基于ADE优化的IPMSM全速域无传感器控制

为了实现内置式永磁同步电机(IPMSM)全速域的无传感器控制和切换速域的平滑过渡,提出了一种基于自适应差分进化(ADE)算法优化的复合控制方法。分别在零低速域、中高速域采用旋转高频电压注入法和滑模观测器法来对电机转速和转子位置进行估算,并在切换速域采用基于ADE算法的权重系数优化法来实现上述两种控制方法的平滑切换,从而实现IPMSM全速域无传感器控制。仿真结果表明:提出的复合控制方法能够实现电机全速域的无感控制和切换速域的平滑过渡,且具有良好的稳定性。

基于直接判据提取方式的直轴电流补偿型IPMSM最大转矩电流比控制算法

为实现内嵌式永磁同步电机(IPMSM)高性能运行,该文提出一种最大转矩电流比(MTPA)决策与控制算法,旨在简化控制结构、加快系统动态响应、增强系统鲁棒性。该算法根据dq轴电流直接计算电磁转矩的微分项,并以此作为MTPA状态的决策判据。根据判据值对d轴电流参考值进行补偿,实现对MTPA状态的在线追踪。所提算法无需实际或虚拟信号注入和解算环节,系统动态性能得以提高。d轴电流补偿控制解决了算法收敛速度对负载条件较敏感的问题,提升了控制系统的鲁棒性。理论分析、仿真计算和实验结果验证了该方法的有效性和优越性,与虚拟信号注入法相比,所提出的算法在不同负载下对MTPA状态的收敛时间降低为原来的1/5~1/2。

车用IPMSM二自由度MTPA控制研究

为提高车用内置式永磁同步电机驱动系统的速度响应能力和抗干扰性,提出在最大转矩比电流控制下,采用基于误差判断的反馈补偿型二自由度最大转矩比电流控制策略。通过对电机的数学模型进行分析,结合空间矢量脉宽调制技术,实现最大转矩比电流控制;构建传统PI控制系统和二自由度(two degree of freedom,2DOF)最大转矩比电流(maximum torque per ampere,MTPA)控制系统进行对比仿真分析。通过MATLAB/Simulink平台系统仿真分析,使用基于误差判断的反馈补偿型2DOF调节可使转速响应超调量控制在0.5%以内,响应时间缩短70%~80%。验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于新型趋近律和混合速度控制器的IPMSM调速系统滑模变结构控制

为了提高内置式永磁同步电机(IPMSM)调速系统的动、静态性能,提出了一种基于新型变速趋近律的滑模控制器,该新型趋近律基于反双曲正弦函数,根据系统状态量,采取变带宽趋近方式,可有效抑制系统的稳态转矩脉动。为解决滑模控制中电机起动时响应速度快与起动电流大的矛盾,提出了一种基于PI和滑模控制(SMC)的混合速度控制器(HSC),该混合速度控制器中滑模控制基于新型趋近律,通过控制器输入值的大小选择控制方式,有效解决了上述矛盾问题,且该控制器可进一步提高系统的响应速度并能进一步抑制稳态转矩脉动。通过仿真和实验,验证了该速度控制器和该新型趋近律的可行性以及有效性。

基于旋转高频信号法的IPMSM无位置传感器控制

研究了一种利用旋转高频电压信号实现内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制的方法。利用α-β轴系下的高频电流响应峰值表达式中的位置信息实现对转子空间凸极位置的检测;并通过跟踪高频电流矢量最大幅值所对应的相位角实现对转子磁极极性的辨别,进而构建了完善的转子位置观测器模型。基于此构建了IPMSM的矢量控制系统,分析了系统实现时的信号处理及死区补偿措施,并进行了仿真和实验研究。结果表明:该位置观测器能够有效实现对转子位置的估算,基于此观测器设计的IPMSM矢量控制系统具有良好的稳态和动态性能。

阻抗不匹配引起的逆变器-IPMSM系统直流侧振荡抑制方法对比

随着逆变器-内置式永磁同步电机(IPMS M)系统输出功率的增加,其输入阻抗与直流供电端LC滤波环节输出阻抗不再匹配,引发逆变器直流侧电压、电流振荡。针对IPMSM,推导了逆变器-电机系统采样双电流调节器控制时的输入导纳模型,用于系统稳定性分析。参考异步电机系统振荡抑制方法,根据IPMSM转矩公式,提出直轴电流补偿法和直轴电压补偿法两种振荡抑制办法。结合交轴电流补偿法、交轴电压补偿法思想,推导了分别加入四种振荡抑制方法后的逆变器-IPMSM系统输入阻抗,采用奈奎斯特判据,分析各振荡抑制方法的有效性。依据电机模型与控制系统模型,分析不同方法的优劣,提出电压补偿法优于电流补偿法、交轴补偿法优于直轴补偿法的观点。通过实验验证了各振荡抑制方法的有效性和交轴电压补偿法的优势。

非奇异终端滑模观测器的IPMSM无源控制

在内置式永磁同步电动机(IPMSM)静止坐标系数学模型定义的扩展反电势基础上,提出了一种基于非奇异终端滑模观测器的IPMSM无传感器控制策略。通过构造滑模观测器,定义非奇异终端滑模面,设计滑模观测器控制律估计出电机反电动势,利用锁相环跟踪算法获取转子位置和速度信息,抑制了滑模固有的抖振现象,避免常规滑模观测器由于低通滤波所产生的相位滞后,提高了转子位置与速度的估算精度。利用最优转矩控制方法得到期望的d轴和q轴电流,并在IPMSM的端口受控哈密顿(PCH)系统数学模型基础上,采用互联和阻尼配置的能量成形方法,设计了无源控制器得到两相同步旋转坐标系下的电压分量,控制器计算量小、便于实现。仿真结果验证了方法的有效性。

载波频率成分法估算IPMSM转子位置的误差分析

研究了一种利用PWM逆变器载波频率成分信号进行内置式永磁同步电机(IPMSM)转子位置估算的方法。逆变器应用三相三角载波SPWM调制方式,通过检测载波频率成分电流(CFCC)的包络线估算出电机的转子位置。分析了电机转速、直流母线电压、逆变器载波频率等因素对转子位置估算误差的影响。实验结果表明,该方法能够实现对电机转子位置的准确估算,所构建的IPMSM无位置传感器矢量控制系统具有良好的动、静态性能。在此基础上对影响转子位置估算误差的相关因素进行了仿真和实验验证,结果证明了理论分析的正确性。

IPMSM控制系统逆变器死区效应分析与在线补偿

为解决矢量控制凸极永磁同步电机系统低速和轻载时,电压源逆变器死区效应导致相电压和相电流低频谐波,零电流钳位效应以及转矩脉动等问题,在详细分析了死区效应的基础上,提出了基于双扰动观测器的在线死区补偿方法。该方法是在转子旋转坐标系下用双扰动观测器观测出扰动电压,将其前馈给指令电压进行补偿,且无需知道死区时间、功率器件开关延迟时间及导通管压降等。实验结果表明该方法能明显抑制电流低频谐波,削弱死区效应,提高系统低速轻载运行性能。

一种免失控的IPMSM参数可计算深度弱磁算法

针对观光场地车用的内置式永磁同步电机弱磁控制算法中由于电流调节器饱和造成的电流不可控问题,该文提出一种参数可计算的q轴电流增量深度弱磁控制算法。在深度弱磁过程中无需继续负向增加id提升转速,而是将id限制在电机特征电流处,利用减小iq实现转速提升,并给出简化后的id与iq转化关系,该转化关系具有计算量小,易于实现与参数整定等优点。通过与传统纯电压闭环的负id补偿弱磁算法的实验结果对比,参数可计算的q轴电流增量算法能有效避免电流环饱和失控,提高了IPMSM运行的稳定性。

考虑磁路饱和的IPMSM电感辨识算法及变参数MTPA控制策略

内置式永磁同步电机(IPMSM)d、q轴电感会随着磁路饱和程度的不同而发生改变,这会降低最大转矩电流比(MTPA)控制的有效性。考虑到定子电流引起的磁路饱和及交叉饱和效应的影响,提出了相应的d、q轴电感辨识算法和变参数MTPA控制策略。采用基于旋转高频电压注入的d、q轴电感辨识算法可在其他电机参数未知的前提下得到不同负载条件下的d、q轴电感;变参数MTPA控制策略能够充分利用标幺值化处理的优势,在转矩-最优电流控制表不变的基础上,只需根据实际d、q轴电感更新电流基值和转矩基值便可克服电感变化带来的不利影响,并实现一定转矩条件下的最佳MTPA控制。最后在电机控制实验平台上通过实验对提出的电感辨识算法和变参数MTPA控制策略的可行性和有效性进行了验证。

一种新型IPMSM无位置传感器矢量控制系统研究

针对内插式永磁同步电动机(IPMSM)的凸极性,推导出其在两相静止坐标系下基于扩展反电动势(EEMF)的数学模型,在此基础上构造一种新型滑模观测器(SMO)用于实现无位置传感器矢量控制。该观测器引入估算扩展反电动势反馈,分析了反馈系数对观测器稳定性及扩展反电动势估计准确性的影响,提出一种反馈增益系数的自适应算法,拓展了滑模观测器在低速段的观测范围。为了削弱系统抖振的影响、提高观测值的精度,采用一种可变边界层厚度的饱和函数替代传统观测器中的符号函数,并基于锁相环(PLL)方法提取转子位置和速度信息。搭建基于新型滑模观测器的IPMSM无位置传感器矢量控制平台,实验验证了该观测器在低速段估算转子位置和速度的有效性。该控制方法具有调速范围宽、鲁棒性强等特点且算法简单、易于实现。

基于反馈线性化和预测控制方法的电动汽车用IPMSM速度控制

提出了一种新型的电动汽车用内置式永磁同步电机(IPMSM)的转速跟踪控制方法。首先应用反馈线性化理论,通过坐标变换和非线性状态反馈,实现了IPMSM控制系统的输入输出线性化,将原系统分解为两个线性子系统:转速线性子系统和励磁电流线性子系统;然后根据模型预测控制理论,通过推导预测模型和定义的性能指标函数,求得IPMSM控制系统的转速控制器。仿真结果表明,提出的控制方法具有良好的转速跟踪性能和鲁棒性,有助于提高电动汽车在复杂环境和工况下运行的稳定性。

双级矩阵变换器驱动IPMSM控制策略的研究

鉴于双级矩阵变换器和永磁同步电机结构紧凑性的优点,研究了基于双级矩阵变换器驱动内置式永磁同步电机(IPMSM)的调速系统。针对双级矩阵变换器线性电压传输比较低的不足,提出了双级矩阵变换器驱动IPMSM的自动弱磁控制方法,拓宽了系统的调速范围。为改善系统的调速性能,引入了不同转速段使用不同的PI参数和转速斜坡给定的控制方案,提高了系统的动静态性能。仿真和实验结果验证了该方案的可行性与有效性。

三相四开关逆变器供电的IPMSM直接转矩控制系统建模与分析

为获得较高的转矩响应速度和较低的转矩脉动,将基于比例-积分控制器和空间矢量调制的直接转矩控制(PI-SVM DTC)引入到由三相四开关逆变器供电的凸极式永磁同步电机(IPMSM)驱动系统中。鉴于电机的强耦合性,同时为便于分析其定子磁链环,建立了IPMSM在静止坐标系下以定子磁链为状态变量的状态空间模型。为改善系统的稳态性能,构建无差拍全阶状态观测器,实现对定子磁链的闭环观测。揭示了传统定子磁链环极点放置位置存在的问题,并利用一种简单的方法对定子磁链环极点位置进行优化。对PI-SVM DTC的转矩环进行建模分析,为PI控制器的设计提供依据。另外,为抑制三相四开关逆变器直流母线中性点电压偏移,根据其偏移量生成合适的补偿量,并将其添加到定子磁链控制环中。实验结果验证了该模型的有效性。

IPMSM位置和速度估计的一些新方法

针对内埋式永磁同步电动机,综述了近年来转子位置和速度估计的一些新方法,给出了这些方法的简单原理、优缺点及应用范围等,指出混合运用零速到低速和低中速到高速这两类方法是切实有效的。今后研究的问题仍然集中在包含零速时稳定低速驱动的实现和伴随转矩控制的稳定起动上。

基于高频方波电压注入的IPMSM无位置传感器控制

为省略内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制方法中滤波器的使用,减小系统体积,提高位置估计精度,提高系统适应性,提出一种IPMSM低速无位置传感器控制方法。在电机静止轴系注入高频电压信号,并且将矢量控制周期和高频注入周期分离;通过对高频注入周期前后产生的电流进行采样,经简单的数学运算即可获得含有转子位置信息的正交信号;使用正交锁相环进行位置信息估计;分别对电机进行空载转速阶跃、负载阶跃、带载转速阶跃以及带载正反转4种工况下的实验验证。结果表明:在4种工况下时,电机最大估计位置误差不超过13.5°,平均位置误差不超过7.5°,电机转速跟踪效果好,具有良好的稳定性和低速运行性能,并且避免了高频电流信号提取过程中滤波器的使用。

IPMSM低速工况下的转子位置估计方法

在内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)低速工况下,不同于传统的将高频方波信号注入估计的同步旋转坐标系d轴的方式,本文提出一种将高频方波信号注入静止坐标系α轴的无位置传感器方法,并考虑逆变器非线性对高频信号注入精确度的影响,提出一种新的信号解调方式,在转速环信号解调过程中无需使用低通滤波器(low pass filter,LPF),提升了转速环的带宽。仿真实验结果验证了所提出的转子位置估计方法的有效性。

提高IPMSM最大起动转矩和效率的控制

提出了提高内置式永磁同步电动机(IPMSM)最大起动转矩和效率的一种新算法。为提高电机效率,需要在永磁电机的数学模型中考虑电机的铁芯损耗。矢量控制中变频带来的高次谐波损失是不可控的,损失控制是利用模型估算电机的损失,并对电流进行优化,从而消除电机损耗。同时设计了智能控制系统对电流分量进行适当地限制,并应用最大转矩/电流比控制技术提高起动转矩。改进方法主要特征在于它不但提高了电机的稳态参数,还改善了电机的动态性能。通过设置适当的系数实现了上述的两个目标。通过对电机的性能指标进行仿真,验证了提出的新算法正确性。

基于三维电感表的IPMSM半实物仿真的实现与测试

内置式永磁同步电机功率密度高,特别是在大转矩、高饱和运行工况下,由于交直轴磁路交叉耦合作用的存在,电机参数的变化对电机性能影响显著。在基于FPGA的车用永磁电机硬件在环实时仿真平台上,为提高仿真精度,用Verilog HDL语言构建了三维电感表,以解决永磁同步电机交叉耦合与饱和效应的影响。在车用电机实物对拖平台上进行了各种工况的对比,误差减小至2.85%。