种在估计旋转坐标系的交、直轴交替注入幅值成一定比例的高频方波信号的方法。通过对高频电流响应进行信号处理解调位置误差信息,并设计观测器获取转子位置和转速信息;通过提取电流纹波信号和无功功率计算来实现MTPA控制;考虑交叉饱和效应引起的位置估计误差,并对其进行补偿,以获取更准确的转子位置信息。仿真结果表明,所提方法在不同工况下,能够在准确地估计转子位置的同时实现MTPA控制,且具有较好的动态性能。

新能源汽车永磁同步电机最大转矩电流比控制

考虑到目前新能源汽车使用的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法存在受参数影响较大的问题,提出了一种基于高频信号注入的永磁同步电机最大转矩电流比控制新方法。首先,介绍了常规的最大转矩电流比控制方法及其存在的问题。其次,详细介绍了高频信号注入的最大转矩电流比控制方法的基本原理和实现方法,包括带通滤波器和低通滤波器的设计方法等。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件建立了仿真模型,并对所提方法进行了验证。此外,进一步进行了硬件平台实验,其实验结果也验证了所提方法的正确性,能够为新能源汽车永磁同步电机及相近使用场合的电机控制和应用提供参考。

一种改进的内置式永磁同步电机最大转矩电流比控制方法

为了优化内置式永磁同步电机(IPMSM)的驱动控制性能,一种结合公式法和高频信号注入法的改进最大转矩电流比(MTPA)控制方案被提出。该方法能够提高系统的动态性能,同时对电机参数变化具有鲁棒性,实现了快速、精确的MTPA控制。采用的公式法无需使用拟合或泰勒级数近似,在工程上更易实现,也更加精确,采用的高频信号注入法直接将高频信号注入到α、β轴电压中,选择注入信号的频率时无需考虑电流环带宽的影响。仿真结果验证了所提改进MTPA方法的有效性。

基于高频信号注入的永磁同步电动机MTPA优化

针对传统永磁同步电机(PMSM)调速系统效率优化中存在的参数依耐性问题,提出了一种PMSM鲁棒自调节最大转矩电流比(MTPA)优化方法。通过在定子电流矢量角上叠加一个高频正弦小信号,采取数字信号处理提取出反映转矩变化规律的功率信号,并以PI调节器锁定出最优定子电流矢量角。此外,内环电流调节器补偿了鲁棒MTPA的动态响应性能。最后,22 k W实验样机验证了所提鲁棒MTPA方法的动、稳态性能及运行效率。

永磁同步电机宽范围调速电流分配策略研究

提出了一种内置式永磁同步电机宽范围调速电流分配策略。在恒转矩区采用基于虚拟高频信号注入法的MTPA控制策略,弱磁区采用基于电压误差反馈的超前角弱磁策略,结合公式计算法,自动快速调节电流矢量角度,实现电机转矩最大化输出和宽范围调速。该策略不依赖任何电机参数,不需注入真正的高频电压或电流信号,对电压、电流和电机转矩扰动有很强的鲁棒性。最后通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性。

采用VSIC-MTPA的五相内嵌式永磁容错电机短路容错控制

五相内嵌式永磁容错电机(five-phase interior permanent magnet fault-tolerant motor,IPMFTM)发生短路故障后,现有id=0容错控制策略不能利用电机内的磁阻转矩,无法维持容错运行的高转矩输出能力。为此,该文提出一种基于虚拟信号注入最大转矩电流比(virtual signal injection control-maximum torque per ampere,VSIC-MTPA)的短路容错控制。首先根据故障前后基波磁动势不变原则推导出基波降阶矩阵,构建故障下基波解耦模型;其次采用短路相电流与其反电势的关系求取抑制短路电流负面影响的补偿电压;最后通过注入虚拟高频信号获取容错控制下的MTPA因子,使电机运行于最大转矩点。通过实测20槽/14极IPMFTM故障运行下的动、静态特性,验证理论分析的正确性和可行性。