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。

IPMSM自适应超螺旋滑模永磁磁链观测器设计与研究

针对传统滑模磁链观测器(SMO)观测内置式永磁同步电机磁链容易受参数变化而出现观测误差的问题,以定子电流作为状态方程,构建一种自适应超螺旋滑模观测器(STA-SMO)。通过滑模等值理论对永磁磁链进行重构,实现永磁磁链的在线辨识,通过Lyapunov函数推导出定子电阻自适应律。结果表明:所设计的自适应STA-SMO相较于传统SMO,克服了电阻参数变化对磁链观测的影响,有效抑制了抖振,提高了辨识精度。

一种加速启动的IPMSM复合弱磁控制策略

针对内置式永磁同步电机在传统电压外环弱磁控制下,启动过程中弱磁控制生效慢的情况,提出一种前馈补偿与电压外环相结合的复合弱磁控制策略。根据电机的电压极限圆方程、转矩方程,求解得到不同工况下电压外环弱磁控制的理想稳定点,以该稳定点的直轴电流作为弱磁电流的前馈分量。给定参考转速和参考转矩,通过查表的方式得到前馈弱磁电流指令,再结合电压外环,得到最终的弱磁电流指令。通过仿真和实验验证该策略在能完成电机扩速需求的前提下,实现更快地启动。

基于NDF和Luenberger观测器的IPMSM弱磁控制

内置式永磁同步电机(IPMSM)传统电流PI调节器参数固定,无法根据实时工况调整参数,且参数调整难以兼顾系统的快速性和稳定性。设计第一重模糊控制器,利用模糊控制较强自适应性特点对电流PI调节器进行参数实时调整,提高系统鲁棒性和响应特性。IPMSM在高速弱磁区域易受饱和效应和交叉饱和效应的影响,交直轴电感非线性变化,系统控制性能下降。设计第二重模糊控制器,将电感参数变化转为矢量电流调节方法,提高系统弱磁控制性能。通过Luenberger观测器观测结果对电流环进行前馈修正,实现转速补偿并提高对扰动的响应速度,快速实现对扰动的平衡。仿真结果表明,上述策略能够有效提升IPMSM电感非线性变化和外部扰动下的弱磁控制性能。

IPMSM交、直轴电感特性有限元分析

内置式永磁同步电机(IPMSM),具有独特的弱磁扩速能力,恒功率调速范围较宽,广泛应用于新能源电动汽车中.电机良好的运行特性与其电感参数密切相关.从永磁同步电机矢量控制的角度,对电机的三相电感、互感与交轴、直轴电感之间变换进行理论分析,并在Maxwell 2D静磁场中,对电机绕组施加不同的电流激励进行有限元仿真分析,得到不同电流激励下直轴、交轴电感参数的分布,并对结果进行分析对比,为电机的优化设计分析提供依据.

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。

电动汽车IPMSM单电流调节器弱磁控制技术

针对电动汽车IPMSM在弱磁扩速时交直轴电流强耦合的问题,采用单电流调节器的弱磁控制方式,通过选择开关对最大转矩电流比(MTPA)控制方式和弱磁控制方式在不同运行状态下进行切换。在弱磁控制中直轴电压指令由直轴电流调节器获得,交轴电压指令则根据直轴电压值通过调节器直接给出。该方法能够对电机直流电压充分利用,使电机工作在最优工作点。建立该控制系统的Matlab/Simulink仿真模型,仿真结果分析证明该方法的可行性。最后搭建以英飞凌TC 1782为主控芯片的电动汽车驱动控制系统平台,对所提的控制策略的实际应用能力进行验证。

基于QP序列的IPMSM驱动系统优化电流求解法研究

提出一种基于二次型规划(QP)序列的内嵌式永磁同步电动机(IPMSM)控制系统的优化电流(保证电机运行损耗最小的d/q轴电流)的求解方法.首先,将IPMSM的效率优化建模为基于非线性约束的规划问题;然后,将非线约束的规划问题求解转化为线性约束的QP序列的求解.本文证明了QP序列解的收敛性、收敛值和IPMSM控制系统优化电流的近似同一性.仿真分析了该方法,其收敛度较快,且计算量较小,比较适用于IPMSM控制系统效率优的数字化控制.

基于高频信号注入的IPMSM无位置传感器控制策略

为了提高无位置传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)的低速运行性能,提出一种基于高频信号注入的转子位置鲁棒观测方法。采用注入脉振高频电压信号的方式,通过高频电流的幅值信息获取转子位置误差信号,对信号处理及数字滤波器设计进行分析。在此基础上,研究一种具有较强抗负载扰动能力的转子位置观测器,通过考虑负载扰动转矩动态特性,给出位置鲁棒观测器的理论设计方法,根据实际扰动转矩特点及位置观测期望误差,采用极点配置法设计反馈矩阵系数。通过IPMSM无位置传感器矢量控制系统进行了实验,结果验证了该控制策略的有效性。

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。

一种基于MTPA的IPMSM弱磁控制系统

内置式永磁同步电机,其速度运行范围与电机参数息息相关。本文从电机本身参数的角度出发,充分考虑电机实际运行的两个约束条件:电压极限椭圆和电流极限圆,对实验室电机进行分析,提出了一种基于MTPA的弱磁控制算法。在低速区,利用曲线拟合,解决了MTPA控制算法中d、q轴电流给定值无法获得解析解的问题,得到了不同转速要求时的交直轴电流给定值。在高速区,利用转矩的梯度和电压差对MTPA指令进行修正,对电机进行弱磁控制。理论、仿真和实验结果表明,在特定电机参数下,i_d=0的矢量控制无法使电机达到额定运行状态,而本文所提出的基于MTPA的弱磁算法,既满足了电机的额定运行状态,同时提高了电机的带载能力,拓宽了电机的调速范围。

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。

IPMSM驱动系统的实时效率优化控制方法研究

提出一种应用于内嵌式永磁同步电动机(IPMSM)驱动系统的实时效率优化控制方法,该方法在保证系统期望输出转矩的情况下能实时快速地计算使电机损耗最小的d/q轴电流(后称为优化电流)。为了达到该目的,首先分析IPMSM运行时的各种损耗,进而建立它的总损耗模型,并将电机的效率优化建模为具有约束条件(转矩约束、电流约束和电压约束)的优化问题;接着用优化理论中的Karush-Kuhn-Tucker条件导出优化电流所满足的方程;最后简化Newton方法并给出其优化电流的迭代求解公式。通过对几种优化电流求解方法进行对比分析,所提出的方法只需迭代求解一次即可使求得的优化电流近似解非常接近于其精确解。仿真基于效率优化控制的IPMSM驱动系统,实验结果显示该效率优化控制方法的可行性和有效性。

基于高频信号注入法的IPMSM转子位置估算

为了准确可靠地估算永磁同步电动机在低速及零速下的转子位置,提出了一种包含饱和凸极解耦的高频电压注入法。阐述了高频旋转电压注入法检测内嵌式永磁同步电动机转子位置的基本原理,建立了包含饱和凸极等多重凸极的内嵌式永磁同步电动机数学模型,分析了饱和凸极对转子位置估算精度和系统动态特性的影响,研究了饱和凸极的离线测量方法,在此基础上采用查表法解耦饱和凸极,实现了基于高频注入法的内嵌式永磁同步电动机转子位置估算。实验结果表明,所提出的方法在动态和稳态条件下均能有效抑制饱和凸极的影响,准确可靠地估算出转子位置,且对电机参数不敏感,鲁棒性较高。

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。

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。

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。

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。