基于SABO算法的PMSM弱磁和MTPA控制方法

永磁同步电机因其结构紧凑、噪声较少、功耗较少、运行速度快、操作稳定,已被普遍采用。针对永磁同步电机弱磁控制过程中,转速环参数选取采用传统PI(proportional-integral)控制方法,依靠经验整定参数,外界抗干扰能力较差、难以保证在各运行区间具有优良性能等问题,提出了一种基于减法平均优化算法的永磁同步电机的弱磁和MTPA(maximum torque per ampere)控制的宽运行范围方法。将智能寻优算法、MTPA控制、弱磁控制三者相结合,利用减法平均优化算法优化PI控制器的参数,提高了系统的响应性能和抗干扰能力;工作电压未超过电压极限圆使用MTPA控制策略运行;工作电压超过电压极限圆利用电压闭环反馈,进行弱磁控制。使用MATLAB/Simulink构建的永磁同步电机弱磁控制仿真模拟,通过PI控制器和减法平均优化算法优化后的PI控制器性能对比,从仿真结果得到控制器方法的有效性。实验有效证明了该控制方法能够解决各种运行工况下控制器参数的优化整定问题,提高电机控制精度。

考虑逆变器非理想特性的永磁电机MTPA控制策略

最大转矩电流比(MTPA)控制可以降低铜损,进而有效提高电机效率,适用于空调永磁压缩机系统,但受逆变器非理想特性的影响,最优电流矢量角追踪精度存在下降问题。研究逆变器非理想特性对虚拟直流信号注入MTPA方法的负面影响并给出补偿方法。针对控制系统数字延迟问题,根据系统采样时间对电流矢量角追踪过程中的电压信息进行校正;此外,采用基于饱和函数的死区补偿方法,降低逆变器非线性引起的电压误差。实验结果表明,所研究的逆变器非理想特性补偿方法提高了最优电流矢量角追踪的准确性。

采用MPC-MTPA的新能源车永磁同步电机控制研究

针对传统永磁同步电机控制器结构复杂,负载突变时动态响应速度慢,导致电机抗干扰能力差、工作效率低的问题,提出了一种模型预测控制(model predictive control,MPC)融合最大转矩比控制(maximum torque per ampere,MTPA)的电机非级联控制方法。构建MPC和MTPA控制器,利用MPC中的代价函数同时完成转矩控制和MTPA控制,在代价函数中引入动态分配的权重系数优化非级联MPC-MTPA控制器。仿真和试验结果表明:相比传统电机控制方法,提出的变权重系数非级联MPC-MTPA控制方法的稳定性提高约26%,动态响应特性提高约50%。

采用VSIC-MTPA的五相内嵌式永磁容错电机短路容错控制

五相内嵌式永磁容错电机(five-phase interior permanent magnet fault-tolerant motor,IPMFTM)发生短路故障后,现有id=0容错控制策略不能利用电机内的磁阻转矩,无法维持容错运行的高转矩输出能力。为此,该文提出一种基于虚拟信号注入最大转矩电流比(virtual signal injection control-maximum torque per ampere,VSIC-MTPA)的短路容错控制。首先根据故障前后基波磁动势不变原则推导出基波降阶矩阵,构建故障下基波解耦模型;其次采用短路相电流与其反电势的关系求取抑制短路电流负面影响的补偿电压;最后通过注入虚拟高频信号获取容错控制下的MTPA因子,使电机运行于最大转矩点。通过实测20槽/14极IPMFTM故障运行下的动、静态特性,验证理论分析的正确性和可行性。

MTPA控制的直接转矩控制系统研究

为提高凸极式永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)运行效率,提出了一种基于最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)控制的直接转矩控制系统新方案.详细论述了将MTPA应用于PMSM直接转矩控制(Direct TorqueControl,DTC)中的理论推导及其工程简化计算方法.利用矢量图分析了常规的DTC和MT-PA控制的DTC.通过仿真对这两种DTC进行了稳态和动态性能对比分析,证明了新方案不但具有常规DTC优良的动态性能外,在输出相同转矩的条件下,新方案所需的定子电流更小,从而有效提高了系统的稳态运行效率,特别是在电机重载的情况下尤其有效.

基于MTPA的内置式永磁同步电机转矩预测控制

针对采用矢量控制方法的内置式永磁同步电机(IPMSM)存在解耦复杂、附加优化目标难以融入系统控制等问题,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)的IPMSM转矩预测控制方法。在推导MTPA控制原理的基础上,分析了转矩预测的控制机理及性能指标函数。22 k W试验样机的仿真与试验结果表明,系统稳态及全局加减负载条件下调速性能良好、转矩动态响应迅速。该方法在重载条件下定子电流利用率显著提高,满足电动车辆驱动控制系统的性能和效率指标要求。

考虑位置观测误差的永磁同步电机无传感器驱动系统MTPA控制策略

最大转矩电流比(MTPA)控制是提升永磁同步电机无传感器驱动系统效率的重要手段之一。在无传感器驱动系统中,传统计算法根据公式推导最优电流矢量角解析解,无法计及位置观测误差变化的特性,而注入虚拟信号寻优方法受位置观测误差影响精度降低。为解决该问题,提出一种考虑位置观测误差的MTPA方法。所提方法通过比较上述两种方法在无传感器驱动系统中对最优电流矢量角不同的追踪结果估计位置观测误差,利用估计的位置误差对电机数学模型进行校正以实现最优电流矢量角高精度追踪。最后,在2.2kW内置式永磁同步电机实验平台验证了所提方法的有效性。

基于虚拟信号注入的MTPA控制稳态误差分析

基于虚拟信号注入的内置式永磁同步电动机最大转矩电流比控制中,采用的算法仍包含了定子电阻和d轴电感。当参数与电机实际值出现偏差时,就会导致MTPA控制角产生误差。根据虚拟信号注入法的基本原理,推导出由参数偏差引起的MTPA误差角表达式,对定子电阻和d轴电感偏差引起的MTPA误差角进行了理论分析和仿真研究。结果表明,在运行转速不是很低的情况下,由电阻偏差引起的误差角不大,d轴电感偏差是产生MTPA误差角的主要原因。

基于多目标FCS-MPC的永磁同步发电机MTPA控制

永磁同步发电机系统常用控制策略是电压外环和电流内环的双闭环矢量控制,在实际PI控制中,控制效果对系统参数的依赖度较高,且不同工况下最优PI参数不同,因此在变工况控制情况下控制效果不佳。课题组针对永磁同步发电机的最大转矩电流比(MTPA)控制,提出了一种基于多目标有限集模型预测控制(FCS-MPC)的MTPA控制方法,在FCS-MPC基础上,通过多目标优化建立代价函数,实现转矩参考值跟踪、MTPA优化控制和最大电流约束,可以代替传统的基于双闭环的矢量控制及电流模型预测控制,具有较强的鲁棒性和良好的动静态性能。通过MATLAB/Simulink仿真分析及基于STM32F407IGT6的硬件系统的实验对比,验证了方法的可行性,有效实现了永磁同步发电机的MTPA控制。

自寻优最大转矩电流比矢量控制连载之一:同步电动机动态寻优MTPA控制技术综述

最大转矩电流比(MTPA)控制在给定转矩下实现电流最小化,可以有效减小铜耗,提升电机效率。传统的公式法根据同步电机数学模型推得满足MTPA的电流矢量相位角解析解,难以计及电机参数非线性变化的特性,存在固有误差。为实现高精度MTPA控制,将电机参数非线性变化纳入考量。系统介绍了考虑参数非线性变化的多种MTPA控制方法的工作原理,从控制性能、算法复杂程度、计算量等方面归纳总结了不同方法的优劣。

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DSP-FPGA永磁同步电机MTPA弱磁控制研究

永磁同步电机(PMSM)由于其高功率密度、高可靠性的优点,在轨道交通领域得到广泛关注。在此首先对内嵌式永磁同步电机(IPMSM)的数学模型进行分析,在此基础上针对IPMSM直、交轴电感分量不相等的特殊结构,为充分利用磁阻转矩,提高系统的效率,采用最大转矩电流比(MTPA)控制算法。其次,为拓宽PMSM的调速范围,在基速以上时采用弱磁增速控制算法,同时为在较低的开关频率下获得优良的电流谐波性能,采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)与特定次谐波消除脉宽调制(SHEPWM)结合的多模式调制算法。最后,设计搭建了以TMS320C6748型DSP及SPARTAN6型FPGA为核心的控制器,并结合RT-LAB半实物实验平台,验证理论分析的正确性和有效性。

基于MTPA的永磁同步电机模型预测转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)高凸极率的结构特点,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)的永磁同步电机模型预测转矩控制方法。首先结合数字处理系统的离散化特点,建立了PMSM调速系统的离散预测模型;重点分析了系统多个优化目标的实现机理,其中包括:开关状态限制、电磁转矩控制、MTPA优化以及最大电流限制;进而指出通过构建合适的目标函数,即可实现多项优化目标的综合最优。样机实验结果表明,所提方法在保留模型预测控制(MPC)高动态响应特性的基础上,可以有效地实现PMSM调速系统多个优化目标的综合最优。

一种凸极式永磁同步电机闭环MTPA控制策略研究

针对基速以下时采用最大转矩电流比控制的闭环矢量控制系统中,当给定转矩或负载转矩突变时,因电流调节器饱和而导致电机动态跟踪过程中实际工作状态脱离MTPA的问题,对凸极式永磁同步电机的MTPA控制、控制器饱和限幅等方面进行了研究。提出了一种d轴电流环优先响应的控制器限幅策略,以优化系统动态跟踪过程中的电流跟踪轨迹提升稳定性;在此基础上,提出了一种采用q轴反馈电流在线修正d轴给定电流的闭环MTPA控制策略;利用Matlab/Simulink搭建了系统仿真模型,并利用基于TMS320F28335的电机控制系统对闭环MTPA控制策略进行了实验研究。研究结果表明:该控制策略在转矩突变时,d轴给定电流可以实时修正,并迅速跟踪,维持电机在动态跟踪过程中实际电流矢量在MTPA附近。

永磁同步电机的中低速MTPA控制及矢量控制优化

针对永磁同步电机的特性分析了其在中低速运行中的电磁特性,提出了优化的MTPA控制策略,并进行了试验验证。

基于联合仿真的电励磁同步电机线性自抗扰控制

针对电励磁同步电机(EESM)在车用电机控制方向的研究,通过Maxwell设计EESM有限元模型,基于Simulink搭建电机控制系统模型。然后,根据凸极EESM的电机特性和电磁转矩分析,在控制系统中采用最大转矩电流比(MTPA)矢量控制方式在Simulink-Maxwell进行EESM控制系统的联合仿真验证。同时,控制系统电流环应用线性自抗扰控制(LADRC),基于电机已知参数在LADRC中设计模型辅助—扩张状态观测器(MA-LESO),以观测和消除系统扰动变量。仿真实验表明,采用MTPA矢量控制的电机在带载时转速波动降低,带载能力增强;在电流环中采用MA-LESO的LADRC控制器能使电机转速在稳态时波动更小,在带载时的抗干扰性能更强,电机运行过程相对稳定;电机负载转矩和定子电流在空载、负载时的波形更稳定,显著提升了电机运行性能。

基于新型双滑模结构的永磁同步电机控制策略

针对传统永磁同步电机无感矢量控制系统中存在转速超调、强抖振以及鲁棒性差等问题,在位置环提出了一种以边界层可变的分段函数作为切换函数的新型全阶滑模观测器(NFSMO)并引入模糊控制模块实现对新切换函数边界层的自适应调节,使系统的高频抖振问题得到有效削弱以及提高了转子位置的观测精度;在速度环提出了一种新型趋近律与改进型扩展状态观测器(IESO)相组合的新型速度滑模抗扰动控制器(NSMDC),结合最大转矩电流比(MTPA)拟合模块能够有效降低扰动误差对系统造成的影响,提高系统的稳态性能。仿真结果表明:与传统方法相比,新型双滑模控制方法不仅能够有效改善系统的滑模抖振,且具有更优的抗干扰性和稳定性。

基于最大转矩电流比动态磁链给定的直接转矩控制

分析得出了凸极永磁同步电机直接转矩控制中定子磁链给定必须限制在一定范围。用极值原理推导出在输出转矩一定时所需要的最小d,q轴电流应满足的关系式,同时给出了一种简洁的工程近似求解方法。最后,以变化的磁链给定代替恒定磁链给定以实现最大转矩电流比,有效克服了常规直接转矩控制在磁链给定太小时启动困难的缺点,而且大大提高了系统运行效率,仿真结果表明了该方法的有效性。

同步磁阻电机分析与设计(连载之十二) 永磁辅助同步磁阻电机的设计研究

针对两层磁障的同步磁阻电机,分析磁障厚度比例对磁阻转矩的影响。进而在优化的同步磁阻电机中间磁障中插入永磁体形成永磁辅助同步磁阻电机,讨论此类永磁辅助同步磁阻电机的齿槽定位力矩、永磁转矩、磁阻转矩和抗退磁性能。最后对比了同步磁阻电机和永磁辅助同步磁阻电机的转矩特性以及调速特性。

感应电动机转子磁场定向下的弱磁控制算法

电动汽车、数控机床等应用领域要求感应电动机具有宽范围的恒功率弱磁调速能力。提出一种感应电动机弱磁状态下电压和电流轨迹控制的新方法。在满足电机和驱动器最大电压和电流约束条件的前提下,该方法可实现全速度范围内的最大转矩输出。此方法不需要查表运算,对电机参数的依赖性较低。通过对SVPWM方法中得到的零电压矢量作用时间的积分,可得到d轴电流的给定值,从而实现最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)控制区与弱磁区之间的平滑过渡。在5.5 kW系统上对所提弱磁方法进行仿真和实验验证,实验结果证实了该方法的可行性。