基于改进低通滤波的无传感器永磁同步电机矢量控制技术研究

转子位置角估算是无传感器永磁同步电动机(PMSM)矢量控制的关键,其精度直接影响控制系统的性能。基于磁链观测器的转子位置角估算方法简单易实现,但系统控制性能受磁链估算动态性能限制。为提高无传感器PMSM矢量控制系统的运行性能,对交换滤波与补偿顺序的改进低通算法进行了拓展性研究,通过MATLAB仿真验证了改进方法的可行性和有效性。     

一种改进的直接转矩控制算法

分析了转矩角与定转子磁链角速度及电机速度的关系,提出一种新的直接转矩控制算法.通过转矩角增量和定转子磁链的位置,计算出补偿转矩和定子磁链的参考电压矢量,基于空间矢量调制技术实现对逆变器电压状态的控制,改善了系统的性能.给出了仿真结果,证明了算法的合理性和有效性.     

转子磁链角在线校正的异步电机矢量控制系统研究与实现

为保证转子磁链定向准确,提出了一种在线校正转子磁链角的方法。通过检测空间电压矢量PWM中的零电压矢量期间相电流的变化量,计算得到转子磁链的准确角度,经调节器在线调节转差角频率大小,从而校正转子磁链角,达到了提高电机控制性能的目的。通过试验验证了理论的正确性和方法的有效性。     

基于6/8开关磁链永磁电机不同约束条件下的优化设计比较

比较研究了开关磁链永磁电机(SFPMM)在不同约束条件下的优化设计。以6/8 SFPMM为例,通过对电机参数的敏感度进行分析,将电机的参数进行逐一优化。比较了其在固定定子铜耗、固定电流、固定电流密度等不同约束条件下以及不同负载约束条件下的优化结果。通过对优化结果的转矩性能、永磁体体积、损耗和运行效率等进行评价和对比,得出该类电机优化设计中约束条件的选择方法。     

变磁阻可控磁通永磁游标电机电磁性能分析

为了兼顾永磁电机低速、大转矩特性和恒功率区的运行范围,提出一种变磁阻可控磁通永磁游标(RVFCPMV)电机。以1台三相22/2对极RVFCPMV电机为例,介绍了RVFCPMV电机的拓扑结构。基于气隙磁通密度的调制,揭示了该电机具有低速、大转矩特性的实质,突破在电枢绕组中通入直轴去磁电流分量的传统弱磁方式,提出一种利用铁磁材料非线性导磁特性,通过调节励磁电流进而改变磁路磁阻方式实现永磁电机弱磁升速的方法。通过有限元方法对RVFCPMV电机进行了计算和分析,验证了该电机基速以下的低速、大转矩输出特性和基速以上的弱磁调速能力。     

基于PWM控制的开关磁阻电机中低速无位置传感器控制方法

无位置传感器的中低速运行控制是开关磁阻电机研究的难点问题。为实现中低速阶段对转子位置的连续估计,提出一种基于PWM控制的无位置传感器方法。该方法将开通关断角所对应的参考信号与高频三角载波进行交截,并将得到的PWM信号作为不对称半桥功率变换器的开关管驱动信号。通过对PWM信号进行频谱分析可知,该PWM注入方式等效于注入载波频率的高频正弦信号。然后,对电流信号进行滤波及坐标变换处理,解算出连续的转子位置信息。针对电感曲线正弦度不高的问题,通过移相相减的方法消除二次谐波,简化了位置估计过程。该方法无需额外注入高频正弦信号,易于工程实现,并具备高频信号注入法的精度。最后针对一台12/8结构样机,进行了相应的仿真和实验,验证了该方法的可行性。     

开通角控制的无刷直流电机转矩脉动抑制新方法

在分析无刷直流电机的等效电路模型和换相过程的基础上,考虑了电磁时间常数和反电势对换相转矩的影响。通过导出换相时关断相电流下降到零的时间和开通相电流上升到最大的时间,分析高、低速运行状态下两者的关系,引入一个开通角的变量,通过控制开通相的开通时刻来抑制换相时的转矩脉动；并且考虑非理想的气隙磁密等因素对开通角进行修正。结合场路耦合的有限元进行仿真,结果表明此思路是可行的。     

混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机特性分析与试验研究

提出了一种适用于电动汽车驱动系统的E型铁心混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁(HEAFFSPM)电机。以一台三相6/10极电机为例,基于三维有限元方法全面研究该电机静态特性,包括气隙磁密、空载永磁磁链、空载反电动势、电磁转矩、转矩-电流特性、绕组电感和磁场调节能力等；研究转子齿扇形角度和转子斜极对电机反电动势和齿槽转矩的影响,分析表明转子齿扇形和转子斜极可以改善反电动势和齿槽转矩波形。制造了一台2 kW样机并对其进行测试,验证了有限元分析结果的准确性,结果表明HEAFFSPM电机的磁链和反电动势均为正弦分布,带载能力和磁场调节能力均较强。     

无电压限幅环节的无传感器永磁同步电机矢量控制技术

在电机高速弱磁或过载要求高的情况下,需要通过脉冲宽度调制(PWM)的过调制运行提高直流母线电压利用率。基于磁链观测的无传感器永磁同步电机矢量控制(磁场导向控制,FOC)技术具有算法简单、易实现等优点,但在过调制的情况下电压限幅环节会引起磁链观测及转子位置角估算误差。为提高PWM过调制情况下系统的控制性能,对传统的FOC控制框图进行了改进,省去了电压限幅环节并利用由占空比计算的实际电压对定子磁链进行估算。MATLAB仿真验证了改进方法的有效性。研究结果表明:该方法充分利用PWM调制自有的限幅特性,既能简化控制算法又能提高磁链观测精度,具有较好的技术经济性能。     

永磁同步电机转子初始位置角在线检测方法

针对现有永磁同步电机(PMSM)转子初始位置角辨识方法存在的缺点,研究PMSM数学模型,推导电机转子位置与电机绕组电感之间的数学关系。提出利用电机三相绕组静态电感值初步判断转子位置,并用变频器发送激励电压实现转子的极性判断,进而准确辨识出转子的初始位置角。检测过程中无需转子预定位,且电机转子处于机械锁定或自由停止状态下均可实现。试验结果证明所提方法检测精度高,能够满足PMSM矢量控制的需求,具有一定的推广应用价值。     

基于磁链重构的永磁同步电机分布参数模型

针对基于电感的永磁同步电机(PMSM)线性集中参数模型无法描述电机磁路饱和、反电动势非正弦等非理想特性的问题,提出一种基于磁链重构的PMSM分布参数模型,并进行了仿真和试验验证。首先通过有限元分析(FEA)获取电机不同工作点下的磁链,其次利用傅里叶级数展开和多项式拟合方法对磁链进行重构,再根据重构的磁链建立起PMSM分布参数模型,并进行了仿真和试验验证。仿真和试验结果表明,模型能准确描述PMSM在不同工况下的非线性特性。     

表贴式永磁同步电机有限集模型预测转矩控制成本函数研究

针对表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制系统,提出了一种均衡磁链控制和转矩控制的权重系数设计方法,将磁链控制和转矩控制转换为相对误差率的成本函数,从而无需权重系数设计。仿真结果验证以上2种成本函数运行效果良好,但前者对电机参数依赖性较强。由于上述2种成本函数均不含磁链约束项,转矩动态下磁链出现较大的脉动。因此提出了一种含磁链控制约束的成本函数,仿真结果表明,可有效消除磁链脉动。同时,还设计了使用磁链约束项代替磁链控制项的成本函数,但仿真结果表明,虽也可有效消除磁链脉动,但控制效果不及前3种成本函数。     

电动汽车空调无位置传感器的内置式永磁同步电机控制研究

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器的转子位置和速度估计的难点,提出了一种基于改进定子磁链观测器的转子位置、速度的估计方法。该方法结构简单,涉及电机参数少。通过引入有效磁链概念对IPMSM的电压方程进行等效变换,对两相静止坐标系下的反电动势进行积分。为了抑制反电动势的积分环节带来的积分饱和和直流漂移问题,设计了截止频率可以自动调节的低通滤波器来代替积分器。对于在低速时低通滤波器所带来的磁链幅值衰减和相位超前问题,利用饱和反馈对观测误差进行补偿。最后通过锁相环进行位置的估计。搭建了MATLAB/Simulink仿真平台。仿真表明:该方法能够实现对IPMSM全速度范围内的转子位置的高精度估计。     

基于模糊在线调整权重因子的三相六开关容错逆变器驱动异步电机FCSMPTC

为了进一步提高异步电机的控制性能,减小磁链和电流脉动,针对传统异步电机有限控制集模型预测转矩控制(FCSMPTC)中目标代价函数权重因子的配置问题,提出一种模糊在线调整权重因子的异步电机FCSMPTC方法。通过判断转矩和磁链误差,采用TakagiSugeno模糊控制方法实现对权重因子的动态调整,并给出了模糊论域和相应的模糊规则设计。同时考虑到三相异步电机驱动系统中逆变器开关故障给控制系统带来的影响,采用三相六开关容错控制策略对系统进行容错控制。仿真结果表明:该控制方法能够平滑磁链和电流输出,减小电流谐波。     

基于MRAS和磁链补偿的无速度传感器永磁直线同步电机直接推力控制

永磁直线同步电机(PMLSM)直接推力控制系统中的传统机械传感器在恶劣工况下难以准确获取控制系统反馈信息。将模型参考自适应算法应用到PMLSM,设计了基于模型参考自适应系统(MRAS)的无速度传感器直接推力控制系统,依据辨识得到的磁链位置重新构建了一种磁链观测器,对磁链进行补偿,减小了直接推力控制推力响应的波动。通过仿真,证明了基于MRAS和磁链补偿的无速度传感器PMLSM直接推力控制系统能够准确地辨识初级的速度和位置信息,得到了较好的动静态性能。     

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。     

基于最小二乘法和硬件在环平台的永磁同步电机参数辨识

针对永磁同步电机多个参数同时辨识时会出现欠秩的情况,介绍了在dq坐标系下采用最小二乘法将多个参数分开辨识的方法。在硬件在环平台上采用该方法对电阻、电感和磁链进行了辨识。最后进一步考虑到电阻和磁链受温度的影响较大,进行了考虑温升的电阻和磁链的辨识。经验证,该方法可以比较准确地辨识出电机参数。