基于参数扰动估计的双三相永磁同步电机鲁棒模型预测控制

双三相永磁同步电机因其损耗小、效率高、容错能力强等特点,广泛应用于航空航天技术、电动汽车等领域。为优化双三相永磁同步电机控制性能,采用双d-q坐标变换对双三相永磁同步电机进行数学建模,为减小电流纹波,在传统模型预测电流控制策略基础上,增加延时补偿;考虑电机参数扰动的影响,提出一种能够对参数进行在线估计的滑模观测器,以提高控制系统鲁棒性,最后在MATLAB/Simulink中进行系统抗负载扰动与鲁棒性能仿真分析。仿真结果表明,改进后的控制策略提高了电机的响应速度,超调减小,系统对电机参数扰动的敏感性减弱,系统抗负载能力和鲁棒性增强。

双三相永磁同步电机改进型模型预测电流控制

针对双三相永磁同步电机模型预测共模电压抑制方法存在寻优计算量大、开关频率较高、稳态性能不佳的问题,提出一种改进型模型预测电流控制.首先,改进六相两电平逆变器,降低零矢量共模电压幅值;其次,选择小共模电压矢量构造虚拟电压矢量,简化价值函数的同时减小共模电压和电流谐波含量;再次,通过计算参考电压矢量直接选择最优电压矢量以减少寻优次数,并引入占空比控制提升电机控制精度,改善电机稳态性能.最后,仿真对比传统模型预测电流控制、RCMV(Reduced Common Mode Voltage)-1、RCMV-2和所提控制方法.结果表明,所提控制方法在减小共模电压的同时,降低了转矩脉动和谐波电流,且较RCMV-2方法开关频率明显降低;此外,寻优代码执行时间相较于RCMV-1和RCMV-2分别降低了约91%和65%,减小了计算量.

小偏差永磁同步电机双矢量模型预测控制

传统的永磁同步电机双矢量模型预测控制的合成电压矢量与参考电压矢量的偏差较大,且存在计算量大、开关频率高的缺点,在实际工况中难以实现良好的控制性能。为了解决上述问题,提出一种小偏差永磁同步电机双矢量模型预测控制策略,通过分析参考电压矢量的变化规律,构造新的电压矢量选择表,将电压矢量的选择范围从六个降为三个,减小计算量的同时也降低了开关频率;针对传统的作用时间计算方法存在的问题,提出基于偏差最小原则的作用时间计算方法,并详细证明了该方法的优越性。仿真和实验结果显示,所提出的方法能够有效减小计算量和降低开关频率,同时具有较好的稳态和动态性能。

刚性联接双电机系统功率平衡控制策略

针对刚性联接双电机系统因参数摄动和负载变化导致的系统输出功率不均衡问题,基于转矩闭环矢量控制系统,提出了一种自抗扰模型预测(ADRC-MPCC)转矩交叉耦合功率平衡控制策略。首先,建立刚性联接双电机系统的统一数学模型,基于该模型分析了功率不平衡产生的原因;其次,通过确定合适的转矩反馈补偿系数,提高了系统中双电机的同步性能;最后,设计自抗扰控制器对转速环、磁链环和转矩环的扰动进行估计和补偿,并通过简化模型预测控制方法对逆变器开关状态进行选择,减少了控制器的运算时间。仿真与实验结果表明,提出的控制策略实现了参数摄动和负载扰动情况下刚性联接双电机系统的输出功率平衡,验证了功率平衡控制策略的有效性。

并列式双转子混合自励磁电机励磁源参数优化设计和磁场调节特性分析

针对永磁同步电机气隙磁场不可调以及传统电励磁电机的效率低等问题,提出了一种新型并列式双转子混合自励磁电机。首先,该电机利用谐波激励原理,通过调节谐波电压可灵活调整励磁电流,在中高速域更容易实现弱磁扩速。其次,保证功率不变的前提下,先分析两部分各占的比重,再分别对励磁源参数进行优化设计。最后,通过调节励磁电流的大小与方向且利用二维有限元模型对所提电机的性能进行验证。仿真结果证明:所提电机具有较好的调磁能力,在弱磁情况下,反电动势幅值接近于0,可以有效实现转速调节。

分段式双三相永磁直线同步电机的无模型电流预测控制

分段式结构的双三相永磁直线同步电机(PMLSM),动子穿入和穿出定子分段时,传统的无差拍预测电流控制(DPCC)易受反电动势动态扰动的影响,无法实现精确的电流跟踪和推力控制。同时,该电机模型的参数失配会增大DPCC电流和推力控制的难度。针对以上问题,该文提出了一种基于无模型电流预测控制(MFPCC)的电流控制策略。首先,构建了分段式双三相PMLSM的超局部模型。其次,基于该超局部模型设计了预测电流控制器,并设计扰动观测器以补偿反电动势动态扰动和参数失配的影响。最后,实验验证了所提MFPCC能够抑制分段式双三相PMLSM的反电动势和参数失配的扰动,有效提升参数鲁棒性、电流跟踪性能并降低推力波动。

双三相永磁同步电动机驱动器全开路故障模式的诊断方法

准确地对驱动器开路故障进行识别与诊断能够有效防止故障进一步恶化所引起的严重事故,也是实施恰当容错控制策略的先决条件。驱动器的开路故障类型包含单个功率开关管故障、多个功率开关管故障以及功率开关管和相的混合故障,提出能够识别上述所有类型全开路故障模式的诊断方法。首先,为了便于模拟多类型的故障场景并提高理论模型的计算精度,构建能够计及诸多非理想因素和电机与驱动器之间相互影响关系的直接耦合分析模型,并通过实验验证了该模型的准确性和有效性。其次,通过矢量空间解耦中的子平面电流和绕组相电流分别提取故障因子和辅助故障因子,提出基于2种故障因子的诊断方法,并明晰2种故障因子的阈值范围和使用方法。最后,依托验证后的直接耦合分析模型,对6种不同类别的开路故障进行识别和诊断,证明所提方法的有效性。

计及转矩储备的车用双转子电机转矩控制策略

针对电机定子电流变化率受到定子绕组电感的制约,进而影响电机转矩的快速变化的问题,提出了一种计及转矩储备的车用双转子电机转矩控制策略。首先,推导了双转子电机的数学模型,分析了转矩空间变化率的基本表达式及其与矩角特性之间的关系;其次,基于永磁电机的矩角特性,制定了计及转矩储备的电流控制策略,即在转矩快速变化之前预先加载定子电流,使得转矩快速变化阶段可保持定子电流恒定,以便通过转子的旋转带动转矩角的变化来实现转矩的快速输出;最后,搭建了转矩储备控制策略的仿真模型和实验台架,通过仿真和实验验证了所提出控制策略的正确性与可行性。

一种改进的双三相永磁同步电机无价值函数模型预测转矩控制

针对双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)传统模型预测转矩控制策略转矩性能较差的问题,提出了一种基于虚拟电压矢量的无价值函数模型预测转矩控制策略。首先,对矢量空间解耦(VSD)的数学建模方法进行研究,建立了基于VSD的DTP-PMSM数学模型;其次,构建了一组12个无需矢量替换的虚拟电压矢量,通过无差拍直接转矩和磁链控制预测出参考矢量的角度位置和幅值信息,并筛选出最优虚拟矢量,该方法避免了虚拟电压矢量的遍历寻优从而大幅减小计算负担;同时,通过一种简化的矢量幅值调整方法使该最优虚拟矢量的幅值大小无限逼近参考矢量幅值大小,有效降低转矩脉动;最后,搭建了试验测试平台,将所提策略与传统策略进行对比。结果表明,所提策略有效减小了谐波电流和转矩脉动。

内置式永磁同步电机的MTPA模型预测控制

提出一种内置式永磁同步电机(InteriorPermanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)的最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)方法。方法通过MTPA控制,建立了电机电磁转矩参考值与定子电流d、q轴分量之间的关系。在瞬态时,上述方法与传统的单矢量MPC相同,以d、q轴电流的跟踪误差作为代价函数,保持了传统的模型预测控制动态响应快的特点;在稳态时,采用双矢量MPC,减小了转矩脉动,改善了电机的稳态控制性能。仿真结果表明,与i_(d)=0的MPC相比,给出的控制策略动态响应快,稳态转矩脉动小,铜损耗低。

基于滑模扰动观测器的永磁同步电机模型预测电流控制

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)单矢量模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)中,存在电流具有较大波动、稳态性能较差、依赖模型参数且抗扰能力不足的问题。针对这些问题,研究了双矢量模型预测电流控制(TV-MPCC)算法,该算法在一个采样周期内进行2次电压矢量选择。同时,设计了一种基于改进趋近率(SMRL)的滑模扰动观测器(SMO),滑模增益采用分段式函数来实现。通过仿真实验,验证了所提出的TV-MPCC算法和SMO的有效性。与传统的MPCC相比,TV-MPCC可以显著降低电流的波动,并提高系统的鲁棒性。同时,SMO的引入使得系统能够更好地观测和补偿扰动,进一步提高了系统的稳态性能。本研究表明,双矢量模型预测电流控制结合滑模扰动观测器的方法在提高PMSM的鲁棒性能方面具有较好的效果。

基于比例谐振扩张状态观测器的周期扰动抑制方法

由于逆变器非线性及绕组非对称性,双三相同步电机驱动系统含有大量周期扰动。其以谐波电流的形式存在于定子绕组中,引起电流失真及系统损耗。针对该问题,提出基于比例谐振扩张状态观测器的谐波抑制方法。叠加比例谐振模块的扩张状态观测器除观测总扰动外,旨在放大谐波电流幅值;针对改善后的被控对象,引入模型预测电流控制提升系统动态响应特性。实验结果表明该方法可有效降低系统损耗,提升电流正弦度。

价值函数级联的PMSM双矢量模型预测转矩控制

针对永磁同步电机有限集模型预测转矩控制(FCS-MPTC)存在的权重因子难以确定,电磁转矩和磁链波动较大的问题,提出了一种价值函数级联的双矢量模型预测转矩控制策略。首先,根据基本电压矢量对电磁转矩的作用效果,将电压矢量分为两类,并设计了一种新的双矢量组合规则;其次,为了保证所选的双矢量组合在控制过程中能有效抑制转矩和磁链的波动,将其波动程度纳入到价值函数的寻优计算中,并通过构建级联结构消除转矩与磁链之间的权重因子;最后,在MATLAB/Simulink中搭建模型进行仿真,仿真结果表明所提控制策略在无权重因子参与的情况下能有效降低电磁转矩和磁链的波动。

双三相永磁同步电机的多矢量模型预测电流控制策略

针对双三相永磁同步电机在传统矢量控制中电流脉动较大的问题,提出了一种基于电压矢量合成原理的多矢量模型预测电流控制策略。首先,通过结合双dq解耦变换与三相解耦脉宽调制(PWM)算法,将电机的每组三相绕组视为基本单元。其次,在每个控制扇区内,通过选择2个有效电压矢量和1个零矢量,构造出所需的目标电压矢量,并将其纳入备选电压矢量集,以实现任意方向和幅值的电压覆盖。最后,采用dq轴电流的无差拍算法确定各矢量的作用时间。仿真结果表明,所提控制策略显著降低了电流脉动,增强了系统稳定性。

双余度无刷直流电动机的建模与余度控制技术

参考自感和相间互感的关系公式,建立了双余度无刷直流电动机的数学模型。在Matlab/Simulink环境下,采用正弦波削顶法等效反电势波形,并针对实际电机参数,得到了电机带载起动过程下的转速、母线电流、相电流和反电势的动态性能仿真曲线。仿真结果验证了电机数学模型的有效性。在此基础上,对双余度无刷直流电动机电流均衡和余度降级时的平滑切换技术进行了研究,实验证实了双余度热备份工作性能优于单通道工作。

基于双电机模型CPPM电机电枢反应电感的计算

研究基于双电机模型CPPM电机电枢反应电感的计算原理和方法。在建立CPPM电机双电机模型基础上,给出了d、q轴电枢反应电感的仿真计算公式;采用二维限元方法计算了一台750 W内置式CPPM的电枢反应电感,并与现场实验结果进行了比较和分析。

双三相永磁同步电机的建模与矢量控制

针对相移30°Y型连接双三相永磁同步电机,分别采用双d-q变换和矢量空间解耦的方法建立了电机的数学模型,前者从两套三相子系统的角度给出了电磁转矩的表达式以及两套绕组之间存在的耦合关系,后者则揭示了不同的电流谐波分量对机电能量转换所产生的不同的作用。根据两种不同的模型搭建了两套双三相永磁同步电机矢量控制系统,通过对两种控制策略的比较分析,指出了两者之间的内在联系和在控制效果上的等价性。开环的仿真实验对两种建模方法的一致性进行了验证,而闭环的仿真和实验结果则表明两种矢量控制方案在相同的控制参数下具有一样的控制性能。

双余度永磁无刷直流电机速度伺服控制系统

介绍了舵机用双余度永磁无刷直流电动机速度伺服控制系统构成,对无刷直流电动机动态数学模型、双闭环控制系统动态数学模型、以及基本控制策略进行了分析与研究,通过对系统进行的仿真和实验测试表明,系统控制具有成功的速度伺服性能。

同轴联接双电机驱动系统建模及仿真

在交流传动系统试验中,由于客观条件的限制,一些电机的动态特性难以直接观测甚至无法获得,如电机的电磁转矩、实际磁链大小与位置,这给试验分析过程带来了困难。基于自适应全阶磁链观测器和转矩传感器模型,建立了能量互馈型同轴联接双感应电机交流驱动系统对应的双电机矢量控制系统的仿真模型,能够实现对系统的各种动态响应进行直接观测与测试,为实际系统控制方案的分析与研究提供了良好的参考。

航空高速双绕组无刷直流电机的建模仿真

为了研究航空高速双绕组无刷直流电机(DW-BLDCM)的工作特性和各种控制策略的合理性,利用Simulink和电气系统模块库相结合,采用模块化的方法,对DW-BLDCM调速系统进行了建模和仿真。该方法针对带斩波的脉宽调制(PWM)逆变器驱动高速DW-BLDCM建模分析的难点,将电机的数学模型与电路拓扑模型相结合,从而有效地解决了带电力电子装置的复杂电机控制仿真问题。仿真结果符合理论分析,并给出了相应的试验结果,结果验证了该方法的有效性和可行性,为航空高速DW-BLDCM伺服控制系统的设计、开发和调试提供了一个有效的平台。