Speed Regulation Method Using Genetic Algorithm for Dual Three-phase Permanent Magnet Synchronous Motors

Dual three-phase Permanent Magnet Synchronous Motor(DTP-PMSM)is a nonlinear,strongly coupled,high-order multivariable system.In today’s application scenarios,it is difficult for traditional PI controllers to meet the requirements of fast response,high accuracy and good robustness.In order to improve the performance of DTP-PMSM speed regulation system,a control strategy of PI controller based on genetic algorithm is proposed.Firstly,the basic mathematical model of DTP-PMSM is established,and the PI parameters of DTP-PMSM speed regulation system are optimized by genetic algorithm,and the modeling and simulation experiments of DTP-PMSM control system are carried out by MATLAB/SIMULINK.The simulation results show that,compared with the traditional PI control,the proposed algorithm significantly improves the performance of the control system,and the speed output overshoot of the GA-PI speed control system is smaller.The anti-interference ability is stronger,and the torque and double three-phase current output fluctuations are smaller.

Research on Open-circuit Fault Tolerant Control of Six-phase Permanent Magnet Synchronous Machine Based on Fifth Harmonic Current Injection

This paper proposes a novel control approach for fault-tolerant control of dual three-phase permanent magnet synchronous motor(PMSM) under one-phase open-circuit fault.A modified six-phase static coordinate transformation matrix and an extended rotating coordinate transformation matrix are investigated considering the influence of the fifth harmonic space on fault-tolerant control. These mathematical models are further analyzed in the fundamental space and the fifth harmonic space after the fault and to eliminate the coupling between the d-q axis voltage equation in the fundamental wave space and the d-q axis voltage equation in the fifth harmonic space, a secondary rotation coordinate transformation matrix is proposed. To achieve the purpose of reducing torque ripple, the fault-tolerant control method proposed in this paper not only takes the minimum copper loss as the constraint condition, but also injects the fifth harmonic current. The experimental result of current and torque is used to verify the accuracy of fault-tolerant control.

Electromagnetic Performance Prediction for the Symmetrical Dual Three-phase Surface-mounted PMSM under Open-phase Faults Based on Accurate Subdomain Model

The paper presents an accurate analytical subdomain model for predicting the electromagnetic performance in the symmetrical dual three-phase surface-mounted permanent magnet synchronous machine(PMSM)under open-phase faulty conditions.The model derivations are extended from previous accurate subdomain models accounting for slotting effects.Compared with most conventional subdomain models for traditional three-phase machines with nonoverlapping winding arrangement,the subdomain model proposed in this paper applied for the 24-slot/4-pole dual three-phase machine with symmetrical overlapping winding arrangement.In order to investigate the postfault electromagnetic performance,the reconfigured phase currents and then current density distribution in stator slots under different open-circuit conditions are discussed.According to the developed model and postfault current density distribution,the steady-state electromagnetic performance,such as the electromagnetic torque and unbalanced magnetic force,under open-circuit faulty conditions are obtained.For validation purposes,finite element analysis(FEA)is employed to validate the analytical results.The result indicate that the postfault electromagnet performance can be accurately predicted by the proposed subdomain model,which is in good agreement with FEA results.

Current Loop Disturbance Suppression for Dual Three Phase Permanent Magnet Synchronous Generators Based on Modified Linear Active Disturbance Rejection Control

A modified four-dimensional linear active disturbance rejection control(LADRC)strategy is proposed for a dual three-phase permanent magnet synchronous generator(DTP-PMSG)system to reduce cross-coupling between the d and q axis currents in the d-q subspace and harmonic currents in the x-y subspace.In the d-q subspace,the proposed strategy uses a model-based LADRC to enhance the decoupling effect between the d and q axes and the disturbance rejection ability against parameter variation.In the x-y subspace,the 5th and 7th harmonic current suppression abilities are improved by using quasi-resonant units parallel to the extended state observer of the traditional LADRC.The proposed modified LADRC strategy improved both the steady-state performance and dynamic response of the DTP-PMSG system.The experimental results demonstrate that the proposed strategy is both feasible and effective.

Simplified Model Predictive Current Control for Dual Three-phase PMSM with Low Computation Burden and Switching Frequency

Finite-control-set model predictive control(FCSMPC)has advantages of multi-objective optimization and easy implementation.To reduce the computational burden and switching frequency,this article proposed a simplified MPC for dual three-phase permanent magnet synchronous motor(DTPPMSM).The novelty of this method is the decomposition of prediction function and the switching optimization algorithm.Based on the decomposition of prediction function,the current increment vector is obtained,which is employed to select the optimal voltage vector and calculate the duty cycle.Then,the computation burden can be reduced and the current tracking performance can be maintained.Additionally,the switching optimization algorithm was proposed to optimize the voltage vector action sequence,which results in lower switching frequency.Hence,this control strategy can not only reduce the computation burden and switching frequency,but also maintain the steady-state and dynamic performance.The simulation and experimental results are presented to verify the feasibility of the proposed strategy.

双并列转子永磁同步电机转矩脉动产生机理及抑制

双并列转子永磁同步电机由于部分定子铁心和绕组的缺失,存在较大的转矩脉动,限制了其在并行对驱类机械装备中的应用。该文对双并列转子永磁电机转矩脉动产生机理进行分析,并提出了相应的抑制方法。对比了N-N型、N-S型两种转子结构,阐明了N-S型转子结构的优越性。在此基础上,开展了转矩脉动产生机理研究,按照影响因素不同,逐次分析了齿槽效应、端部效应、永磁齿轮效应以及绕组参数不对称对电机转矩脉动的作用机理,构建了各个转矩分量的解析表达式。通过有限元模型,验证了理论分析的正确性。针对产生转矩脉动的不同分量,提出了相应的抑制方法,其中抑制空载转矩可以通过优化电机的结构参数来实现,抑制纹波转矩可以通过优化绕组位置分布来实现。搭建样机实验平台,验证了分析模型的准确性。

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。

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.

低载波比下的双三相永磁电机低电流纹波 变开关序列调制策略

双三相永磁同步电机适用于大功率牵引和传动系统,但系统需要运行在低载波比工况,导致电机电流纹波占比上升,电流质量下降,影响输出效率。因此,文中提出低载波比下考虑电流纹波抑制的双三相永磁同步电机变开关序列调制策略。首先,推导出双三相电机电流纹波计算通式,比较传统四矢量调制策略和三相解耦调制策略的电流纹波大小;随后,在三相解耦调制基础上,调整开关序列,通过分散矢量作用时间的方式降低了电流纹波峰值;此外,为了使电流纹波在整个电周期内维持较低水平,采取扇区细分的方式,对调制策略进行切换;最后,实验结果证明,所提方法能够提升电流正弦度,降低电流纹波和电机损耗。

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。

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。

基于开绕组电机的电动汽车双电池集成充电系统准直接功率控制

针对基于开绕组永磁同步电机和双电池组驱动的电动汽车提出一种集成化充电拓扑,充电运行时将双逆变器和电机绕组复用为双PWM整流器及其输入侧滤波电感。在三相电压源型整流器(VSR)和开绕组永磁电机数学模型的基础上,将电网坐标系和电机坐标系相统一,分析了充电状态下的电磁转矩。实际运行时存在双电池剩余电量不相等的情况,导致充电时双通道功率不平衡,因此设计了一种准直接功率控制策略,以解决功率不平衡带来的转矩脉动问题。最后通过仿真和实验验证了该集成化充电拓扑的可行性。

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。

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。

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。

基于双模态有限时间滑模的永磁同步电机抗扰动控制

目的解决包装机工作过程中,因永磁同步电机的动态响应慢和抗扰动能力弱导致包装机精度不高的问题。方法设计一种双模态有限时间滑模控制器,实现系统有限时间收敛。将双模态函数引入趋近律增益,不仅能实现“大误差大增益,小误差小增益”,而且趋近律增益切换为小增益的时间可调,从而使电机获得更快的响应速度和更小的抖振。同时,设计有限时间扰动观测器对扰动进行观测,并进行前馈补偿,以此来提高系统的抗扰性能。结果实验结果表明,文中方法相较于另外2种对照方法,可以使电机的动态响应分别提升27%、37%,控制性能分别提升40%、70%,相较于超螺旋扰动观测器,可以使电机的抗扰性能提升58%。结论所提控制策略可以明显提高系统的动态响应、控制性能、抗扰性能,使得永磁同步电机更符合包装机的要求。

基于双扰动观测器的永磁同步电机双惯量系统无模型递归终端滑模控制

为了提高永磁同步电机双惯量系统在不确定性扰动影响下的控制性能,提出一种基于双扰动观测器的无模型递归终端滑模控制策略。首先,建立存在不确定性扰动的永磁同步电机双惯量系统模型,并结合无模型控制与递归终端滑模控制设计无模型递归终端滑模控制器,使系统状态直接从滑模面开始运动,缩短了状态误差的收敛时间,有效抑制抖振。其次,通过构造扩张状态观测器观测负载速度并反馈到改进型扩展扰动滑模观测器中,构成双扰动观测器。同时,双扰动观测器精确估计总扰动信号并前馈补偿到所设计的控制器,进一步提高系统稳态性能和抗扰动能力。最后,通过仿真和实验验证得出,所提出的控制方案相较于比例积分控制和改进型无模型滑模控制方法更具有优越性和可行性。

基于模糊算法的双三相PMSM无传感器控制

针对现有高速情况下双三相永磁同步电机无传感器控制精度低,增益值固定的问题,提出一种提高精度同时可变换增益值的基于模糊离散型超螺旋滑模观测器。首先,对双三相永磁同步电机的数学模型与电流方程进行分析;其次,结合电流方程与超螺旋算法构建超螺旋滑模观测器并利用反向差分离散法进行离散化,同时加入模糊控制得到变换增益值,解决了超螺旋滑模观测器受固定增益值限制无法兼具收敛速度快和观测误差小的问题;最后,在MATLAB环境下搭建了仿真模型对所提算法进行验证,仿真结果表明了新型观测器精度高的同时也能够改变增益值从而快速收敛。

基于电流超前角弱磁控制的五桥臂逆变器驱动双三相永磁同步电机技术

五桥臂逆变器驱动双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)可节约两个功率器件,也可作单相桥臂故障时的容错手段,但五桥臂逆变器驱动下电压利用率(VUF)降低,限制电机调速范围。为拓宽电机调速范围,对五桥臂驱动造成的电压、电流限制进行分析,基于新的电气约束情况,采用电流超前角弱磁控制进行弱磁升速。实验结果表明,电流超前角控制可以平滑进入弱磁I区,有效提升电机最高转速,证明了控制策略的有效性。

基于矢量控制技术的伺服驱动系统

针对伺服驱动系统精度低、动态响应慢、稳定性差等问题,对双绕组永磁同步电机的矢量控制技术进行了深入的研究。优化和改进控制策略、系统硬件和软件程序。提出新的解决方案,设计伺服驱动系统。搭建试验平台,对系统进行功能和性能测试。实验结果表明:系统响应速度快、稳定性强,电机的控制精度和抗干扰能力也得到了明显提高,满足系统设计需求。