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。

一种减小双电机转矩差的主从结构模型预测直接转矩控制优化控制策略

以典型的主传动双电机刚性连接系统为对象,以双电机同轴连接的数学模型和预测控制方式为出发点,针对双电机主从控制下的转矩动、稳态均衡问题,提出1种双电机主从结构模型预测直接转矩控制(model predictive torque control,MPDTC)优化控制策略。该策略在二步预测MPDTC传统代价函数的基础上,引入误差反馈闭环预测,并结合主从转矩统一化和主从电机转矩差限制项设定,分别对启动、稳态和动态阶段进行深度优化配置,形成模型预测新型融合代价函数,最终达到分阶段抑制的转矩误差效果。仿真与实验验证结果表明:所提出的主从控制策略能进一步抑制稳态转矩脉动并减小负载突变及系统参数摄动下的动态转矩差,实现两电机间的转矩均衡和系统动态性能的整体提升。

基于PWM占空比优化的PMSM预测直接转矩控制

针对永磁同步电机PMSM(permanent magnet synchronous motors)传统直接转矩控制DTC(direct torque control)存在开关频率不规则、开关噪声的频率范围太宽和死区补偿算法复杂等问题,提出了一种基于优化脉宽调制PWM(pulse width modulation)和死区补偿的PMSM预测DTC方法。该方法首先在已知零电压矢量的基础上,根据预测转矩和磁通误差来选择2个其他有效电压矢量,与此同时,也考虑反电动势和磁通-转矩耦合器;接着,利用1个零电压矢量和2个其他有效电压矢量预测每个采样周期的转矩和磁通变化量,其中,3个电压矢量的开关周期由转矩和磁通误差以及上一步计算出的预测转矩和磁通变化量共同决定;然后,采用死区补偿算法和改进的PWM来减小死区效应,以提高预测效果;最后,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性和优越性。研究结果表明,所提方法在转矩控制和磁通控制效果要明显优于其他方法,且极大地降低了开关损耗。

基于扩充虚拟矢量的永磁同步电动机模型预测直接转矩控制

针对传统模型预测直接转矩控制策略存在的计算效率低、电压跳变过高、稳态特性较差等问题,提出一种改进模型预测直接转矩控制策略。为提升电动机的稳态特性,基于最近三矢量原则构建36个虚拟电压矢量,并结合无差拍原理调节虚拟电压矢量中冗余矢量的作用时间;为防止逆变器输出线电压跳变过高以对电动机产生不良影响,仅选取电压跳变不超过Udc/2的电压矢量作为备选电压矢量。同时,结合模型通过无差拍原理预测出参考电压矢量,选取与参考电压矢量位于同一扇区的电压矢量作为最终备选矢量集。实验结果证明了在额定工况下改进控制策略较传统控制策略的电磁转矩、定子磁链幅值误差和电流谐波畸变率分别减少了37.42%、32.00%和44.52%,程序执行时间减少了约11.52%。

一种改进的永磁同步发电机模型预测直接转矩控制方法

传统的永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)模型预测直接转矩控制方法(model predictive direct torque control,MP-DTC)通常在同步旋转dq坐标系上实现预测控制,这导致该算法需要复杂的坐标变换单元,且对发电机的参数变化较敏感。针对这一问题,提出了一种改进的PMSG MP-DTC方法。该方法首先采用全阶滑模观测器在静止坐标系上观测等效反电动势,然后根据观测的等效反电动势和采样的定子电流实现静止坐标系上的定子磁链和转矩预测,从而避免了复杂的坐标变换运算,提高了参数鲁棒性,改善了系统的动态特性。实验结果表明,所提算法有效提高了系统的动态特性和参数鲁棒性,并明显减小了计算负担。

异步电机模型预测直接转矩控制

传统直接转矩控制不仅计算复杂而且对参数依赖大,导致系统控制延时,严重阻碍系统应用。为克服上述难点,提出一种带延时补偿的模型预测直接转矩控制方法,对定子磁链和转矩进行预测,并结合拉格朗日外推法,得到具有延时补偿的控制策略。基于三相异步电机数学模型,以定子磁链和转矩误差为目标函数,通过在线评估开关矢量对电机的作用效果,最终选择使目标函数最小的最优电压矢量。该算法能够有效降低转矩和磁链脉动,减小电流谐波畸变,并且系统结构简单,动态响应较快,解决了传统方法中存在的延时问题。仿真验证了所提方法的有效性。

基于三电平优化矢量的异步电机模型预测直接转矩控制

针对模型预测三电平直接转矩控制需对27个电压矢量进行价值函数优化评估,使得计算量过大而不利于实际应用的问题,提出一种基于三电平优化矢量选择器的异步电机模型预测控制方案,根据转矩和定子磁链的给定值得到期望的优化电压矢量,只需对优化电压矢量所在扇区的有限的4个矢量进行优化评估,有效降低了求解计算量。进一步地,为降低开关频率,在价值函数上加入对IGBT开关切换次数的约束,形成具有开关频率限制的模型预测控制策略,在兼顾转矩和磁链偏差的同时降低逆变器开关频率。针对三电平预测控制中的中点电压平衡问题,根据中点电压大小和电机电流方向,实现了中点电压平衡控制。仿真和实验结果验证了所提出控制方案的正确性和可行性。

基于双滑模估计的主从结构共轴双电机模型预测直接转矩控制无速度传感器控制策略

该文以典型的主传动刚性连接共轴双电机为对象,针对双电机主从结构下的高性能控制进行研究,提出一种基于双滑模估计的共轴双电机主从结构无速度传感器模型预测直接转矩控制(MPDTC)策略,在优化双电机转矩动、稳态均衡性能的基础上进行无速度传感器控制,提高系统整体的容错性能。该策略在MPDTC的基础上引入二步反馈补偿预测以提高系统动态性能,并且进一步减小主,从转矩差,同时在传统滑模观测器的基础上设计带随速因子的Sigmoid函数进行单电机转速与转子位置辨识,并结合MPDTC进一步设计基于双滑模估计的共轴电机速度观测器。将仿真结果与多种控制方法进行叠加比较,并在主传动实验平台上进行实验验证,结果表明所提出的主从控制改进策略能进一步抑制稳态转矩脉振和主从电机转矩差,同时能对速度、负载阶跃下的转速进行良好跟踪,尤其是故障下的无速度控制性能良好。

异步电机低开关损耗的模型预测直接转矩控制

提出一种新颖的异步电机低开关损耗的模型预测直接转矩控制方法。通过建立异步电机离散时间预测模型,对不同开关矢量作用下的系统输出矢量进行轨迹外推,形成长预测范围的输出轨迹。同时分析三电平逆变器在开关切换时产生的开关损耗,以逆变器的平均开关损耗为价值函数,对不同开关矢量作用的输出轨迹进行在线评估,得到最优的开关矢量并将其作用于逆变器,从而有效降低了逆变器的开关损耗。仿真结果表明,基于该方法的驱动系统逆变器的开关损耗低,电机转矩和磁链动静态性能良好。

基于权重系数消除和有限控制集优化的双三相永磁容错电机快速预测直接转矩控制

为改善双三相永磁容错电机采用传统预测直接转矩控制(PDTC)时存在的权重系数整定困难、有限控制集元素数量多以及电压矢量滚动寻优时间长等问题,该文提出一种基于权重系数消除和有限控制集优化的快速PDTC。首先,根据无差拍直接转矩磁链控制思想,将评价函数中不同量纲的变量等效为相同量纲的电压矢量,消除了定子磁链权重系数;其次,基于永磁容错电机大电感的特点,提出仅选取零序电压为零的电压矢量或者所合成虚拟电压矢量作为有限控制集元素,不仅消除了零序权重系数,还将有限控制集中的元素从64个减少到19个,同时改善了零序电流的抑制效果;最后设计了一种可一次选出最优电压矢量的方法,避免了滚动寻优带来的计算负担。实验结果验证了所提PDTC的可行性和有效性。

异步电机模型预测直接转矩控制方法的研究

针对传统直接转矩控制存在转矩和定子磁链脉动大的问题,给出一种带延时补偿的模型预测直接转矩控制方法,结合拉格朗日外推法对定子磁链和转矩进行预测,基于三相异步电机数学模型得到具有延时补偿的控制策略,以转矩和定子磁链跟踪为控制目标,通过实时在线评估开关矢量对电机的作用效果,最终选择使目标函数最小的最优电压矢量。该算法系统结构简单,动态响应较快,有效抑制电流谐波,且能够有效降低转矩和磁链脉动,解决了传统方法中存在的延时问题。通过与矢量控制对比仿真验证了所提方法的有效性。

鼠笼式感应电机模型预测直接转矩控制

针对传统鼠笼式感应电机直接转矩控制转矩和定子磁链脉动大的问题,研究了一种考虑延迟补偿的改进模型预测直接转矩控制算法。在每个采样时刻,预测出在每个电压矢量下的下一时刻的定子磁链和转矩,与定子磁链参考值和转矩参考值的偏差作为目标函数,选择使目标函数最小的最优电压矢量。针对数字控制系统存在一拍延迟的问题,研究了一种多步预测的延迟补偿措施。仿真表明,该算法能够有效降低转矩和定子磁链脉动,减小电流谐波畸变,并解决了数字系统中存在的延迟问题。

基于模型预测电动汽车异步电机直接转矩控制

针对异步电机传统定子磁场定向控制在电动汽车应用领域中会出现超调大、快速响应性不足和PI参数调整繁琐等问题,通过对异步电机数学模型离散化处理,采用一种模型预测直接转矩控制算法(MPDTC)。建立电动汽车动力学模型,在平地启动和爬坡运行工况下验证该算法的控制效果,结果表明:传统定子磁场定向控制算法出现的问题均得到改善,且MPDTC控制算法在电动汽车领域具有潜在使用价值。

六相串联三相双永磁同步电机预测型直接转矩控制研究

基于开关矢量表的直接转矩控制（direct torque control,DTC）策略在多相驱动中存在开关矢量表规模庞大、开关矢量无法保持最优等缺陷。为此,利用零序电压为零的电压矢量在两台电机同步旋转坐标系中构建预测型直接转矩控制策略,实现两台电机电磁转矩精确解耦控制。为了进一步减小零序电流分量,采用零序电流闭环动态调整逆变器输出的零电压矢量与非零电压矢量21或42作用时间方法。实验结果表明,与基于开关矢量表直接转矩控制相比,所提预测型DTC驱动系统电磁转矩、电流脉动大幅度降低,零序电流被很好地控制在零附近。

SRM的低转矩脉动低铜耗直接瞬时转矩控制

针对多相(4相及以上)开关磁阻电动机的直接瞬时转矩控制问题,对电动机的转矩脉动和绕组铜耗的降低两项指标展开研究。提出了一种动态多相转矩分配策略用于降低转矩脉动;同时引入预测型PWM调制方式,预先确定转矩值,利于各量有效的在线计算;另外,基于动态多相转矩分配策略,提出低铜耗换相策略。各策略算法均给出数学模型并分析,并通过仿真和实验,给出了相应的结果。

基于电流源变流器的永磁同步电机驱动系统全状态变量预测转矩控制

电流源变流器输出电压平滑、具有天然短路保护能力,在长电缆驱动、中压驱动等场景得到广泛应用。电流源变流器的输出滤波电容与电机的电磁动力学方程构成二阶系统,存在天然的谐振频率,易失稳,因此对控制器的设计提出了严峻挑战。该文深入地分析了被控对象的数学模型,在不考虑控制变量和状态变量约束的条件下,理论上求解了可实现电磁转矩的无差拍控制的输入电压值,以此作为滤波电容电压的参考值。在此基础上,充分利用模型预测控制多目标全局优化的能力,将dq轴电流、输出电容电压和开关惩罚项包含在一个统一的代价函数中,提出一种计及全状态变量的预测转矩控制策略。所提的全状态变量预测转矩控制可有效抑制滤波电容和定子电感之间的能量振荡。在此基础上,通过理论分析和大量仿真数据获取采样频率和开关惩罚项权系数的设计准则,通过选取合理的开关惩罚项权系数,可实现开关频率和稳态控制性能的优化设计。最后,通过硬件在环(HiL)对所提控制策略进行了验证。测试结果表明,全变量预测转矩控制稳态转矩脉动小;在动态转换过程中,转矩响应速度快。

NPC三电平容错逆变器异步电机驱动系统FCS-MPTC

针对异步电机(IM)驱动系统中NPC型三电平逆变器的某桥臂故障问题,提出一种三相八开关容错逆变器(TPESFTI)控制策略。通过搭建拓扑结构和输出电压模型发现TPESFTI存在直流侧电容电压不平衡的问题,基于此又提出由于延迟补偿的有限控制集模型预测直接转矩控制(FCS-MPTC)策略。FCS-MPTC策略能够利用其目标函数的非线性约束项来抑制母线电容分压不均衡、同时考虑模型控制的运算量和系统迟延等不利影响。通过进行仿真验证,研究结果表明:该控制策略能够确保系统稳定可靠运行,具有良好的动态性能,且有效地抑制母线电容分压不均对系统的影响,验证所提控制策略的可靠和有效性。