计及开关频率优化的永磁同步电机模型预测转矩控制

为减小逆变器开关频率对永磁同步电机(PMSM)性能的影响,提出了一种计及开关频率优化的PMSM模型预测转矩控制(MPTC)方法。建立了电磁转矩及定子磁链数学模型,并在此基础上设计了MPTC全速域价值函数。在全速域价值函数中加入了逆变器开关频率的限制条件,以实现恒转矩区内最大转矩电流比、恒功率区内弱磁调速并计及开关频率最优化的控制效果。仿真结果证明了所提方案不仅具有较高的动态响应性能,而且有效降低了逆变器的开关频率。     

考虑效率最大化的新型感应电机转子磁链给定

为提高感应电机(IM)运行效率,在考虑铁损数学模型的基础上,给出了高低转速工况下的电压电流约束条件,将保证损耗最小的最优转子磁链给定转化为在约束条件下的目标函数求最小值问题。通过定义广义Lagrange函数,结合Kuhn-Tucker定理分别求解出恒转矩区和恒功率区约束条件下的最优转子磁链给定,保证IM在整个工作范围内的效率最大化。试验结果验证了该方法的有效性。     

基于Maxwell 2D的永磁辅助同步磁阻电机的参数化建模及分析

根据永磁辅助同步磁阻电机(PMASRM)复杂的结构特点,基于ANSYS Maxwell 2D软件平台,介绍参数化绘制几何模型的过程,并对结构参数进行优化设计。对恒转矩区间采用最大转矩电流比(MTPA)控制策略、恒功区间采取弱磁控制求解电机电压、电流、内功率因数角、转矩的具体步骤进行了详细说明,为同类电机设计提供了较为实用的分析手段。     

永磁同步电机电流控制策略比较分析

在电机控制中根据场合要求会采用不同的电流控制策略。对永磁同步电机的4种主要电流控制策略进行了分析并总结了各自的特点。主要针对最大转矩电流比(MTPA)控制、零直轴电流(id=0)控制、单位功率因数(cosφ=1)控制以及恒磁链控制方法,在转矩确定的情况下,对交直轴电流、定子电流及功率因数进行比较分析。按照不同控制方式在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型。4种不同控制方法的仿真试验表明:定子电流幅值从高至低依次为cosφ=1控制、恒磁链控制、id=0控制和MTPA控制；功率因数从高至低依次为cosφ=1控制、恒磁链控制、MTPA控制和id=0控制。最后对比分析了凸极系数不同时4种控制方法的电流和功率因数变化。     

内置式永磁同步电动机弱磁调速优化控制

从永磁同步电机(PMSM)的矢量控制出发,提出了一种PMSM弱磁优化控制方法。内置式永磁同步电机(IPMSM)相对表贴式永磁同步电机弱磁能力强,调速范围宽,以IPMSM为对象,对弱磁调速进行了仿真与优化。PMSM在基速以下采用最大转矩电流比的恒转矩控制,减小了电机损耗,提高了逆变器的效率,在基速以上采用恒功率调速。直轴电流去磁调速结合交轴电流去磁调速的弱磁控制方式,提高了PMSM的功率因数,扩展了调速范围。针对弱磁环节转速的波动问题,在传统PI控制上做出改进,提出了模糊自整定PI的控制方式,提高了PMSM弱磁调速的性能。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了该控制方法的可行性。     

永磁同步电机稳态短路试验

通过对永磁同步电机(PMSM)稳态短路工况中短路电流和短路转矩进行理论分析,得到了PMSM稳态短路电流和电磁转矩的解析表达式。结合二维有限元法对某型号180 kW PMSM短路工况下的短路电流和短路转矩进行仿真分析计算,确定PMSM在稳态短路试验时短路电流、短路转矩随电机转速的变化规律。采用1台PMSM进行三相稳态短路试验验证,记录了短路试验时不同转速下的短路电流和短路转矩。对试验结果与理论分析、仿真分析结果进行对比分析,验证了短路电流、短路转矩随转速的变化规律。     

同步磁阻电机定子电流最优控制

针对磁路饱和对同步磁阻电机运行特性的影响,提出了定子电流最优控制策略。通过有限元法对电感与电流的非线性关系进行拟合,并利用拟合结果得到最优定子电流随转矩变化的运行轨迹,以实现同步磁阻电机最大转矩电流比(MTPA)控制；同时对于交直轴电流环相互耦合的问题,提出磁路饱和补偿的电流环设计,以提高其动静态性能。仿真与试验结果验证了该方案的有效性。     

基于最大转矩电流比控制的永磁同步电机模型预测控制

由于永磁同步电机(PMSM)具有诸多优点,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)控制的永磁同步电机模型预测控制方法,使磁阻转矩利用率最大化。利用离散化的数字处理技术,深入研究了多个优化目标的典型问题,其中包括:开关状态约束、MTPA优化、最大电流限制及延时补偿策略等。MATLAB/Simulink仿真数据证明:该控制系统实现了MTPA控制并且动态响应过程十分迅速,而且显著提升了PMSM模型预测控制系统的工作效率,对电机参数产生的波动显示出较强的鲁棒性。     

准Z源逆变器驱动永磁同步电机的有限集模型预测控制

针对准Z源逆变器(qZSI)驱动永磁同步电机(PMSM)系统的特点,在两相静止坐标系下,提出一种有限集模型预测控制策略。由准Z源网络电容电压闭环与PMSM电磁功率前馈生成电感电流参考值,通过预测电感电流值并引入子代价函数来确定是否选择直通(ST)状态,以实现qZSI的升压控制。在非直通(NST)状态下,分别对8种开关状态下的PMSM定子电流进行预测,并与转速闭环控制生成的参考电流进行比较,选择最优的开关状态,以实现对PMSM的控制。仿真结果表明,所提控制策略可实现对qZSI的升压及PMSM转速的控制,系统具有良好的稳态及动态性能。     

永磁同步电机线性分段最大转矩电流比近似控制

在永磁同步电机(PMSM)数学模型和最大转矩电流比(MTPA)控制理论的基础上,分析了MTPA曲线的数学特性,表明MTPA曲线是等轴双曲线的左半支。根据该双曲线的特性,提出了一种线性分段MTPA近似控制算法。改变电机参数,计算MTPA真解与近似解之间的误差,验证该控制算法的可移植性。建立Simulink模型,进行仿真分析,对比查表法与MTPA近似控制算法的响应特性。仿真结果表明:线性分段MTPA近似控制算法具有良好的稳态和动态响应,可以较好地实现MTPA控制。     

永磁同步电机有限控制集模型预测转矩控制系统研究

建立了基于定子磁链xy坐标系的永磁同步电机(PMSM)有限控制集模型预测转矩控制(FCSMPTC)系统,仿真验证了系统的有效性和可行性。针对磁链和转矩预测模型较为复杂的问题,提出了磁链和转矩的简化预测模型。理论分析、仿真和试验结果验证了FCSMPTC的简化模型与常规模型控制效果相当,可明显减小计算负担,提高系统实时性能。将电压矢量幅值和角度作为FCSMPTC的控制变量,设计了变幅值变角度的备选电压矢量集合。仿真结果表明该备选电压矢量集合可有效减小稳态转矩脉动,但动态性能不及传统备选电压矢量集合。基于不同备选电压矢量的特点,提出了根据系统状态自适应动态变化的备选电压矢量策略。仿真结果表明,该控制策略在静动态下均可取得良好的控制性能。     

采用定子电流与扰动观测的永磁同步电机改进预测电流控制

提出了一种采用定子电流和扰动观测补偿的改进预测电流控制(PCC)算法。理论上永磁同步电机PCC具有优异的控制性能,但现实系统中离散采样延时与电磁参数时变等问题使得原理上基于模型的预测电流控制器的控制品质严重恶化。设计了龙伯格(Luenberger)状态观测器实现对定子电流与参数扰动的观测,并应用于补偿和改进经典的无差拍预测电流控制器。将观测到的当前时刻的定子电流替代当前时刻的采样电流用于反馈控制,以补偿采样延时;运行过程中电磁参数的变化使得模型参数失配,其影响以电压扰动的形式被观测出来,并补偿到预测控制输出的电压指令中。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。     

基于模糊控制的永磁同步电机直接转矩控制

设计了基于模糊控制的永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统,采用模糊控制器取代了传统DTC系统中的磁链和转矩滞环比较器及开关表。仿真结果表明:模糊控制PMSM DTC系统运行良好,可实现四象限运行,与传统开关表相比,可有效减小转矩脉动和平均开关频率。研究了转矩误差论域和零电压矢量对模糊控制性能的影响,并基于转矩角对电压矢量作用的影响规律,提出了考虑转矩角的PMSM模糊直接转矩控制。仿真结果表明:在转矩角较大时,考虑转矩角的PMSM模糊DTC系统可有效减小转矩和磁链脉动,改善控制性能。     

永磁同步电机有限集模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测直接转矩控制(DTC)转矩脉动大、功率元件开关频率不恒定等问题,将两电平逆变器的8个电压空间矢量作为有限控制集,应用到PMSM DTC中。设计考虑转矩误差、最大转矩电流比及电流约束的成本函数,利用成本函数来估算有限集合中各电压矢量的占空比,从而求得逆变器的最优电压矢量作为系统控制量。与传统模型预测控制方法相比,该方法的电流谐波和转矩脉动显著降低,且转矩动态性能也得到改善。仿真试验结果验证了所提出的控制方案有效性。     

基于级联型SOGI的永磁同步电机谐波电流抑制方法研究

伺服驱动器由于具有很强的非线性,导致永磁同步电机(PMSM)的定子电流中含有大量的高次谐波并且引发较大的转矩脉动。针对这一问题,提出基于级联型二阶广义积分器(SOGI)的谐波抑制方法,将级联型SOGI与电流环d、q轴的PI控制器并联,利用级联型SOGI提取d、q轴电流中的6次谐波分量,并将其注入到PI控制器的输出电压中,从而抵消参考电压中的谐波。仿真结果表明:采用基于级联型SOGI的电压补偿法进行谐波抑制,电流波形的畸变得到了明显改善,证明了所提算法的有效性。     

表贴式永磁同步电机直接转矩控制变幅值预测控制研究

基于以电压矢量幅值为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)磁链和转矩方程,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量幅值的下一时刻磁链和转矩值,选择使磁链和转矩误差目标函数最小的电压矢量幅值作为最优值,从而确定下一时刻施加的电压矢量。仿真结果表明:在电压矢量变幅值预测下,SPMSM直接转矩控制(DTC)系统运行良好,定子磁链轨迹为理想圆,磁链和转矩均符合控制要求,转速跟踪良好,定子电流波形正弦。预测控制需要从备选电压矢量幅值集合中选择最优幅值。理论上,备选电压矢量幅值个数越多,系统优化效果越好,但也带来更大的计算负担。研究了9种等分电压矢量情况下变幅值预测控制系统的控制效果。根据控制效果和计算负担,提出变幅值预测控制将电压矢量幅值三等分较为理想。     

一种基于开关次数最小的含零电压矢量永磁同步电机直接转矩控制开关表

介绍了永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)理论,研究了零电压矢量的作用。基于开关次数最小提出了选择零电压矢量的策略,给出了一种新型含零电压矢量开关表。仿真结果表明使用新型开关表PMSM DTC系统能正常驱动。与传统开关表相比,使用新型开关表DTC系统开关次数降低了近56%,进而降低了开关损耗。     

基于精确反馈线性化控制的永磁同步电机低速运行特性研究

针对永磁同步电机(PMSM)低速运行时的速度跟踪精度差,使用输入输出精确反馈线性化控制,以探索高精度的PMSM低速运行控制特性。为了获取更好的精确控制性能,首先采用微分同胚变换和反馈线性化理论得到PMSM的输入输出精确反馈线性化的解耦模型,然后基于其解耦模型,实现了PMSM低速运行时的精确控制。仿真和试验结果表明:该方法能够快速跟踪负载转矩和指令速度,具有过冲小、静态误差小、鲁棒性强、控制精确性高等优点。