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。

采用主从开关表的矩阵变换器电机系统直接转矩控制策略

本文提出一种采用主从开关表的矩阵变换器电机系统直接转矩控制策略。该策略仅使用6个旋转矢量来驱动电机,达到消除共模电压的目的。为了克服相邻旋转矢量之间的角度不断变化的困难,将旋转矢量分为逆时针旋转和顺时针旋转两组,同组的相邻矢量之间具有固定的夹角。将逆时针旋转矢量用于建立主开关表,顺时针旋转矢量用于建立从开关表,根据定子磁链相对于各组中旋转矢量的夹角查找相应开关表。实验结果表明,与使用有效矢量的传统直接转矩控制相比,本文方法可充分实现共模电压的抑制,并且满足控制系统动、静态性能的基本要求。

两相导通无刷直流电机直接转矩控制零电压矢量特性分析

无刷直流电机(BLDCM)直接转矩控制(DTC)方法的实现最终落实到电压矢量的选择和发送上,其中零电压矢量的正确定义和使用对电机性能有着至关重要的影响。该文详细分析两相导通无刷直流电机直接转矩控制方法在反电动势非正弦、存在关断相条件下零电压矢量的定义方法,并对所得到的零电压矢量作用条件下电机电流、端电压和转矩变化规律进行理论分析。分析结果指出,零电压矢量选择不当会引起关断相续流二极管续流,从而导致关断相产生负转矩,影响电机性能,背离了两相导通的控制初衷。该文提出一种基于零电压矢量的改进控制方法,根据所提出的新电压矢量选择表,通过合理选择零电压矢量能够有效避免关断相产生转矩,进而改善电机控制性能。实验结果验证了理论分析的正确性以及所提控制方法的有效性。

空间电压矢量下SRM转矩脉动最小化

针对开关磁阻电机具有转矩脉动大的缺点,依据空间电压矢量下直接瞬时转矩控制的理论,通过分析采用基本电压矢量存在转矩失控现象的原因,提出了一种优化直接转矩控制的新方案。该方案以基本空间电压矢量为基础,通过适时地采用新增空间电压矢量,同时优化转矩滞环控制器的方法,达到提高直接转矩控制性能的目的。为验证方案的有效性和正确性,以一台三相12/8极开关磁阻电机为控制对象,将新方案与传统直接转矩控制的效果进行了比较。结果证明,新方案有效地抑制了转矩失控现象的产生,并在进一步减小转矩脉动上有明显效果,最终将转矩脉动控制在±1N·m以内。

一种提高异步电动机转矩性能的直接转矩控制方法

针对传统异步电动机直接转矩控制方法中存在的磁链控制不对称和转矩脉动较大的问题,提出了一种优化的异步电动机直接转矩控制方法。该方法通过重新划分电压矢量对定子磁链和电磁转矩作用的影响范围,改进了电压矢量选择表,使转矩和磁链变化时能正确选择所需电压矢量,以减小转矩脉动,从而避免了传统直接转矩控制方法在选取电压矢量时,忽略转矩增加的必要条件和磁链变化的临界条件的问题;通过求解转矩脉动公式,推导出最佳转矩误差值,提出了转矩脉动全局最小条件下的占空比计算方法,进一步优化了转矩性能,并给出了定子磁链和电磁转矩的控制推导公式。仿真及实验结果表明,所提方法比传统直接转矩控制策略的系统动态响应速度提高了约30%,同时转矩及电流脉动减小,磁链控制更接近圆形轨迹,具有工程实用价值。

直接转矩控制的十二区段控制方法

由于直接转矩控制具有算法简单、动态响应迅速、对参数变化鲁棒性强的特点,至今已经得到了广泛的应用。传统的直接转矩控制采用六边形磁链控制或六区间的圆形磁链控制,造成转矩脉动大,而且当考虑定子电阻压降的影响时,其区间选择存在缺陷。针对传统六区段控制方式电压选择表的缺陷和当定子磁链处于区段线附近时控制性能差的特点,本文推导了磁链和转矩控制公式,分析并指出了考虑定子电阻压降影响时,传统六区段方式电压选择表的缺陷,提出了十二区段控制方法及其电压选择表和实现方法。理论和试验分析比较了六区段和十二区段控制方法控制性能。结果表明十二区段控制方法较六区段控制方法有更好的性能。

基于区域电压矢量表的交流异步电动机直接转矩预测控制策略研究

对传统的交流异步电动机直接转矩控制产生的转矩脉动进行了详细分析,并在此基础上提出了新型的转矩和磁链区域电压矢量表以改进系统性能。之后又在区域电压矢量表的基础上,进一步提出了两种转矩和磁链预测直接转矩控制策略来减小低速转矩脉动,提高系统的稳态性能。最后通过仿真和实验验证了所提出的算法的实用性和优越性。

基于占空比控制的永磁同步电机新型直接转矩控制策略

永磁同步电机传统直接转矩控制在电机低速运行时存在着转矩脉动大、开关频率不恒定等问题,本文在详细分析影响磁链和转矩脉动大小因素的基础上,提出了一种准确确定占空比大小的永磁同步电机新型直接转矩控制方法。该方法基于精确的数学模型利用转矩误差计算出当前所选有效电压矢量的作用时间在整个采样周期中的占空比,实时地调整有效电压矢量的作用时间。仿真和实验结果表明,基于占空比控制的永磁同步电机直接转矩控制在保持传统直接转矩控制优点的基础上,能够有效减小转矩脉动,改善了传统直接转矩控制系统性能。

永磁同步电机直接转矩控制转矩调节器设计

在以往永磁同步电机直接转矩控制研究中,将零电压矢量引入到直接转矩控制转矩调节器中,起到了降低转矩脉动的作用。但是,这些研究没有定量的解决优化计算转矩调节器中零电压矢量作用范围的问题。该文分析了永磁同步电机直接转矩控制中电机转矩变化规律,推导出了转矩调节器中使转矩脉动最小的零电压矢量作用范围优化计算公式,从而解决了转矩调节器优化设计问题。

一种表面式永磁同步电机有限状态集模型预测直接转矩控制

针对常规有限状态集模型预测直接转矩控制成本函数需要设计磁链和转矩控制权重系数的问题,设计了将磁链和转矩控制转换为相对误差率控制的成本函数,从而消除了权重系数。建立了基于定子磁链坐标系的表面式永磁同步电机预测模型,并以逆变器生成的7个基本电压矢量作为备选电压矢量,仿真验证了提出成本函数的可行性。仿真发现:由于受备选电压矢量自身限制,转矩动态变化下,磁链会出现较大的波动。基于电压矢量作用规律,给出了可同时满足转矩和磁链控制要求的备选电压矢量集合。仿真结果表明:该电压矢量集合可有效抑制动态下的磁链波动。为了提高模型预测控制的实时性,对备选电压矢量数目和预测控制模型进行了简化,并基于STC89C51单片机平台,实验对比了不同备选电压矢量集合和预测模型预测控制的运算时间和运算结果。仿真和实验结果表明了采用精简的备选电压矢量集合和简化模型可在控制性能基本不变的前提下,有效减小运算负担,提高系统实时性。

基于十二扇区细分的永磁同步电动机直接转矩控制

针对永磁同步电机的传统直接转矩控制中的磁链和转矩脉动大的缺点,提出了十二扇区细分的磁链闭环控制方法和相应的电压开关表。分析了电压矢量对电磁转矩和定子磁链的作用,得到有限的扇区和电压矢量会造成转矩和磁链脉动大。理论和实验对比分析了六扇区划分和十二扇区划分的控制性能。实验结果表明十二扇区划分的PMSM直接转矩控制方法,既保证了DTC的快速性,又很好地降低了转矩与磁链脉动。

零矢量在永磁同步电机直接转矩控制中的作用及其仿真研究

在以往的永磁同步电机直接转矩控制研究中,将零电压矢量引入到转矩调节器中,认为其起到保持当前转矩的作用。该文对永磁同步电机中零电压矢量对转矩脉动和磁链脉动的影响进行了详细的理论分析,指出在电机高速运行的情况下,零矢量实际是起到减小转矩的作用。转速越高,零矢量减小转矩的效果越明显。仿真结果证明了理论分析的正确性,这为正确理解零矢量在永磁同步电机直接转矩控制的作用以及今后对零矢量作用的范围进行优化设计具有指导意义。

表面式永磁同步电机模型预测直接转矩控制备选电压矢量集合研究

针对传统永磁同步电机模型预测直接转矩控制在转子旋转坐标系计算电流和磁链,需要转子坐标旋转变化,且以逆变器生成的全部电压矢量作为备选电压矢量集合,计算负担影响较大,提出了定子磁链坐标系下的表面式永磁同步电机模型预测控制直接转矩预测,通过定子磁链扇区及磁链和转矩增减控制判断,精简备选电压矢量集合。仿真对比不同备选电压矢量集合控制下,表面式永磁同步电机模型预测控制直接转矩预测的控制性能,并基于STC89C51单片机平台,实验对比不同备选电压矢量集合下模型预测控制的运算时间。综合考虑不同备选电压矢量集合下表面式永磁同步电机模型预测控制直接转矩预测系统的控制性能和计算负担,给出了一种较为理想的备选电压矢量集合。

一种新颖的永磁同步电动机直接转矩控制策略

分析了永磁同步电动机直接转矩控制理论及零电压矢量对永磁同步电机的作用,给出了当永磁同步电动机直接转矩控制系统采用两点式滞环比较器控制转矩时,不能应用零电压矢量的根本原因,并且在此基础上得出了可以应用零电压矢量的永磁同步电机直接转矩控制系统开关表。理论分析和仿真结果表明,这种控制策略有效利用了零电压矢量,减小了开关动作次数以及开关频率,具有迅速的转矩响应。

改进的永磁同步电机模型预测直接转矩控制策略

针对永磁同步电机直接转矩控制逆变器开关频率不固定、转矩和定子磁链脉动大等问题,以及模型预测直接转矩控制计算工作量大的缺点,提出了改进的模型预测直接转矩控制策略.该策略只需预测零电压矢量作用下的转矩和定子磁链,当转矩和定子磁链误差在阈值以内时,零电压矢量为最优电压矢量;否则,基于传统直接转矩控制理论中定子磁链的分区和电压矢量选择表确定最优非零电压矢量.由于只有零电压矢量作用下的转矩和定子磁链需要预测并取消了评价函数,因此计算工作量大大降低.最后,基于MATLAB建立了仿真模型.仿真结果表明,永磁同步电机采用改进的模型预测直接转矩控制策略时,电机转矩和定子磁链均能快速准确地跟踪参考值.

基于DSVM的无刷双馈风电系统抗脉动模糊DTC策略

无刷双馈发电机没有电刷和滑环,故障率低,在风力发电系统中有良好的应用前景,但其采用直接转矩控制(DTC),在低转速下运行时转矩脉动较大,不利于系统稳定运行。文章提出一种改进的模糊直接转矩控制策略,在控制输入中增加了转矩误差的变化率,从而改进了模糊规则表中低速运行区的控制算法。同时,将离散空间电压矢量调制(DSVM)技术引入到直接转矩控制系统中,增加了可供选择的空间电压矢量。在MATLAB/Simulink中搭建了无刷双馈风力发电系统模型,并在渐变风和随机风两种工况下进行了动态仿真。仿真结果表明,在低风速运行时转矩无明显波动,在两种工况下该系统都能稳定运行,并快速地跟随风速的变化,该控制策提高了系统的稳定性和鲁棒性。

一种高性能的无刷直流电机控制方法

文中分析了现有无刷直流电机直接转矩中扇区划分方法的问题,针对目前所用6扇区划分方法期望的结果和实际所加空间电压矢量达到的结果之间有太大误差的问题,提出基于空间12扇区划分的无刷直流电机直接转矩控制,并且制定出适合12扇区划分的优化开关表.仿真和试验结果表明基于空间12扇区划分的无刷直流电机直接转矩控制能够更有效地减小电机稳态转矩脉动,从而实现无刷直流电机的高性能控制.

考虑去磁效应的五相永磁同步电机优化开关表直接转矩控制算法

多相永磁同步电机驱动系统因具有体积小、噪声低、功率密度高等诸多优点,在低压、大功率输出及可靠性要求高的场合已得到了广泛关注和应用。基于开关表的直接转矩控制(switching table direct torque control,ST-DTC)算法具有结构简单、转矩动态响应快、对电机参数依赖性低等优点,然而将其直接扩展应用于多相系统会造成较大的转矩脉动以及谐波电流。因此,该文在传统ST-DTC算法的基础上,首先将开关表中的电压矢量集重构为虚拟矢量集,用以消除定子电流的低次谐波,其次深入研究了电机中低速运转时由于定子电阻造成的去磁效应,并且重新设计了开关表用以克服该问题,保证了电机磁链的控制需求,最后根据电机的转矩脉动规律采用多阶非对称结构的滞环比较器,优化了转矩纹波。实验结果表明了所提算法的正确性和有效性。

基于预测SVPWM的永磁同步发电机直接转矩控制

针对一般永磁同步发电机的直接转矩控制存在转矩波动较大的问题,提出一种基于预测空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的直接转矩控制策略该策略利用转矩、磁链预测算法算出下一周期需要补偿的电压矢量,再利用SVPWM合成该电压矢量,从而减小转矩波动。通过仿真研究的分析结果表明,该方法在保持系统快速动态响应的同时,有效地减少了转矩的脉动,明显地改善了系统的控制性能。

5相开关磁阻电机直接转矩控制系统研究

针对5相开关磁阻电机进行了直接转矩控制策略的分析与研究,提出了5相开关磁阻电机10个有效电压空间矢量的构造原则,通过5/2变换得到合成定子磁链,分析了在定子磁链空间的10个区域内,如何选择合适的电压矢量来快速达到磁链和转矩按给定变化的要求,以保证磁链和转矩基本不变,并给出了5相开关磁阻电机直接转矩控制的开关表。对5相开关磁阻电机直接转矩控制进行了仿真,仿真结果表明,这种控制策略能够有效地抑制转矩波动,系统动静态特性良好。