低载波比牵引系统的感应电机特征根离散化模型研究

在大功率和高速电机驱动领域,电机控制系统将运行于低载波比工况。传统的一阶欧拉、二阶双线性等降阶离散化模型在低载波比下由于离散化误差过大,对应的状态观测将出现幅值和相位的稳态误差,严重时甚至出现发散不收敛现象。针对上述问题,该文提出了感应电机特征根离散化模型。通过构建感应电机的复矢量模型状态空间方程,将满秩的状态转移矩阵进行对角化,得到状态转移矩阵的精确离散化结果,该模型在低载波比时仍具有较高的离散化精度。同时,提出了一种基于伯德图的离散化误差定量分析方法,通过定量对比不同离散化模型和连续域模型之间观测变量的幅值和相位误差,从理论上证明了提出方法的优越性。最后,通过仿真和实验验证了上述感应电机特征根离散化模型在低载波比下均具有良好的稳态精度与暂态跟随性能。

高速永磁同步电机解耦控制——低载波比数字延时与Smith预估控制

永磁同步电机(PMSM)运行在高速工况时,由于逆变器的开关频率受限使得载波比较低,会出现数字延时加剧的问题,直接影响了系统的控制性能,甚至造成系统失稳。针对低载波比工况下的数字延时问题,首先对数字延时环节进行精确的复矢量建模,并基于转速及电流环带宽的根轨迹、闭环零极点图及波特图分析数字延时对系统性能的影响,并给出考虑延时后系统的临界失稳转速。结合复矢量解耦策略,提出一种改进的基于Smith预估控制的解耦延时补偿电流控制策略,能够避免高速低载波比工况下系统失稳的问题,提高了电流环的稳定性,同时具有较好动态响应能力和解耦性能。采用Simulink仿真对比验证了所提的解耦延时补偿控制策略的有效性。

低载波比下永磁同步电机电流环内模解耦控制

电机高速或低开关频率运行时呈现低载波比运行特征,会加重定子电流在两相旋转坐标系下的耦合程度,严重时会导致电流环失稳。为有效提升永磁同步电机(PMSM)低载波比运行时的电流控制效果,在电流环复矢量建模的基础上,引入数字和角度延时表征低载波比运行影响。针对传统解耦控制方法的不足,设计适用于PMSM低载波比运行的电流内模解耦控制方法,深入对比分析不同解耦控制方法的性能。实验结果表明,所研究的电流内模解耦控制方法不仅能在低载波比时具有良好的电流解耦控制性能,而且在定子电感参数失配时具备良好的控制鲁棒性。

基于特征值规范型矩阵的内嵌式永磁同步电机低载波比建模方法

受到功率器件开关频率的限制,大容量或高转速电机的驱动系统通常要求低载波比运行。内嵌式永磁同步电机dq轴参数不对称,数学模型复杂,在低载波比下,电流环反馈解耦不彻底,控制器优化困难。因此,文中提出一种基于特征值规范型矩阵的建模方法,通过非奇异线性变换,将非对称系统等价转化为对称系统,并利用复矢量建模简化为单输入单输出系统,便于控制器优化设计。此外,基于特征值规范型建模方法,推导出适用于非对称系统的复数PI控制器。仿真与实验结果表明,所提出的建模方法不会引入额外的建模误差。相较于经典PI控制器,所推导的复数PI控制器可实现dq轴解耦控制,动态响应快,相位裕度大幅提升。

辅助坐标系下永磁同步电机低载波比无差拍预测转矩控制

该文提出一种适用于永磁同步电机高速、低载波比运行的无差拍预测转矩控制方法。为了降低低载波比下因转子位置变化引起的预测误差,借助辅助坐标系,通过直接求解微分方程的方法构造新的离散预测模型;基于新模型,提出无差拍转矩控制的控制量计算表达式和一步延时补偿方法。基于辅助坐标系下磁链与负载角差值间的数学关系,利用磁链预测值可直接获得转矩预测值。此外,为了减低电机参数失配对转矩控制的不利影响,采用暂态时公式法、稳态时功率守恒法计算转矩反馈值。实验结果表明所提方法具有可行性和有效性。与传统方法相比,所提方法在低载波比下具有较小的模型误差,转矩、磁链的预测和控制更加精确,并且对电机参数具有一定的鲁棒性。

高速低载波比下控制延迟分析与补偿策略研究

高速永磁电机在高基频运行和低载波比情况下,控制延迟会严重影响驱动系统稳定性和引起电流环控制失稳。介绍了控制延迟产生机理,对考虑控制延迟后的电流环模型进行重构,并系统分析低载波比下延迟引入的交叉耦合和时滞效应对电流环稳定性的影响,提出了通过计算得到电机在额定转速处稳定运行需补偿的延迟时间,对控制延迟角进行离线补偿的策略。基于一台1.5 kW、18000 r/min实验样机,对永磁同步电机矢量控制系统各部分进行离散化建模,对控制延迟补偿前后的仿真与实验波形进行充分的对比分析,证明了该策略的有效性与可行性,实现了电机在额定转速处稳定运行的目标。

低载波比下三电平NPC逆变器同步SVPWM算法

如何在低载波比(f_(sw)/f)下保证输出较低的谐波含量,是设计脉宽调制算法时要解决的关键问题。以二极管箝位型(NPC)三电平逆变器为研究对象,基于输出电压波形同时满足同步、三相对称(TPS)、半波对称(HWS)的脉冲发生规律,采用一种新的开关序列设计方法,以1/4周期对称(QWS)作为不必要条件,设计两种参考矢量分布模式下的矢量序列,并以输出线电压加权总谐波畸变(WTHD)作为性能评价指标,对比分析不同矢量序列的谐波性能,分别通过仿真和半实物实验验证各调制算法的可行性。研究表明:新的开关序列设计方法在选择矢量序列时自由度更大,可得到许多新的开关序列,不同的开关序列在不同的调制区段局部较优,且不考虑QWS约束的开关序列在部分调制区段具有更优的谐波性能。

采用遗传算法的多载波比例公平调度

采用遗传算法搜索子载波最优分配方案,对多用户正交频分复用多址接入(OFDMA)系统资源分配问题进行了研究,提出了一种多载波比例公平调度算法G-PFS.通过在初始种群中加入最大信干比(MCI)个体,并维持其遗传基因相对稳定,进而提出了一种由G-PFS改进算法MG-PFS.仿真结果表明,G-PFS可获得近似理论上界的公平性能.相对于G-PFS算法,MG-PFS算法可进一步提高系统吞吐量.

一种OFDM系统动态子载波比特和功率分配联合算法

提出一种多用户OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)系统下行链路,具有信道变化实时性的动态子载波、比特和功率分配联合算法(UA),在满足各个用户数据速率和BER要求的同时使总的发送功率最小。提出的算法与动态子载波分配算法(WSA)相比,计算复杂度相当,在移动信道环境下仿真结果表明性能有一定的改善。

基于DSP的变频器载波比平稳切换方法研究

在三相SPWM变频器中,一般采用分段同步调制模式实现变频控制,当进行载波比切换时,变频器的输出电压可能发生突变。通过对载波比切换前后的变频器输出电压进行双重傅里叶变换,并比较切换前后输出电压中各谐波分量的变化,提出了调制波零相位时刻进行载波比切换的方法。给出了在不同时刻进行载波比切换的仿真结果,实验结果表明,在调制波零相位处能够实现载波比的平稳切换。

高速低载波比下永磁同步电机电流环稳定性分析

针对永磁同步电机在高频运行和控制载波比低的情况下,电流环控制容易失稳的问题,采用基于复系数传递函数的方法,推导了表贴式永磁同步电机电流环的复系数开环和闭环传递函数。在同步旋转坐标系下,建立复系数电流环控制模型,利用根轨迹法分析电机阻抗耦合和数字控制延时对稳定性的影响,并给出电流环控制的失稳条件。对比电流反馈解耦和复系数PI解耦两种方法,采用一种改进的带角度补偿的复系数PI控制器,解决了电流环失稳问题。仿真和实验证明了理论分析的正确性和有效性。

低载波比工况下永磁同步电机磁链矢量轨迹分析

永磁同步电机采用空间矢量脉宽调制控制时,每个PWM周期内施加适当的电压矢量(包括电压矢量的模值、相位及作用时间)。通常情况下电机的每个基波周期内包含多个PWM周期,因此电压矢量的积分会产生一个多边形的磁链矢量运行轨迹,接近于圆形轨迹。但是,当载波比(即PWM频率与电机基波频率之比)较低时,气隙磁链矢量的多边形运行轨迹的边数很少,远远偏离于圆形,导致电流矢量的运行轨迹也偏离圆形,从而使得相电流波形畸变、电机的矢量控制性能恶化。本文将对比分析常规三相永磁同步电机和双三相永磁同步电机的数学模型、电压矢量的合成以及磁链矢量的轨迹特性,为在低载波比工况下改善电机的控制性能提供理论依据。

基于遗传算法的调制载波比优化研究

本文对脉宽调制(PWM)方式中的分段同步调制方式进行了分析,将正负半周期镜对称,且在半周期内前后周期以π/2为轴线对称的SPWM波表示为傅里叶级数的形式,以载波比N为控制量,开关频率为限定条件,输出电压中谐波分量最小为目标,利用遗传算法求解非线性规划问题的优势,将遗传算法用于在不同频段下最优载波比N的求解问题中,并对所得结果进行了Simulink仿真对比验证,证明了该算法的可行性和有效性。

低载波比下的永磁同步电机无传感器控制

提出一种适用于低载波比运行条件下的永磁同步电机无传感器控制方法。首先,分析了电流环在传统PI以及复矢量调节器控制下对系统解耦性能的影响,提出一种改进型复矢量调节器对系统电流环进行调节,有效提高系统低载波比运行下的解耦性能。其次,设计一种同步旋转坐标系下的全阶状态观测器,对电机转子位置进行有效观测。实验结果验证了提出控制方法的有效性和可行性。

低载波比下三电平中点钳位变流器改进型同步载波脉宽调制策略研究

当三电平变流器应用于大功率电机的牵引传动系统时,为优化谐波性能,通常在低载波比段使用同步调制。传统同步载波脉宽调制(SCBPWM)计算简单,但其只能在3的奇数倍载波比下使得输出电压波形满足三相对称和半波对称,且其无法进入方波。针对SCBPWM存在的缺陷,该文首先研究两类SVPWM开关序列在不同载波比下的相电压波形,并根据不同的波形特性基于调制波等效提出改进型SCBPWM(ISCBPWM),其可分别在3的奇数倍和偶数倍载波比下实现同步调制。通过在线计算功率器件动作的开关角,使得ISCBPWM可进入方波。在此基础上分析ISCBPWM的性能并设计基于ISCBPWM的全速度范围调制策略。最后仿真和实验结果表明,ISCBPWM相比传统SCBPWM,适用的载波比段更多、直流电压利用率更高。其可以在3的任意整数倍载波比下实现同步调制并可进入方波,其计算简单、实现方便。

低载波比永磁同步发电机PWM整流的改进拓扑

永磁同步发电机可以使用PWM整流器进行整流与直流稳压,并采用SVPWM矢量控制策略。在诸如高速发电机及大容量发电机系统中,PWM整流器的载波比(开关频率与基波频率比值)低,以致矢量控制性能恶化。为此,提出PWM整流器改进拓扑,在维持功率管开关频率不变的前提下提高整流器的等效开关频率,改善矢量控制的品质。根据PMSG和PWM整流器在d-q坐标系下的数学模型,构建矢量控制系统,提出针对改进整流器的PWM信号生成方法,并进行仿真和实验研究。仿真和实验结果均验证PWM整流器改进拓扑的有效性及PMSG系统矢量控制算法的正确性。

高速低载波比下永磁同步电机预测电流控制

永磁同步电机系统预测电流控制具有动态响应快、易于数字实现等优点,但是当永磁同步电机速度较高时,受限于逆变器开关频率、采样时间、算法执行时间等约束限制,此时的控制频率与电机工作频率比值(即载波比)较低,传统方法中常用的由前向欧拉法推导的离散模型存在较大的模型误差,导致电流控制器难以控制d、q轴电流,使其跟随给定值。为此,提出一种适用于低载波比下的预测电流控制方法,其由考虑转子位置变化的离散模型和电流补偿方案组成。其中,考虑转子位置变化的离散模型相比于前向欧拉近似得到的离散模型,前者在低载波比下的模型误差较小,具有明显的优势;电流补偿方案加强了控制器抗模型误差和参数失配的鲁棒性。所提预测电流方法可以实现低载波比下的电流控制,实验结果验证了所提方法的可行性及有效性。

一种低载波比下内埋式永磁同步电机离散龙贝格观测器

为了实现低载波比下内埋式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制,提出一种静止坐标系下离散域龙贝格观测器的设计方法。通过在静止坐标系建立基于扩展反电动势的离散域复矢量IPMSM模型,得到给定电压和检测电流之间精确的数学关系,并结合反电动势动态方程的精确离散形式构成全阶离散龙贝格观测器的数学模型。针对观测器包含虚轴极点的问题,采用离散域直线平移法设计反馈增益矩阵,保证观测器的稳定性和快速收敛性。在14kW永磁电机测试平台的实验结果验证该方法所设计的离散龙贝格观测器在低载波比条件下的可行性和有效性。

低载波比下PMSM的复矢量控制研究

永磁同步电机(PMSM)处于高速工况时会导致系统交叉耦合加剧,而逆变器开关频率受限则会导致数字延迟增大,以上两种情况会使载波比降低,且如果载波比过低,电流环会出现失稳现象。针对PMSM在低载波比下转矩电流分量和励磁电流分量之间耦合程度加剧以及数字延时问题,在同时考虑角度延时和时间延时的情况下,建立PMSM复矢量模型,设计了适用于较低载波比下的PMSM复矢量电流控制器,解决了耦合和数字延迟导致的不稳定问题,提高了电流环调节器的稳定性。仿真和实验结果表明,所提算法能够有效改善电机在较低载波比下的系统控制性能。

永磁同步电机低载波比优化复矢量控制

永磁同步电机运行在低载波比情况下d,q轴电流耦合问题严重,同时系统延时较大无法忽略。传统PI电流控制器受限于器件开关频率无法实现较好的控制效果,解耦器因为延时问题解耦效果很差,同时对电机参数敏感。针对上述问题,这篇文章在传统复矢量电流控制器的基础上进行改进优化,进行了复矢量电流控制器的延时补偿,有效避免了电机高转速下电流控制器的失稳;同时考虑了较复杂状态下的复矢量电流控制器如何实现以及增加鲁棒性的问题。Matlab仿真实验证明了优化复矢量控制的正确性和有效性。