基于滑模控制的永磁同步电动机DTC仿真研究

针对传统永磁同步电动机(PMSM)直接转矩控制(DTC)中转矩和磁链脉动大的问题,在转矩和磁链控制中引入超螺旋滑模变结构,并采用基于莱维飞行的改进粒子群(PSO)算法对其可调参数优化整定。为加快系统动态响应速度,采用速度滑模控制器代替传统PI调节器。使用Matlab/Simulink对引入滑模变结构的DTC系统进行了仿真研究,分别对空载和带载条件下的转速、转矩以及磁链进行分析。仿真结果表明,滑模变结构的引入可有效抑制转矩和磁链脉动,降低转速超调,缩短过渡时间。仿真研究有助于学生更好地理解与应用滑模理论,并增强学生理论结合实际与自主创新意识。

计及磁链和电流的PMSM DTC系统中功率器件键合线老化监测方法

在闭环控制系统中,基于电参数的功率器件老化监测方法是电力电子可靠性领域的难点之一。以永磁同步电机直接转矩控制系统为例,研究基于磁链相图和电流的功率逆变器中功率器件老化状态的在线监测方法。首先,分析功率器件老化的特征,得到键合线老化引起通态电阻增加的结论;其次,研究得到功率器件键合线老化与磁链相图、直轴电流和三相电流峰值变化的关系,进而提出功率器件键合线老化的监测方法;最后,通过多组仿真实验验证了基于磁链相图和电流的在线监测方法均可实现功率逆变器中功率器件键合线老化状态的在线监测。其中,基于磁链相图的在线监测方法需要系统磁链出现一些波动时才易观测,此时功率器件处于失效状态,该方法并不可取;而基于三相电流的监测方法能够更为精确地监测功率器件老化状况,效果更为优越。

无轴承异步电机SVM-DTC系统研究

针对无轴承异步电机这一多变量、非线性、强耦合的系统,采用空间电压矢量调制技术(SVM)与直接转矩控制(DTC)相结合的方法来控制无轴承异步电动机。阐述了无轴承异步电机的工作原理,给出无轴承异步电机的数学模型,将整个控制系统分为旋转控制系统模块和悬浮控制系统模块,旋转模块引入SVM方法,并详细给出了基于定子磁链矢量偏差法的无轴承异步电动机SVM-DTC的分析与实现过程;悬浮模块采用电流追踪型PWM逆变器控制的方法。实验和仿真结果表明:转矩波动显著减少,运行更加平稳,系统具有良好的动态和静态性能。

一种适合DTC应用的非线性正交反馈补偿磁链观测器

提出一种适合永磁同步电机直接转矩控制的非线性正交反馈补偿定子磁链观测器,从确保磁链和反电势正交的角度出发,保证电机在宽运行范围定子磁链观测的准确性,能有效解决传统磁链观测器存在的直流漂移、磁场饱和及电机极低速运行时磁链观测不准等问题。新型观测器结构简单,无需PI调节,没有非线性饱和限幅环节,对电机参数鲁棒性好,且易于工程实现。针对一台2kW永磁同步电机,采用数字信号处理器DSP对所提出的观测器进行了数字化实现。实验表明,该观测器能在宽速度范围内精确地估算电机定子磁链,实现永磁同步电机直接转矩控制系统的高性能控制。

基于十八扇区细分的含零矢量PMSM-DTC研究

针对含零矢量的永磁同步电机直接转矩控制(PMSM-DTC)系统,在磁链圆扇区分界线处弧段出现磁链畸变、幅值调节迟缓的问题,从电压矢量与磁链的数学关系入手,根据零矢量所特有性质,分析了有效矢量和零矢量对磁链调节的影响,阐述了出现该问题的根本原因,指出零矢量在扇区分界处应用的一些缺陷,提出一种部分区域替代零矢量的解决办法。该方法将磁链圆均分为18个扇区,通过选择最优电压矢量替代扇区分界处的零矢量,从而使该区域更具可调控性,使用了Matlab/Simulink建立了相应的仿真模型,最后对上述理论分析进行了实验验证。研究结果显示:该方案可有效改善磁链和转矩波形,为进一步研究提供了相应依据。

SVM-DTC控制的永磁同步伺服系统仿真

矢量控制永磁同步电机伺服系统稳态性能好,但转矩动态性能逊色。而传统直接转矩控制虽然动态响应迅速,但稳态转矩脉动大。因此,文中在永磁伺服系统中引入空间矢量调制的直接转矩控制策略,在保持快速动态响应的同时,利用空间矢量调制方法减小转矩脉动,并利用MATLAB软件对系统进行建模仿真,同时对比于矢量控制的伺服系统。结果证明基于空间矢量调制的直接转矩控制永磁同步电机伺服系统具有动态响应速度快,稳态控制精度高,对负载扰动鲁棒性好等优点。

基于参考磁链空间电压矢量调制策略的PMSM DTC系统

设计了基于参考磁链空间电压矢量调制策略的永磁同步电机直接转矩控制方案,用参考磁链控制器和空间电压矢量调制模块取代了常规直接转矩控制系统中的开关表和滞环控制器。仿真表明,与常规直接转矩控制相比较,基于参考磁链空间电压矢量调制策略的永磁同步电机直接转矩控制系统无常规DTC系统启动时的负向转矩问题,转矩和转速波动显著减少,运行更加平稳,具有更好的动、静态性能。

基于矩阵变换器供电的感应电机DTC系统仿真研究

对于矩阵变换器供电的电机系统,空间矢量调制法只能实现简单的开环VVVF控制且对输入电压抗干扰性能差。基于矩阵变换器开关状态的分析,把矩阵变换器视为直流母线电压为输入线电压的电压源逆变器,并通过仿真实验,验证了矩阵变换器供电的感应电机直接转矩控制系统的可行性。通过对矩阵变换器输入线电压为高、中、低3种情况下直接转矩控制转矩脉动的分析,得出了一种有效减小转矩脉动的控制方法。输入电压非正常下的仿真结果表明矩阵变换器供电的感应电机直接转矩控制系统对输入电压具有较强的鲁棒性。

基于模糊逻辑控制的永磁同步电动机SVM-DTC系统仿真

针对传统的永磁同步电动机SVM-DTC系统中采用的PI调节器对电机参数变化及外加干扰时鲁棒差等问题,在分析永磁同步电动机数学模型的基础上,提出了一种基于模糊控制的永磁同步电动机SVM-DTC系统方案,设计了一种带分离积分项的自适应模糊控制器,并替换了传统的SVM-DTC系统中的转速PI控制器、转矩PI控制器和磁链PI控制器,用MATLAB仿真软件建立了系统模型。仿真结果表明该系统设计正确,所设计的模糊控制器优于常规控制器,能有效减小系统磁链和转矩脉动,系统性能明显改善。

船舶电力推进系统VC与DTC调速控制策略建模与仿真研究

为研究不同永磁同步电机调速控制策略对船舶大功率推进电机调速性能的影响和在电力推进系统中的适用性,在推进电机及其螺旋桨负载数学模型的基础上,建立永磁同步电机矢量控制(VC)系统和直接转矩控制(DTC)系统。根据实船系统建立船舶电力推进系统并进行仿真,分析在船舶加速工况下2种控制策略的调速性能以及船舶电站的稳定性。仿真结果表明;2种控制策略都有很好的控制效果,在保证良好的调速性能同时,保持整个系统的稳定性,二者在船舶电力推进系统中都具有一定的适用性。

DTC与MPTC自适应切换的表贴式永磁同步电机控制策略

针对传统表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC)备选电压矢量数目多,计算负担较大等问题,将传统MPTC的7个备选电压矢量精简为1个由开关表输出的电压矢量和1个零电压矢量。仿真结果表明:该控制策略可有效减小转矩脉动和平均开关频率,消除了转速阶跃下的磁链脉动,并将MPTC的运算次数降低到2次或者0次,减少了系统的运算负担。为了进一步提升系统动态特性,提出根据系统状态将直接转矩控制(DTC)与MPTC自适应切换控制的策略。系统处于稳态时,采用基于开关表的MPTC;系统处于动态时,采用DTC。仿真结果表明:该策略结合了MPTC和DTC的优点,在保持控制效果的同时,提高了转矩动态响应,消除了动态下磁链脉动。

基于改进滑模策略永磁同步电机SVM-DTC控制

传统的永磁同步电机直接转矩控制采用双滞环结构,因而电机转矩和磁链脉动较大。SVM控制方法通过合成最合理的电压矢量对转矩和磁链作精确补偿,能够一定程度上降低二者的脉动,但传统SVM控制方法包含了转速和转矩两个PI调节器,两个调节器的参数设计比较复杂,且直接影响了电机性能。提出用快速终端滑模(FTSM)控制器来代替传统PI转速调节器,为了克服滑模带来的抖振,设计负载转矩观测器,并将观测值反馈至滑模控制器。仿真和实验结果表明所提控制方法改善了系统的动静态性能,抗干扰能力增强,同时SMC固有抖振现象得到有效抑制。

基于强跟踪滤波器的PMSM无速度传感器DTC策略

针对扩展卡尔曼滤波器(EKF)对模型误差鲁棒性差的问题,提出了基于强跟踪滤波器(STF)的永磁同步电机(PMSM)无速度传感器直接转矩控制(DTC)策略,该方法利用永磁同步电机定子坐标系下的非线性数学模型和强跟踪滤波技术建立了STF观测器,从而实现了对电机定子磁链、转速和转子位置的实时在线观测。仿真结果表明,STF观测器可以准确地观测出电机定子磁链和转速,同时与EKF观测器相比,该观测器对于系统参数摄动、外部干扰等系统模型失配具有更强的鲁棒性。

基于新型磁链观测器的PMSM SVM-DTC系统仿真

针对传统的电压型磁链观测器对电机参数变化及外加干扰时鲁棒差等问题,在分析永磁同步电动机数学模型的基础上,提出了一种基于新型定子磁链观测器的永磁同步电动机SVM-DTC控制策略。设计了参考磁链矢量计算模块和一种新的定子磁链观测器,并利用该观测器替换传统的SVM-DTC系统中的电压型定子磁链观测器。理论分析和仿真结果表明该系统设计正确,新磁链观测器能准确估测定子磁链,并能有效地抑制电机定子电感变化,新策略可以拓宽电机调速范围,并改善了系统稳态性能。

船舶永磁同步推进电动机的基于滑模变结构的SVM-DTC方法

为解决船舶电力推进系统在螺旋桨负载受到风浪干扰时的稳定性问题,采用永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)作为推进电动机,在空间矢量调制(Space Vector Modulation,SVM)方法和直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)方法的基础上,提出一种基于滑模变结构的SVM-DTC方法.通过Simulink搭建模型进行船舶工况仿真,对推进电动机的转速和电磁转矩进行分析.仿真结果表明采用滑模控制的船舶电力推进系统具有很好的静态、动态特性和鲁棒性.

基于离散空间矢量调制的永磁同步电机DTC方案

传统直接转矩控制方法具有转矩脉动大,开关频率不恒定等缺点。在叙述永磁同步电机传统直接转矩控制原理的基础上,详细分析了零电压矢量和非零电压矢量对转矩变化的影响,提出了一种基于离散空间矢量调制的新型直接转矩控制方法。该方法根据实时转矩误差和电机转子速度来选择电压矢量,仿真和实验结果表明基于离散空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制能够减小传统直接转矩控制中的转矩脉动,改善了控制系统性能。

基于PSCAD的双馈风力发电系统DTC策略研究

为了解决矢量控制对电机精确参数的依赖性,将直接转矩控制策略应用到双馈风力发电机系统中,根据转子磁链和电磁转矩滞环比较器的逻辑输出以及扇区编号,在预先设计的表格中得到最优开关矢量,并将该矢量作用于转子绕组,实现对电磁转矩和转子磁链幅值的快速控制。并且在电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了基于直接转矩控制的双馈风力发电系统,实现了最大风能捕获,满足了电网的无功需求。

基于电压矢量分析的模糊PMSM DTC研究

分析了永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统中电压矢量对磁链和转矩的影响,指出将磁链角度分区细化,可更好地发挥电压矢量的作用。根据电压矢量这一特性,以及PMSM DTC自身的特点,设计了一模糊逻辑控制器(FLC),将定子磁链误差、转矩误差和用于分区的磁链角度进行了合理的模糊分级,将其作为FLC的输入,通过模糊推理,以准确选择电压矢量,直接对电机进行控制。实验研究表明,这种基于电压矢量分析及PMSM本身特性建立的模糊DTC策略能获得优越的运行性能。

基于CNN的MPTC与DTC自适应切换的表贴式永磁同步电机控制策略

针对表贴式永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)计算复杂的问题,训练卷积神经网络(CNN)以替代MPTC实现电压矢量的选择。仿真结果表明基于CNN的MPTC稳态性能与传统MPTC基本相当,但由于稳态和动态数据不平衡,使得基于CNN的MPTC动态下磁链脉动较大。因此,提出根据系统状态将基于CNN的MPTC与直接转矩控制(DTC)自适应切换使用的策略。仿真结果表明,该策略在保证稳态控制性能的同时可以有效抑制动态下磁链脉动。

模糊调节电压矢量角度和幅值的SPMSM DTC系统

针对永磁同步电机直接转矩控制转矩和磁链脉动较大的问题,提出了模糊调节电压矢量角度与幅值表面式永磁同步电机模糊直接转矩控制系统,采用模糊控制器和空间矢量调制技术取代传统直接转矩控制系统的滞环比较器和开关表输出电压矢量。模糊控制器输入量为磁链和转矩误差,输出量为输出电压矢量的角度和幅值。基于电压矢量幅值和角度对磁链和转矩的变化影响规律设计了模糊控制规则表。为了进一步抑制转速为负时的转矩脉动,设计自适应模糊直接转矩控制系统。仿真结果表明:模糊调节电压矢量角度与幅值的直接转矩控制系统可实现四象限运行,电机系统运行良好,仅在转速为负时,转矩脉动略有增大。自适应模糊直接转矩控制系统运行效果良好,在四象限内均可较好抑制转矩和磁链脉动。