Research of Control Method for Improving Mechanical Performance of Winding Motor

A reformed PID (Proportional-Integral-Differential) motor controller is developed for the ideal winding performance. It is verified that the PID motor controller can largely improve the mechanical performance and raise the production efficiency by means of the test of a winding production system driven by a motor with high internal resistance rotator. It indicates that improving the control method is one of the most effective ways to improve the winding performance of the motor in winding production.

基于DCS-惯性权重组合的柔性机械臂运动轨迹控制系统研究

为了有效调控机械臂运动幅度,避免柔性机械臂实际运动轨迹与目标轨迹发生较大的偏差,设计一种基于分散控制系统(DCS)-惯性权重组合的柔性机械臂运动轨迹控制系统,它是一个集合了计算机、通信、显示和控制的计算机系统,该系统由过程控制和过程监控。通过DCS算法控制监测对象行为幅度并计算柔性机械臂惯性权重,利用DCS-惯性权重组合求解素数控制指标的具体数值,实现了对柔性机械臂运动轨迹控制系统的软件设计。实验结果表明,DCS-惯性权重组合算法作用下的机械臂末端坐标在横轴、纵轴、空间轴方向上的运动幅值均可以被控制在10个单位长度之内,并且在0.52 s内进入机械臂运动轨迹最佳控制状态,运动轨迹差值最大仅为0.01 rad,验证了该系统具备可行性和有效性。

基于扰动观测器的五相永磁同步电机开路和短路容错矢量控制

针对反电动势含有3次谐波的五相永磁同步电机(PMSM)开路和短路故障导致转矩脉动大的问题,该文提出一种基于扰动观测器的矢量控制(DOB-FOC)策略。该策略基于降阶正交变换矩阵在同步旋转坐标系上建立PMSM开路故障情况下的基波模型,将3次谐波反电动势、短路电流等作为扰动信号。在此基础上,设计扰动观测器,观测出以上扰动导致的转矩脉动,将其转化为q轴补偿电流前馈到q轴电流指令中,有效地抑制了故障导致的转矩脉动,并且实现了PMSM在开路和短路故障情况下的平稳无扰运行。仿真和实验结果验证了所提容错策略的有效性。

一种混合型双向直流变压器的改进虚拟直流电机控制

为实现中低压直流互联场景中串并联直流固态变压器的高效传输和灵活调压,组合CLLLC变换器模块和Buck/Boost-CLLLC变换器模块形成新的混合型串并联双向直流固态变压器(hybrid series-parallel bi-directional DC solid state transformer, HSBDCSST),使其兼具Buck/Boost-CLLLC变换器的双向灵活调压和CLLLC变换器的双向高效传输优势。同时提出了CLLLC模块的同步方波控制和Buck/Boost-CLLLC模块的改进虚拟直流电机(improvement virtual direct current motor, IVDCM)控制。其中各CLLLC模块采用同一个固定频率占空比为50%的方波进行控制以保证高效率。而对于Buck/Boost-CLLLC模块,在传统虚拟直流电机(virtual direct current motor,VDCM)控制的基础上引入直流电机额定角速度随机械功率按比例变化的环节,构成IVDCM控制策略,实现调压并改善直流变压器的惯性阻尼特性,有效提高了系统的响应速度与动态特性。最后搭建3模块串并联系统的Matlab/Simulink仿真模型及实验平台,验证了该控制方法的有效性。

高压断路器操动机构驱动电机及其控制技术研究

高压断路器操动机构用电机驱动提高了断路器运行的可靠性与可控性,因此设计了一套适用于126 kV真空断路器的电机操动机构。基于操动机构动力学分析结果确定驱动电机转矩、转速要求,提出一种有限转角永磁无刷电机设计方案,研制样机进行联机试验完成动作要求检验。在此基础上,设计分段转矩控制策略,结合驱动电机输出转矩需求将操动机构的运动过程分为4个阶段,从降低触头碰撞、避免预击穿现象发生、提高断路器工作可靠性角度对各阶段电机输出转矩进行动态调节。结果表明:所研制的驱动电机配合分段转矩控制策略,在保证灭弧室对操动机构动作时间、动作速度要求的前提下,实现了操动机构的运动过程优化和工作可靠性提高,促进了断路器智能化操作进程。

永磁同步电机执行机构新型控制算法研究

电机执行机构应用于断路器中,具有结构简单、动作分散小、可控性强等优点,为实现断路器开关触头对预设参考曲线的跟随提供可能。传统的控制方式参数固定无法根据断路器开关触头运动过程进行参数调整,跟随性差;智能控制算法计算复杂,影响控制系统快速性,且工程上极难实现。提出一种分段式伪微分控制策略,该控制策略避免了被控变量的直接微分,具有快速动态响应和抗干扰能力,同时,根据环境分段式赋予控制系统参数,保证了跟随精度。建立该控制策略模型进行仿真分析,并研制126 kV断路器电机执行机构控制系统以试验验证,仿真及试验结果均表明了该控制策略的有效性。

车用永磁无刷直流电机弱磁控制仿真研究

永磁无刷直流电动机的转矩与转速会对电机的控制精度造成影响,导致电机弱磁控制效果差。为了提升整体控制性能,提出车用永磁无刷直流电机弱磁控制仿真方法。分析车用永磁无刷直流电机弱磁转矩特性,获取电机电磁转矩关系。根据获取结果建立永磁无刷直流电机弱磁控制系统,利用该系统控制电机弱磁的电磁转矩与运行效率,以此实现整体控制。实验结果表明,通过对所提方法开展电机运行效率测试、电机运行稳定性测试,验证了上述方法的有效性。

永磁同步电机矢量控制专用集成电路的设计

针对软件矢量控制策略因响应慢、成本高而无法满足永磁同步电机(PMSM)领域控制新需求的问题,设计一种矢量控制专用集成电路(ASIC)。采用双闭环控制结构为基础设计芯片架构,使用VerilogHDL硬件描述语言设计矢量控制、坐标旋转数字计算(CORDIC)、电流采样接口、编码器接口和串口通信等模块,通过硬件架构实现并行加速。利用ModelSim平台仿真验证所设计电路的功能,以FPGA为核心搭建芯片物理验证平台,控制PMSM的电流与速度。结果表明:所设计的ASIC输出PWM信号达到12.2 kHz,双环频率分别达到12 kHz和8 kHz,具有快速动态响应与良好的稳态特性;且能够实现高性能、低成本、可移植的电机控制,在电机控制领域具有一定的应用价值。

基于自抗扰的永磁同步电机附加谐波损耗抑制方法

针对永磁同步电机在变频器供电时,由时间电流谐波所引起的附加谐波损耗过大及难以在电机初始设计时被考虑到的问题,采用场路耦合联合仿真模型来计算电机的附加谐波损耗,并以4台现有的表贴式永磁同步电机为例,通过实验验证了场路耦合联合仿真模型的有效性,为电机设计之初附加谐波损耗的选取,以及后续温升的计算提供了前期计算的方法。同时提出一种基于自抗扰技术的附加谐波损耗抑制方法,设计一种适用于永磁同步电机矢量控制的自抗扰控制器,并从理论上验证了自抗扰控制器对于时间电流谐波的抑制作用,以及针对自抗扰控制器参数众多调参困难的问题,给出一种参数整定方案。最后通过引入所设计的自抗扰控制器,对电机的时间电流谐波进行计算和分析,使电机的附加谐波损耗降低了68.1%,为同类型电机的附加谐波损耗抑制提供了一种有效的方法。

Towards Economic Single-Phase Motor

Studying of operation balance in single-phase induction motors is an issue of interest due to the need for reducing the power consumption and increasing the motors’ life. The paper focuses on improving the motor performance by balancing the stator phase operation for the most common-used connection diagrams of single-phase capacitor-run induction motors (SPCRIMs) and three-phase induction motors (TPIMs) operating from single-phase supply (SPS). Therefore, a mathematical model is used to balance the motor operation by varying the frequency supply voltage. Characteristics of balancing parameters are investigated, various methods of motor balancing are presented and comparisons were done among these balancing methods.

功率MOSFET在永磁同步电机控制中的影响和分析

在现代雷达控制系统中,伺服系统的转速稳定性和定点精度,直接影响到最终成像品质。文中针对伺服系统常用的永磁同步电机控制器中的功率器件金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)展开研究,主要分析了MOSFET的米勒效应,介绍了MOSFET的电路模型和开通过程,分析了米勒平台电压的振荡原因和米勒效应对驱动电路的危害,并设计两种优化电路来抑制米勒效应。理论分析和实验结果表明,经过改进的驱动电路有效抑制了米勒效应产生的栅源脉冲电压尖峰。所设计电路已应用于20 kHz/1 kW永磁同步电机驱动器,有效提升了雷达伺服系统的环境适应性和稳定性。

新能源汽车驱动电机控制器深度解析

文章针对新能源汽车驱动电机控制器的结构原理进行深度解析,阐述电机控制器的基本结构、基本功能,深入分析逆变电路的逆变原理、能量回收整流原理、正弦交流电产生原理和变压与变频原理,介绍电机控制器驱动电路与控制电路的基本组成与结构特点,对职业院校新能源汽车技术专业教师和新能源汽车维修行业维修人员具有一定的参考和借鉴意义。

周向错角开关磁阻电机及其直接瞬时转矩控制

传统开关磁阻电机由于其双凸极定、转子铁心结构以及开关型供电方式会造成强转矩脉动。针对此问题,提出了一种新型低转矩脉动周向错角开关磁阻电机。结合电机结构介绍了其运行机理,并对绕组的电感特性和转矩出力进行了分析。该电机采用内-外双定子结构,转子上同时设置内凸极和外凸极,且内、外定子铁心之间以及转子内、外凸极之间在周向上均相互错开一定的角度。内定子极上绕有辅助绕组,可以在主绕组换相期间提供辅助转矩以补偿转矩跌落,从而降低转矩脉动。利用场路耦合联合仿真,分别构建了传统开关磁阻电机与周向错角开关磁阻电机的直接瞬时转矩控制系统,对比两者在匀速运行工况下的转矩脉动情况,结果表明相较于传统开关磁阻电机,周向错角开关磁阻电机的转矩脉动更小,具有良好的转矩脉动抑制效果。

新能源汽车电机驱动控制系统设计及仿真分析

本文主要探究了新能源汽车电机驱动控制系统的设计方案,并对电机转速进行了仿真实验。该系统使用STM32芯片,通过处理转子的位置、转速等信息,将设定转速与实际转速的偏差作为控制器的输入量,利用输出信号改变电机电压,进而实现对电机转速和转矩的控制,使实际转速实时跟踪设计转速。从仿真结果来看,实际转速与设计转速的误差维持在±5%以内,电机转速稳定,符合设计预期。

基于虚拟方波注入的五相永磁同步电机开路故障下直接转矩控制

在传统直接转矩控制(DTC)中,参考磁链往往是一个固定值,这将导致五相永磁同步电机(PMSM)在正常及容错情况下运行时效率不高。为解决该问题,该文提出一种基于虚拟方波注入的DTC(VSWI-DTC)策略。首先,建立五相PMSM在正常和开路故障情况下的数学模型,在同步旋转坐标系中推导出恒定转矩下电流幅值与定子磁链幅值的关系。其次,设计最优定子磁链探测器。通过向定子磁链幅值中注入虚拟方波信号,根据电流幅值的变化情况补偿定子磁链幅值,在线探寻最优定子磁链幅值。最后,与无差拍DTC相结合,实现电机高效率DTC运行。实验结果表明,所提策略不但能保持DTC良好的动态性能,抑制开路故障引起的转矩脉动,而且提高了电机在正常和开路故障情况下的效率。

基于FPGA的永磁同步电机SVPWM的数字电路设计

针对永磁同步电机矢量控制算法中的空间矢量脉冲宽度调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)在现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)中不能直接实现正余弦计算、无理数乘法的问题进行优化设计。设计了基于查表法和一次线性补偿的正余弦数值计算、有符号数的√3乘法计算模块,并使用Cyclone IV FPGA的硬件乘法器资源,对反Park变换、扇区判断和三相作用时间的计算进行了时序约束,对输入电机编码器数值、旋转坐标系的V_d和V_q参数经过进行计算,输出带死区功能的三相七段式PWM控制信号。在FPGA中实现SVPWM算法精度为3.0×10^(-5),计算时间为1.6μs,对比高性能STM32F429微处理器有一定优势,满足了永磁同步电机的矢量控制要求。

基于变补油及冲洗回路联控的泵控马达系统热管理方法

针对静液压驱动的工程及农业装备中典型泵控马达系统低压回路存在连续功率损失,回路油液温度随负载及油箱温度变化大等问题,本文提出一种基于变补油及冲洗回路(ACFC)联控的节能热管理方法。在典型泵控马达系统低压回路中引入电比例恒压变量泵及电比例节流阀,实现冲洗流量可控调节及补油流量自动适应,以提供回路温度的控制自由度;基于实验测试数据,构建基于损失模型的泵控马达系统产热模型;依据系统产热模型设计了一种基于前馈+PD反馈控制算法的热管理方法对回路温度进行控制;采用基于功率跟随的泵控马达系统调速策略,在不同负载、不同初始温度等工况下,对典型泵控马达系统和基于ACFC的泵控马达系统开展对比实验。实验结果表明,所建立的损失模型可实现对泵控马达系统产热功率实时估计,估计精度达到±10%,验证了所建系统产热模型的正确性;在ACFC具有一定散热裕度的条件下,提出的热管理方法可使回路温度控制精度达到±0.5℃,并降低低压回路功率消耗24.7%~66.7%,使系统总传动效率提高0.9%~3.9%,有效验证了所提热管理方法的温控及节能性能。基于ACFC的热管理方法可为静液压驱动的工程及农业装备节能控制及热管理提供一种思路及方法。

基于无感FOC的一体式无刷电机控制驱动器的电路系统

针对无感方波控制时,存在控制精度低,电流采样误差大,低速启动性能较差等问题。设计了一种基于无感FOC的一体式无刷电机控制驱动器的电路系统。系统以TI公司的大电流栅极驱动器DRV8301为预驱核心,设计了数模耦合电路及高端电流采样电路,实现了控制器和驱动器的高度集成,减少了电流采样误差。经实验测试表明,所设计的电路系统能够实现FOC正弦波的稳定输出,持续输出功率可达上千瓦,实时电流监测误差不超过1%,具有体积小、高爆发、高精度控制、响应速度快等优点,可广泛用于工业自动化控制等领域。

基于PLC的双速电机运行控制电路改造设计

近年来,双速电机的使用逐渐加深,为提高双速电机运行稳定性,技术人员充分融合PLC技术,对控制电路进行改造,保障双速电机的安全运行。该文将以PLC技术下双速电机运行控制电路的改造为研究课题,展开论述双速电机的运行原理与电路改造过程。同时,不断总结双速电机控制电路的改造经验,完善继电控制系统,发挥系统功能,促进该领域的可持续发展。

混合动力电动汽车ISAD电机控制电路研究

设计了一种新型混合动力电动汽车的电机控制电路,控制电路由电机电压控制电路和PWM脉宽调制电路构成。电机电压控制电路由功率放大电路和H型双极驱动电路组成。以芯片UC3637为核心构成的PWM脉宽调制电路模块用来产生PWM脉冲;以IR2110对称构成的功率电路模块用来进行功率放大;以场效应管IRF640构成的H型双极驱动电路模块用来驱动电机。利用所设计的电机控制电路,进行了电机的线性度和助动转矩等性能试验。结果表明,完全满足混合动力电动汽车性能要求。