永磁同步电机转速滑模和电流预测组合式控制器运行性能分析

针对永磁同步电机（PMSM）矢量控制系统的速度环采用PI调节器不能很好地适应电机参数变化而导致控制效果不理想的问题，在电流预测控制 (CPC)增强抗干扰能力、提高鲁棒性的基础上，提出了一种滑模控制方法.该滑模与电流预测相结合的控制方法改善了永磁同步电机矢量控制系统的动态性能，实现了负载扰动时调速响应快且无超调控制，提高了系统对内部电阻变化的容忍度.仿真结果表明，采用该方法，系统的响应速度和稳定性均得到改善，转速响应从启动到稳定所用时间减小60%.     

航天器永磁同步电机容错式直接转矩控制

电机被广泛应用到航天器的各种关键机构，要求在故障发生时具有带故障运行能力.永磁电机相比于感应电机、磁阻电机具有高功率密度、高可靠性、高效率、低转矩脉动等优点，五相永磁电机相对于传统三相电机，由于相数的增加，电机具有更高的自由度，提升了电机的容错运行性能，具有更高的可靠性，适用于航天器等场合，但存在着绕组开路故障时转矩脉动大和谐波电流含量大的问题.针对此问题本文选用功率密度高且具有更好容错性能的五相永磁同步电机(PMSM)，提出一种改进的容错式直接转矩控制算法，通过对零序电流的抑制来减小开路故障时的转矩脉动和谐波电流.通过MATLAB/Simulink搭建了电机控制系统的仿真模型，验证了所提控制策略的正确性.     

基于电感特征的开关磁阻电机电流斩波控制策略

开关磁阻电机（SRM）运行在基速以下时常采用电流斩波控制（CCC），针对传统电流斩波控制中电流动态跟踪能力弱、换相区内转矩脉动大及功率器件开关频率不固定的问题，根据电感曲线的变化特征进行区间分段，提出一种基于参考电流补偿的电流斩波控制策略。在低电感区段内根据电机转速、负载的大小对参考电流进行补偿，提高相绕组在换相过程中的转矩输出能力和动态响应能力；在电感曲线的线性上升阶段，采用固定频率的脉冲宽度调制(PWM)波进行控制，使输出转矩更平滑。搭建三相12/8极开关磁阻电机仿真模型及硬件在环实验平台，考虑电机在不同转速、负载下的运行工况，选取转矩脉动指标进行对比。仿真与实验结果表明：所提控制策略能有效减小开关磁阻电机的转矩脉动，提高电机的运行性能。     

基于ESO的超局部无模型PMSM转速预测控制

针对永磁同步电机(PMSM)由于参数变化和外界干扰导致控制性能下降的问题, 提出了一种基于扩展状态观测器(ESO)的超局部无模型转速预测控制(MFSPC)方法, 并解决了数字系统中的一拍延迟问题。该方法仅利用速度环的输入和输出, 不考虑电机参数, 避免了因电机参数变化导致的模型失配。针对传统MFSPC方法参数调整多、工作量大、输出脉动大、抖振明显、抗干扰性和鲁棒性差的问题, 建立了ESO, 实时监测系统的总扰动, 并进行前馈补偿。利用ESO产生的转速预测, 解决了数字控制系统中的一拍延时问题, 并基于频域分析, 整定控制参数, 提高控制性能。实验结果分析表明:所提方法有较强的抗干扰性和鲁棒性, 能够稳定跟踪额定转速, 有较快的动态响应。      

飞机主动侧杆系统用双三相永磁同步电机的设计与转矩性能分析

针对主动侧杆系统的运行需求，本文设计了一款双三相永磁同步电机，介绍了该种电机的基本结构和优点，分析了极槽配合和裂比两大关键参数的设计方法，研究了在空间限制下电机尺寸设计策略，分析了关键参数对电机性能的影响，对比了参数变化时电机转矩、转矩脉动的变化趋势，研究了电机的优化方向和参数，确定了电机的结构尺寸、绕组分布等参数。通过仿真验证了理论设计的正确性。所设计的电机输出转矩符合设计需求，转距脉动较小，不会为操纵杆手柄带来震荡的问题。电机单余度工作情况下，仍然可以达到额定转距的输出需求，保证了系统的安全性。     

空间机械臂关节电流环预测控制研究

空间机械臂是空间在轨服务的重要执行机构，关节伺服控制性能在很大程度上影响着机械臂操控性能.电流环是关节多控制环嵌套结构的最内层，针对高性能关节伺服控制系统对电流环动态响应快、超调量小和参数鲁棒性强的要求，本文提出一种高阶形式的无差拍电流预测控制方法，仿真结果表明：相比PI调节器，该方法极大提升了系统带宽，可使电流环动态响应速度逼近数字控制系统中的理论上限；相比传统无差拍控制方法，该方法对于电机电阻与磁链参数变化具有更强的适应性，在参数失配的条件下具有更好的动态与稳态性能.     

基于最小铜耗和最大转矩的双三相永磁电机单相缺相折衷容错控制

多相电机缺相后仍具有额外的自由度与灵活性，可以在实现无扰运行的同时提高系统性能。传统容错控制策略或是最小化电机定子铜耗或是最大化转矩输出能力，无法同时兼顾电机驱动系统的运行效率与带载能力。为此，本文通过分析容错运行时不同控制方式下的容错性能，提出基于最小铜耗和最大转矩的折衷容错控制策略。为减少缺相前后控制框架的改变，基于正常解耦矢量控制实现对缺相电机的容错控制。通过在谐波平面注入特定的基波平面电流分量，实现了电机缺相后的无扰运行。为实现所提容错控制策略，额外引入权重系数权衡电机驱动系统产生的定子铜耗与转矩输出能力。通过分析权重系数对容错性能的影响，得出结论：相比最小铜耗控制方式，所提容错控制策略带载能力更强；相比最大转矩制方式，所提容错控制策略运行效率更高，即所提容错控制策略在提高带载能力的同时实现效率最优。最后，双三相永磁同步电机的实验验证了所提容错控制策略的准确性及有效性。     

基于电压空间矢量控制的卫星天线伺服系统

系统采用电压空间矢量控制的永磁同步电机作为伺服驱动电机,永磁无刷直流电机作为动量平衡电机构成卫星天线伺服驱动系统。伺服电机采用电流、速度和位置三环控制,实现了伺服电机的超稳速和超高精度的运行。平衡电机采用电流、速度和加速度三环控制,保证了平衡电机能够快速、精确地跟踪。由于采用电压空间矢量作图法与瞬时零矢量插入法相结合的控制策略,避免了空间矢量控制中的计算过程,实现了速度调节和转矩调节(电流调节)的解耦控制。     

PMSM 空间矢量控制系统与MATLAB仿真

阐述了永磁同步电机(PMSM)空间矢量PWM 控制系统的原理,分析了永磁同步电机空间矢量控制方式的优劣势。综述了电机相电流坐标变换矩阵的仿真模块实现方法,展示了电机磁场PARK 变换和PARK 逆变换等从数学方程到仿真语言的转换过程,用MATLAB对该系统的电流环和速度环进行了仿真。仿真结果显示,当速度环的仿真输入为210rad/s时,速度输出的过渡过程时间达到了0.017s,超调量为4%,动态性能良好,仿真效果较为理想。     

航天机电作动器中双三相永磁同步电机优化设计

谐波可以应用于多相电机的相电流和反电势中,以提高其输出转矩的能力,但这种增加只适用于谐波阶数低于七阶的情况。与五次谐波和七次谐波注入相比,三次谐波注入可以有效提高双三相永磁电机的输出转矩,且不会产生转矩脉动。本文对双三相电机相电流和反电势注入三次谐波提升输出转矩进行了理论分析。同时对驱动系统进行改进,将每套绕组的两个孤立中性点分别连接到电容器的不同中点上,为三次谐波电流提供流通路径,使两套绕组之间的电流达到平衡。并且提出了一种新的永磁体塑形方法,综合考虑定子齿槽效应、铁芯饱和以及齿尖、极间漏磁,并得到了最优的类正弦反电势。类正弦电流与类正弦反电势相互作用,电机的输出转矩提升了18.2%,且转矩脉动没有增加。最后通过有限元分析和样机实验验证了理论分析的正确性。     

大型控制力矩陀螺动力学精细建模与仿真

控制力矩陀螺（CMG,control moment gyro）系统存在多种误差与扰动,影响航天器的姿态控制精度.分析了大型单框架控制力矩陀螺（SGCMG,single gimbal control moment gyro）各主要组成部分的特性、误差及扰动,包括转子动静不平衡、转子轴的安装误差、轴承摩擦、转子电机特性、框架电机特性和谐波减速器特性.通过建立大型SGCMG的动力学精细模型并进行数学仿真,得到了大型SGCMG主要误差与扰动对其输出力矩的影响：在框架伺服系统加装谐波齿轮减速机构可以明显提高SGCMG输出力矩精度,同时也给框架带来高频谐振;转子动不平衡造成的扰动力矩是导致SGCMG在其力矩输出轴和框架轴方向产生输出力矩偏差的主要原因.     

永磁同步电动机大惯量负载的滑模变结构控制

当负载的转动惯量较大时,直接驱动式永磁同步电动机(PMSM, Permanent Magnet Synchronous Motor)系统在启动、停止或速度有变化的情况下,会产生很大的惯性转矩,从而对系统的控制性能产生影响.为了解决此类问题,采用了滑模变结构的控制方法.首先建立了PMSM的数学模型,同时考虑了摩擦对于系统的影响.在此基础上,设计了滑模变结构控制器,并运用Ansoft公司的Simplorer仿真系统对整个系统进行了仿真,对比例-积分(PI, Proportion-Integral)控制和滑模变结控制性能进行了比较.结果表明,滑模变结构控制方法能很好地适应大惯量负载控制系统.      

一种帆板驱动机构用永磁同步电机微步控制方法

根据磁场定向矢量控制原理,提出一种永磁同步电机微步驱动控制策略.通过保持定子电流矢量幅值不变并均匀改变定子电流矢量的位置,获得大小不变位置均匀变化的定子磁势,从而实现太阳帆板的对日定向.试验结果表明采用所提出的微步驱动控制方法实现了太阳帆板模拟负载的驱动性能,并得出设计过程中应综合考虑整机效率和帆板驱动速度稳定度因素来选取转矩电流给定的结论,也进一步证明了控制方法的有效性,可用于工程实际.     

太阳帆板驱动机构微振动建模及摩擦补偿研究

从太阳帆板驱动机构（SADA）微振动产生机理出发,考虑电机谐波力矩和导电环摩擦力矩对电机输出力矩的影响,建立以永磁同步电机（PMSM）为驱动源的闭环SADA模型及其与挠性负载耦合的动力学方程.通过拟合电机低速运行时导电环摩擦力矩随转速的变化曲线,利用非线性最小二乘法辨识摩擦模型静态参数,并在电机闭环反馈调节机制中引入摩擦补偿环节.通过对比和分析摩擦补偿前后电机控制量以及帆板转速输出的变化,仿真结果表明摩擦补偿在一定程度上消除了摩擦对SADA低速运行性能的影响,为降低SADA对超静卫星平台和高性能载荷的影响以及展开对其微振动优化和抑制提供依据.     

小波网络在直接转矩控制系统低速运行中的应用

针对传统的异步电动机直接转矩控制系统低速运行时存在较大转矩脉动的问题,详细分析了定子电阻变化对系统控制性能的影响,提出了基于小波网络的定子电阻辨识方法.将定子电流的误差和定子电流误差的变化量作为小波网络的输入,网络输出为定子电阻误差的动态估计值;综合应用递推正交最小二乘法与改进的Givens变换训练小波网络参数,利用小波网络良好的时频局部特性可以准确的观测出定子磁链和转矩,优化了逆变器的控制策略.仿真结果对比表明该方法可以有效得改善电动机的低速运行性能,优于采用BP(Backward Propagation)神经网络的方法.      

基于多轴同步控制的微尺度双向加载实验系统

针对目前微细成形中材料屈服、强化行为实验研究的不足,提出通过建立多轴同步控制的微尺度双向加载实验系统,实现超薄板在复杂加载路径下的性能表征测试。双向加载实验系统基于四轴独立驱动的硬件组成和上、下位机分布式控制策略,采用数字散斑测量（DIC）计算实验过程的应变。通过建立交流永磁同步电机（PMSM）控制模型,辨识了速度闭环控制参数。在非线性PID控制方法实现单轴位置闭环控制的基础上,基于虚拟主轴法实现了不同位移/载荷比例条件下的四轴同步运动。双向加载实验结果表明:同步控制精度满足位移小于等于0.02 mm、载荷小于等于0.05 kN的要求,可用于超薄板微尺度屈服和强化行为的实验研究。