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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

直接转矩在电梯曳引控制系统中的应用

为保证电梯运行的稳定性,提高曳引控制系统的响应速度,提出了直接转矩控制系统。对电梯运行中的曳引机控制系统进行了分析,基于直接转矩的控制原理对电梯曳引控制系统进行改善,根据设计的控制系统在SMULINK软件中进行了模型搭建和模拟仿真,为实际优化生产提供了理论依据。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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%。