电动车开关磁阻电机驱动和保护控制策略研究

传统开关磁阻电机(SRM)起动时采用电流斩波控制(CCC),中高速阶段采用角度位置控制(APC)对转速进行调节。但在电动车领域的SRM驱动控制中,通常采用基于脉宽调制(PWM)控制的方式来实现电机的开环调速。在传统SRM控制方式的基础上,提出了一种动态斩波的起动方式以及一种PWM控制与APC控制相结合的中高速运行的综合控制策略,可确保电机在不同负载下平稳起动、瞬间提速和稳定运行。与此同时,对控制器保护环节中最为关键的过流保护和堵转保护进行了设计,提升了整个驱动系统的可靠性。为了验证所提驱动控制策略和保护方法的可行性,在以STM32F103处理器为控制核心的控制器和1台12/8结构电动车SRM上进行了系统的试验。试验结果表明在该控制算法下,电机能够快速起动和稳定运行,且能检测到故障并及时保护,证明了该算法的正确性。     

基于SVPWM过调制的超前角弱磁控制永磁同步电机的策略研究

研究了电动车用内置式永磁同步电机的控制策略,提出了超前角弱磁控制与空间矢量脉宽调制(SVPWM)过调制结合的控制系统。超前角弱磁控制使用转速、电流和电压的3个闭环控制,电机端电压与直流侧电压组成电压控制环,产生电机弱磁的电流超前角直接给定交直轴电流。SVPWM过调制算法可以有效提高逆变器输出电压基波幅值,电机使用弱磁控制方式达到最大转速后使逆变器进入过调制状态,最大限度扩大转速范围。对该控制系统进行了仿真研究,仿真结果证明了理论分析的正确性和可行性。     

基于双三相永磁同步电机的EPS系统低速段无位置传感器控制

在双三相永磁同步电机(PMSM)电动助力转向(EPS)系统低速段无位置传感器冗余控制中,传统高频脉振电压注入法依赖于电机凸极效应,因而存在位置相关信号的信噪比很小的固有问题。从αβ两相静止坐标系提取高频电流响应信号,直接调制静止两相高频电流,使位置角估算只与直轴电感值相关。将该方法用于饱和凸极性较小的表贴式双三相PMSM。通过仿真和试验验证了所提方法的有效性和正确性。     

小功率低速直驱笼型异步电动机研究

从机电一体化的角度提出了小功率低速直驱笼型异步电机(LLDSM)额定电压的确定方法,研究了额定电压与最大转矩倍数和变频电源最大输出电压之间的关系。论述了LLDSM极数和槽数的选择原则,并仿真分析了不同极槽配合时气隙磁场的谐波含量。最后对制作的LLDSM进行了试验,测得电机转矩与电流和电压的关系曲线,并对试验数据进行了研究分析,验证了理论分析的正确性。     

基于基波电流观测器和旋转高频电压注入法的IPMSM无传感器控制

为了实现永磁同步电机低速段的高精度无传感器运行,系统地分析了绕组电阻和感应电动势、电流调节器、滤波器、电机暂态运行、注入高频电压的幅值与频率、多凸极效应、电流传感器精度以及A/D采样量化误差等因素对基于旋转高频电压注入法的低速无传感器控制方法转子位置估计精度的影响机理。在此基础上,提出了一种基于基波电流观测器和旋转高频电压注入法相结合的低速无传感器控制策略,消除了传统的无传感器控制方法中带通滤波器引起的转子位置估计误差,并降低了电机暂态运行引起的转子位置估计误差,有效地提高了低速无传感器控制方法的转子位置估计精度。仿真和实验结果表明,所提出的低速无传感器控制策略具有更高的转子位置估计精度和更宽的调速范围。     

针对直流母线电压跌落的永磁同步电机弱磁控制策略

针对车用永磁同步电机(PMSM)运行过程中直流母线电压跌落造成电机基速发生变化的问题,提出了一种根据直流母线电压实时调整PMSM直轴电流的弱磁控制方法。当电机母线电压低于给定转速所需要的母线电压,且电压极限椭圆与电流极限圆有交点时,通过判断电流调节器输出的电压综合矢量与实时直流母线电压,来调整电机直轴电流,从而维持恒定转速。根据所提控制方法搭建了基于MATLAB/Simulink的仿真模型,仿真结果验证了所提控制方法能够解决直流母线电压跌落带来的转速突变的问题。最后,在仿真的基础上搭建了试验平台,通过试验验证了该弱磁控制算法的有效性。     

导弹电动舵机伺服控制器的设计

在分析导弹电动舵机系统工作原理的基础上,采用了高性能数字信号处理器(DSP)和集PWM的功率驱动芯片SA60来实现四台他励直流有刷电机的集中控制.并运用位置环、转速环和电流环的三环控制算法,实现了新型全数字导弹电动舵机位置伺服功能.     

轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统建模及仿真研究

提出了一种新型结构的6/13极定子模块式轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)电机。该电机具有结构紧凑、转矩密度大、效率高和容错性能强等特点。分析了AFFSPM电机结构和工作原理,推导了AFFSPM电机的数学模型。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了AFFSPM电机控制系统仿真模型,分别对滑模速度控制和比例谐振控制的控制策略进行仿真研究,分析对比AFFSPM电机的转速、转矩和三相电流的波形。仿真结果表明,与比例谐振控制策略相比而言,滑模控制策略下该新型AFFSPM电机控制系统具有较好的静态和动态性能。     

基于二阶滑模算法的永磁电机直接转矩控制

针对传统直接转矩控制(DTC)方法低速控制精度差、转矩脉动大、开关频率不稳定等问题,提出了一种基于二阶滑模控制的永磁电机DTC方法。该控制方法基于二阶滑模控制原理,将传统磁链控制器与转矩控制器以滑模控制器替代,对空间电压进行矢量调制,提高了开关频率的稳定性,获得了良好的动态稳定性,改善了电机输出性能。仿真与试验结果表明,该控制方法能够有效减小电流脉动与转矩脉动,同时提高了控制系统的抗干扰能力,实现了电机的快速动态响应,具有较强的鲁棒性能。     

开关磁阻电机固定频率预测电流控制策略

针对开关磁阻电机(SRM)传统电流斩波控制(CCC)开关频率不固定、电流跟踪效果差的问题,提出了一种固定频率的无差拍预测电流控制(DPCC)算法。基于对SRM静态电磁特性的精确解析拟合,建立SRM离散预测模型。为了减小转矩脉动,利用无差拍理论实时计算下一时刻所需电压,实现对电机参考电流的精确跟踪。为进一步提高效率,采用新型转矩分配函数代替传统线性转矩分配函数。基于试验样机测试数据,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对所提出的算法进行仿真分析。仿真结果表明,所提出的固定频率DPCC方法相比传统CCC方法,具有更小的电流跟踪误差,并且能够有效减小SRM的转矩脉动,提高系统效率。     

基于有效磁链观测器的内置式永磁同步电机的无差拍直接转矩控制

为提高永磁同步电机驱动系统的性能,提出一种无速度传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)无差拍直接转矩控制方法。在建立电机离散化模型的基础上,导出了转矩与磁链的无差拍电压控制律。采用图形化辅助解析的方法,直观地表达了无差拍直接转矩控制电压矢量解的物理含义。将无差拍直接转矩控制与基于有效磁链观测器的速度估算方法相结合,实现了IPMSM的无速度传感器控制。仿真结果验证了该方法的有效性。     

一种内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的效率优化方法

提出了一种适用于内置式永磁同步电机(IPMSM)直接转矩控制驱动系统的效率优化方法。基于考虑铁心损耗的IPMSM模型,对电机损耗与运行转速、电磁转矩以及定子磁链三者之间的关系进行了研究分析。根据典型的IPMSM直接转矩控制不使用零电压矢量的特点,对电机功率损耗计算式进行了简化,推导得出在一定运行工况条件下IPMSM的效率最优定子磁链幅值。仿真结果验证了该方法不仅可以保持直接转矩控制动态响应的快速性,而且有效地提高了电机在稳态运行时的效率。     

表贴式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制

基于以电压矢量相角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相角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相角作为最优值,从而确定下一时刻施加的电压矢量。仿真结果表明:在电压矢量变角度预测下,SPMSM直接转矩控制系统运行良好,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,定子电流波形为正弦。研究了不同等分电压矢量相角选择区域方式下变角度预测控制系统的控制效果。综合考虑控制效果和计算负担,变角度预测控制下将相角选择区域四等分比较理想。     

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。     

同步磁阻电机直接转矩控制系统研究

鉴于矢量控制对电机参数依赖性强的问题,借鉴现有永磁同步电机数学模型及其直接转矩控制的相关理论,分析同步磁阻电机的数学模型,提出了同步磁阻电机的直接转矩控制方法,包括空间电压矢量的计算、磁链和转矩的滞环控制等;并基于位置信息的估算,设计了速度的闭环控制器。构建了系统的仿真模型,并对电机的稳态和动态性能进行了仿真分析。由仿真结果可知,所提方法设计的系统能够在较宽的转速范围内变速运行。     

一种大转矩外转子永磁轮毂电机驱动特性分析

提出一种大转矩外转子永磁轮毂电机,可用于纯电动机场摆渡车、机场大巴车、公交大巴车等。合理设计电机外转子的永磁磁极倾斜角,使电机相反电动势为只含有3次谐波的梯形波,线反电动势为正弦波,同时不降低电机的输出转矩。分析比较了采用不同矫顽力的磁钢对相反电动势的影响,兼顾转矩输出能力和电机调速范围后,选择了拥有合理矫顽力的永久磁钢。同时,搭建了基于SimplorerMaxwell软件的场路联合仿真平台,比较、分析了基于正弦波磁场定向控制策略和基于方波控制策略的电机驱动特性。虽然两种方法都能实现转矩控制,但磁场定向控制策略的转矩波动更小。     

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 kW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。     

基于降维负载转矩观测器的调速系统控制技术研究

针对高精度电动燃油调速系统在负载突变工作时燃油增压与燃油流量调节的稳定性问题,研究了前馈补偿控制策略,提出了一种基于降维负载转矩观测器的抗负载扰动控制方法。该方法实时对电动调速系统的同步电机输出转速与负载转矩进行观测,并将观测到的负载转矩补偿到同步电机交轴电流,实现闭环调速控制,从而避免了负载扰动影响系统输出转速,减小电动燃油泵对燃油的压力与流量的影响。仿真和试验结果表明,在快速加载与卸载实验条件下所提出的方法的正确性与可行性。     

基于非对称SVPWM的电动汽车五相永磁无刷电机容错控制

针对电动汽车用五相永磁无刷电机单相开路故障,提出了一种基于非对称空间矢量脉宽调制策略的故障容错控制方案。新型故障容错控制的设计分为两个部分,对五相永磁无刷电机驱动系统开路故障下的电压矢量关系进行了分析,然后对空间矢量调制算法进行改进,即在一个扇区中选择构成不对称波形的开关状态作为输出。该非对称空间矢量调制可以降低非故障相的电流谐波和降低转矩脉动。基于试验平台开展了试验研究,试验结果验证了新型容错控制可实现系统故障期间的低转矩脉动,且保持较好的动态性能。     

一种改进的直接转矩控制在舰炮拖动系统中的应用研究

传统直接转矩控制中,低速时磁链竹计模型偏差严重,转矩脉动较大。文中提山了对定子电压降反馈补偿的磁链修正模型以及离散空间矢量调制等改进方法。仿真结果说明,低速时磁链计算结果得到了较大改善,同时转矩脉动得到了较好的控制。