面向工程教育专业认证的PMSM控制教学研究

工程教育专业认证要求培养学生具备运用综合知识解决本领域复杂工程问题的能力。本文以永磁同步电机(PMSM)控制为例,以电动汽车驱动为工程背景,从解决实际复杂工程问题的一般性方法和规律出发,建立电机模型,设计控制策略,并且进行仿真分析和实验验证。该教学方法能丰富教学内容,达到工程教育专业认证目标。

T型三电平逆变器馈电双三相PMSM直接转矩控制

提出了一种T型三电平逆变器馈电双三相PMSM驱动系统直接转矩控制(DTC)策略。该系统既具有多相电机转矩脉动小、电流应力小和故障容错能力强的优点,也继承了T型三电平电机驱动谐波性能好、可靠性高的特点。该文所提出的基于双空间矢量调制(SVM)技术的直接转矩控制策略保留了DTC快速动态响应特性。与基于空间矢量解耦(VSD)的SVM技术相比,双SVM技术避免了复杂的矢量合成过程,并具有良好的谐波控制效果。所提出的控制策略还设计了谐波电流闭环控制器,能够有效抑制由绕组不对称、反电动势谐波、死区等非线性因素引起的低次谐波电流。通过实验验证了所提出的T型三电平逆变器馈电双三相PMSM驱动系统DTC策略的有效性。

基于PMSM驱动的柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制方法

针对目前柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制方法忽略了不同重力影响下的机械臂驱动力变化,导致柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制效果较差的问题,提出了基于PMSM驱动的柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制方法;基于构建PMSM驱动数学模型,采用PMSM的矢量控制方法,分析驱动力矩矢量;根据驱动力矩矢量分析结果,分析不同重力环境下有、无摩擦时的驱动力矩;构建柔性关节模型,分析其在不同重力环境下遇到的重力释放问题,使用自适应反演滑模控制方法,设计控制律,保证机械臂能够按照既定的方向运动,使机械臂具有鲁棒性;根据柔性关节空间机械臂动力学特性,分析不同重力环境下基于PMSM驱动力矩,确定重力项是随之发生改变的;设计控制器,构建动力学模型,确保空间阶段能够最大限度跟踪运动轨迹;实验结果表明,所提方法X轴、Y轴的末端跟踪结果均与实际运动轨迹一致,误差为0;关节控制力矩在时间为3 s时,出现了最大为0.5 N·m的误差,说明所提方法的跟踪控制效果较好。

基于LabVIEW和Zynq的PMSM电机控制系统设计

为了降低高性能永磁同步电机（PMSM）控制系统的复杂度,提高PMSM控制系统的人机交互性,提出了一种基于LabVIEW和Zynq的PMSM电机控制系统。采用赛灵思公司（Xilinx）的Zynq作为处理器,其内部集成了ARM和FPGA。电机控制算法在FPGA执行,通信和数据交互在ARM上完成。该系统软件部分包括FPGA、ARM和PC,均在LabVIEW平台上完成。同时,图形化语言LabVIEW易于构建人机交互界面。实验结果证明了本设计具有过程设计简化、控制性能良好和设计平台扩展性好等特点,完全可以工程化应用。

基于DSP的PMSM矢量控制在电梯控制中的应用

分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)理论的基本原理简要介绍了矢量变换,以PMSM为控制对象,给出了电梯控制系统中驱动部分的实现原理框图,并叙述了算法要点。应用当今高端的TI公司TMS320F2812高端电机专用DSP和三菱公司IPM模块,效果良好。

PMSM驱动系统的无模型电流预测控制

对于电动汽车PMSM驱动系统而言,复杂多变的负载工况和运行温度使电机参数存在较大的不确定性,直接影响基于模型的PMSM电流预测控制系统性能。论文创新性地将无模型控制和预测控制相结合,基于系统的输入和输出数据建立PMSM超局部模型,再设计PMSM驱动系统的无模型电流预测控制器,架构无模型电流预测控制的PMSM驱动系统。最后,通过系统建模和仿真研究,评价所建议的PMSM驱动系统动静态性能及其对参数变化的鲁棒性并给出结论。

基于新型无差拍电流控制的高速PMSM控制技术研究

通过对永磁同步电机驱动控制方法的研究,提出了一种新型的无差拍电流控制(dead beat current control,DBCC)策略。电机在高速或者需要高转矩响应时,为了减少转矩纹波,高带宽和高精度的控制电流环是必不可少的。无差拍电流控制是实现这些要求的首选之一。目前为止,国内外提出了多种无差拍电流控制方法。提出一种新型的考虑时间延时的DBCC方法,并且与传统的PI电流调节相比较,以进一步说明DBCC的优势。还提出了一种转子位置补偿的新算法,消除电机高速运行时的偏移误差。最后通过仿真和实验对该DBCC进行了验证。

直接面向驱动电路的PMSM多滑模面变结构控制

针对永磁同步电机(PMSM),传统的控制方法是在电流环和转速环采用PI调节器。由于控制方法简单,得到了广泛应用。然而,当电机内部参数发生变化或存在外部扰动时,其控制性能差。为此,提出一种直接面向驱动电路的永磁同步电机多滑模面变结构控制方法。通过电流和转速的滑模面,得到驱动电路的输入输出关系,它是关于滑模面和母线电压的非连续控制。相比双环(电流环和转速环)控制,本文所设计的控制器更简单。经过仿真分析,表明该控制器使得系统在启动阶段无超调。除此之外,还使得系统的响应更快,鲁棒性更强,动态特性更好。

基于扩张状态观测器的无速度传感器容错逆变器驱动永磁同步电机系统自抗扰模型预测转矩控制

针对三相四开关逆变器驱动永磁同步电机(PMSM)系统,基于扩张状态观测器(ESO)技术,提出了无速度传感器的自抗扰模型预测转矩控制(ADRMPTC)策略.建立了三相四开关逆变器驱动PMSM系统的数学模型;采用ESO技术构造了PMSM系统转速观测器,以实现对转速快速准确地实时估计;用自抗扰控制器(ADRC)作为系统的转速调节器,以提高系统的鲁棒性;利用模型预测转矩控制(MPTC)方法,以达到减小转矩和磁链脉动的目的.所设计基于ESO的无速度传感器ADRMPTC策略能够使三相四开关逆变器驱动的PMSM系统可靠稳定运行,达到满意的转矩和转速控制效果.与基于PI的MPTC策略相比,本文控制策略使PMSM系统不仅具有良好的动态性能,而且具有较强的抗负载干扰能力.仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性.

基于DSP的永磁同步电机调速控制研究

针对永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)伺服控制系统存在低速运行不平稳等问题提出了一种结合速度、电流双闭环的自抗扰配合PI的综合控制方法。实验中选择型号为TMS320F2812的DSP作为主控芯片,设计了永磁同步电机驱动控制系统硬件装置,通过软件程序为电机的速度环和电流环分别设计了自抗扰、PI控制器,以实现对扰动的实时估计与补偿。实验记录了永磁同步电机的速度响应曲线,实验数据证明文章中所提算法实现了永磁同步电机响应的快速性和运行的稳定性。

电动汽车牵引电机新型控制系统的设计研究

以电动汽车的牵引永磁同步电机为研究对象,确定了作为电机运行基准的电动汽车NEDC行驶工况。为提高永磁同步电机矢量控制的指令响应速度,提出一种基于转矩指令的最大转矩/电流比控制策略。最后采用先进汽车仿真器软件(Advisor)与Matlab软件的联合仿真,以及基于Infineon公司XC2000芯片的驱动-负载电机对拖硬件平台实验,根据行驶工况指令要求共同验证了控制策略的有效性以及在电动汽车中应用的可行性。

驱动方式对永磁伺服电机性能的影响研究

由于永磁伺服电机功率密度大、功率因数高、体积小、重量轻、形状尺寸灵活多样等优点得到广泛的应用。通过驱动控制器供电的永磁伺服电机,根据驱动控制器供电电流的波形,可以将永磁伺服电机分为无刷直流电机和正弦波永磁同步电机。本文以一台10 k W、2000 r/min的永磁伺服电机为例,首先对永磁伺服电机驱动方式及触发原理进行分析,揭示电机控制理论的机理。其次,对不同驱动方式下电机的转矩进行分析,对比研究不同驱动方式下,电机的转矩波动及过载能力。再次,通过有限元计算对电机电流、损耗进行分析,揭示不同驱动方式对电机损耗影响的机理。根据永磁伺服电机在不同驱动方式下转矩、过载能力、电流及损耗的变化,判定各驱动方式的优势,为永磁电机应用场合的选择提供参考。最后,搭建样机实验平台,通过驱动控制器对永磁伺服电机进行实验,并对比分析实验结果与仿真结果,得出不同驱动方式对电机性能的影响的利弊。

电动汽车用永磁同步电机模糊直接转矩控制

为了提升电动汽车电机驱动系统的动态性能和稳态效率,本文提出了一种基于电动汽车行驶模式切换的永磁同步电机(PMSM)模糊直接转矩控制策略。在分析电动汽车行驶模式的基础上,对传统PMSM直接转矩控制(DTC)系统进行了改进,采用模糊控制器取代传统DTC系统中的滞环比较器和电压矢量选择器。针对不同的行驶模式,分别设计了相应的模糊控制规则和控制器。在Matlab/Simulink中搭建了PMSM模糊DTC系统模型。仿真结果表明:所设计的PMSM模糊DTC策略与传统DTC相比,PMSM驱动系统不仅转矩动态响应速度快,转矩脉动小,而且其高速运行时的稳态效率提高了10.26%。

空间高精度扫描伺服系统的驱动控制

研究了空间飞行器扫描伺服系统的高精度驱动控制技术。针对有效载荷对地面目标进行扫描时多要求其伺服系统提供高精度的低速性能,本文提出采用交流永磁同步电机直接驱动伺服系统,省去中间的减速器传动环节来提高伺服系统的驱动控制精度。伺服驱动控制系统用现场可编程门阵列(FPGA)作为高速信号处理芯片,提高信号的处理速度和控制精度;用高精度的绝对式光电编码器检测转动位置,提高位置检测和速度的精度;主电路采用功率线性放大技术,得到光滑,力矩脉动小的驱动波形。系统实验表明,由于该方法采用模拟正弦信号驱动,在低速时避免了脉宽调制(PWM)驱动信号开关和死区造成的速度波动,实现了高精度的速度控制,速度波动范围在1%以内;得到的电压、电流测试曲线光滑,无高次谐波干扰。该扫描伺服系统满足动态和静态要求,为实现空间低速高精度扫描提供了一种新的方法。

基于无电流传感器的永磁同步电机系统模型预测控制

针对无任何相电流传感器的三相永磁同步电机(PMSM)驱动系统,提出基于扩张状态观测器(ESO)的无电流传感器模型预测转矩控制(MPTC)策略。为了进行电流反馈以实现高精度控制,两个相电流传感器是必不可少的,为此采用ESO技术构造无电流传感器,以实现对PMSM驱动系统相电流和时变定子电阻的快速准确估计;为了减小转矩和磁链脉动、提高控制性能,给出PMSM驱动系统的MPTC设计方法。所设计基于ESO无电流传感器的MPTC策略能够使PMSM驱动系统不仅可靠稳定运行,而且具有满意的动态性能和较强的鲁棒性。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

永磁同步传动系统现状及应用

概述了永磁同步电机(PMSM)的分类及研究现状,分析了永磁同步电机的特点和不足,重点介绍了永磁同步电机控制技术现状和研究热点,对永磁同步传动系统的应用领域和发展趋势进行综合论述,认为采用永磁同步直驱传动系统,发挥永磁同步电机的终极优势,是动力传动系统的未来发展趋势。

基于自适应虚拟补偿的多电机动态协同控制

针对四轮全驱电动汽车电机独立驱动的特点,提出一种基于自适应虚拟补偿的多电机动态协同控制系统,以解决牵引电机动态偏差所引起的操纵准确性下降的问题。通过一个虚拟闭环进行自适应补偿,将任一牵引电机过大的动态扰动平均到四轮电机驱动系统,避免车辆行驶轨迹大幅偏离驾驶指令;针对系统较强的非线性及不确定性,采用H∞鲁棒控制理论设计了虚拟控制器,四轮永磁同步牵引电机则采用直接转矩控制,提高系统的动态响应速度,降低系统对电机参数的依赖性。仿真结果表明该协同控制方案动态平衡了四轮转速误差,鲁棒性强,大幅提高了车辆对行驶指令的跟踪能力。

基于固定开关频率的永磁同步电机预测电流控制

为了实现高性能永磁同步电机控制,提出了一种基于固定开关频率的永磁同步电机预测电流控制策略。通过磁场定向原理设计了基于d-q轴电流的成本函数和对应约束,采用离散化的电机数学模型和迭代算法对最优电压矢量进行求解,计算结果由空间矢量调制生成固定开关频率的控制脉冲,实现电机驱动。新型控制方案和传统磁场定向控制方案的对比试验结果验证了新型控制方案的动态性能要明显优于传统控制策略。

机载直驱式机电作动器的伺服控制器设计研究

以高性能数字信号处理器(DSP)和高集成度复杂可编程逻辑器件(CPLD)为核心,为直驱式双余度机电作动器(EMA)设计了伺服控制器。首先对直驱式EMA及其控制系统的总体结构及工作原理进行了介绍;接着对控制器硬件,包括控制电路以及功率电路进行了详细设计;然后基于磁场定向的矢量控制,给出了位置、速度、电流三闭环控制方案,并对EMA所用的六相双绕组永磁同步电机进行了电流均衡性控制;最后,对所设计的控制器进行了实验验证。实验结果表明,控制器设计方案具备可行性和实用性。

五相逆变器双电机驱动系统直接转矩控制

该文针对五相逆变器双电机驱动系统提出了一种直接转矩控制方法。首先通过传统的直接转矩控制得到两台永磁同步电机的6个相开关状态,其中4个相开关状态直接施加到4个独立桥臂,然后通过权重函数确定公共桥臂的开关状态。该文还分析了电机性能的畸变情况。实验结果验证了五相逆变器双电机驱动系统直接转矩控制的可行性及有效性。