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。     

基于自适应FIR算法的交流伺服系统前馈控制

永磁同步电机(PMSM)交流伺服控制系统中由于电子器件的开关引起相电流非正弦变化,经坐标变换得到的交直轴电流含有谐波成分,引起电流环振荡及电磁转矩脉动。在分析相电流与交直轴电流高次谐波关系,以及交直轴电流高次谐波对电磁转矩影响的基础上,提出了一种基于自适应FIR滤波器的交流伺服系统前馈控制策略,并在该方法的基础上提出了变步长因子算法,根据误差值改变步长因子,在提高滤波器收敛速度的同时减小超调。该算法与传统的一阶低通滤波器相比,相位不滞后,灵敏度更高,且系统稳定。改进后的控制策略有效地降低交直轴电流谐波,抑制电流环振荡及电磁转矩脉动,提高PMSM交流伺服控制系统稳定性及动态响应。通过仿真与试验证明了该方法的可行性。     

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。     

电动汽车牵引用永磁同步电机的场路联合仿真

基于Maxwell 2D和Simplorer联合仿真平台,以1台额定功率20 kW的电动汽车牵引用永磁同步电机为研究对象,建立考虑电机饱和问题和损耗影响的电机牵引系统仿真模型。通过分析恒转矩工作区间id=0控制与MTPA控制、高速运行区间id=0控制与弱磁控制的牵引特性,具体对比了电机的磁链、电流、转矩脉动、驱动效率等特性。通过试验测试,验证了仿真方法的正确性,为电动汽车牵引电机调速系统的控制仿真提供了参考。     

对转永磁同步电机模型预测控制

对转永磁同步电机(Antirotary PMSM)在采用矢量控制时,可等效为2个相同的电机串联,在同一个空间坐标系中控制。当负载突变时,两侧转子转速发生变化,由于PI调节速度较慢,两侧转子易发生失步现象,系统将不可控。为解决(Antirotary PMSM)的失步问题,选取对转电机在旋转坐标系下的d轴电流增量和q轴电流增量为状态变量,研究了适用于对转电机的模型预测控制,提出了对转电机的模型预测电流控制算法。该控制方法动态响应快,而且可以有效避免超调,具有良好的控制性能。仿真结果表明,模型预测控制比传统的PI调节器动态响应快,可以有效解决对转电机的失步问题。     

电力机车PMSM自适应模糊滑模控制

为研究牵引工况下电力机车永磁同步电机(PMSM)的转速控制精度,考虑轮轨接触不平顺及车体静载荷在轮对径向产生的未知时变负载转矩,建立了机车PMSM在dq坐标系下的数学模型。针对该耦合非线性系统中存在的负载转矩,设计非线性转矩观测器对其实际值进行估计,对观测误差采用自适应模糊逻辑系统进行逼近;为考察d轴电压过零跳变对转速控制及转矩观测性能的影响,在d轴电压控制器设计中引入Nussbaum函数,并依据Lyapunov稳定性理论,构造了基于转矩观测器的自适应模糊滑模控制器。理论分析及仿真结果表明,当转矩时变或d轴电压过零时,机车PMSM闭环转速控制系统跟踪误差一致有界,转矩观测误差收敛于0。     

基于电压电流混合模型的新型磁链观测器

针对传统磁链观测器存在的积分饱和及直流漂移等问题,提出一种改进的电压电流混合模型磁链观测器。通过对定子磁链观测器的理论分析,对传统电压模型积分方法进行改进并结合电流模型磁链观测器,提出了基于电压电流混合模型的磁链观测器,可以在全速范围内观测到精确的定子磁链,解决了在不同转速下,直流偏置、幅值衰减和相位偏移等问题。混合磁链观测器在中速区存在相位误差,引进补偿环节,对混合模型的输出结果进行相位补偿,降低了饱和效应引起的误差影响,提高了磁链观测器的动态性能。通过仿真对比,验证了改进混合模型磁链观测器在永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制中的可行性和优越性。     

具有效率优化计算的异步电动机自抗扰与滑模直接转矩控制

为了克服异步电动机直接转矩控制中转矩和电流脉动大等缺点,设计改进的自抗扰速度控制器取代传统的比例积分(PI)控制器。根据异步电动机的数学模型以及滑模变结构控制理论设计了一种基于转矩误差和磁链平方误差的新型滑模控制器。考虑电机运行过程中负载转矩未知问题,设计了一种基于Supertwisting算法的负载转矩观测器。Supertwisting定子磁链观测器的应用提高了观测精确度。通过效率优化计算得出稳态时最优定子磁链,并将其引入调速系统。仿真试验结果表明,该控制策略有效地减小了转矩和电流脉动,并且对外部扰动具有较强抑制作用,同时能够降低电机运行损耗,具有良好的动态和稳态性能。     

控制系统延迟对轴扭振的影响

控制系统中的轴扭振会引起系统控制量的振荡,加大机械传动装置磨损,甚至会导致传动轴断裂。在工业应用中,多采用陷波滤波器抑制轴扭振,而陷波频率的选取通常未考虑控制系统延迟因素。基于电机角速度增量、轴转矩增量和电机电磁转矩增量的相位图,分析了控制系统延迟对轴扭振频率的影响。仿真结果对分析结论给予了验证。     

基于超螺旋滑模变结构永磁同步电机的控制

根据αβ坐标系统的永磁同步电机数学模型,利用MATLAB/Simulink 仿真工具,搭建了传统直接转矩控制系统仿真模型。针对系统磁通与转矩的输出波动大的特点,基于超螺旋滑模变结构控制策略,在dq坐标系下,设计了磁链与转矩控制器,继而搭建仿真模型。在新的模型下,用转矩控制器与磁链控制器替换滞环比较器,得出了改进系统的电磁转矩与电机转速的响应曲线。通过对比传统直接转矩控制系统的曲线,结果表明改进后的系统电磁转矩曲线脉动显著减小,转速响应明显加快。     

基于模型参考自适应参数辨识的永磁同步电机电流预测控制

在永磁同步电机运行过程中,电机参数时变使得电流预测控制器的模型参数和实际电机参数不匹配,导致其控制性能下降。提出了基于模型参考自适应系统(MRAS)的改进电流预测控制方法,利用旋转坐标系下d、q轴电流方程作为参考模型,基于Popov超稳定理论构建永磁同步电机的电感和磁链在线辨识系统,将得到的辨识参数应用于电流预测控制模型中,实现控制模型参数的在线更新。分析与仿真结果表明该方法能够有效地提升在电机参数变化下的电流预测控制性能。     

带谐波抑制的新型异步电机无功补偿控制策略

针对由电容器和静态无功发生器组合而成的异步电机无功补偿装置仍然存在的谐波放大的问题,研究了相应的控制策略。首先,研究了基于多个二阶广义积分器的负载谐波电流准确提取算法;其次,在传统的d轴电网电压定向矢量控制的基础上,加入谐振控制器来控制脉宽调制并网变换器向电网输出的谐波电流,从而实现对电网谐波电流的抑制。构建系统的仿真模型,进行了仿真研究,仿真结果验证了谐波提取方法和控制策略的有效性。     

基于磁链辨识的无轴承薄片电机轴向振动抑制策略

为了进一步提高BPMSM的悬浮性能,提出了一种基于磁链辨识的BPMSM轴向振动抑制策略,通过转子磁链的变化来估测转子轴向偏移量,然后将轴向偏移量转化为d轴电流分量参考值i*d,通过对i*d的调节来改善薄片转子的轴向恢复力,实现对轴向振动的有效抑制,从而有效改善电机的悬浮性能。试验结果表明:所提出的轴向振动抑制策略能够对薄片转子轴向振动进行有效抑制,提高系统的抗干扰能力,系统的运行性能得到了有效改善。     

永磁同步电机变论域模糊直接转矩控制

直接转矩控制(DTC)相比矢量控制转矩响应快,能够很好地适应对转矩响应要求较高的应用场合。但常规DTC存在转矩脉动、磁链脉动大和谐波电流较大的缺点,可能导致更高的定子铜耗,从而降低驱动效率。针对这一问题,以DTC基本原理为出发点,提出一种用磁链和转矩模糊控制器代替传统滞环比较器的控制策略。常规模糊控制器可能会出现模糊规则不足或得不到充分应用的情况,导致模糊控制效果变差,针对这一不足在转矩环加入变论域模糊控制。使用MATLAB/Simulink对变论域模糊DTC系统进行仿真。仿真结果表明:该变论域模糊控制系统能够有效地抑制转矩脉动、磁链脉动和谐波电流。     

一种变频电机参数离线辨识方法的研究

传统电机参数辨识采用固定脉冲宽度调制(PWM)波占空比。该方法导致电流大小不可控,而辨识电流大小又直接影响辨识准确性。为此,提出新的参数离线辨识方法,采用恒电流辨识原理并检测电机相电流,控制辨识电流在给定值附近波动,解决了电机辨识电流不合适问题。设计了续流二极管和IGBT电压模型,d轴和q轴电感辨识都采用在270°而非0°进行辨识,以此提高了辨识精度。最后,在变频冰箱上进行验证并与原来数据进行对比。该方法很好地解决了冰箱电机带背压条件下,电机d、q轴电感辨识不准确、辨识时间长等问题,试验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

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。     

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。     

基于鲁棒模型的航空交流感应电机预测转矩控制

航空领域对驱动电机的动态、稳态及鲁棒性能提出了更为苛刻的要求。近年来,有限集模型预测控制（FCS-MPC）以其动态响应快、稳态性能好（同开关频率下）等诸多优点成为电机驱动领域的国际研究前沿。然而,预测模型依赖于电机参数,鲁棒性差。特别地,在感应电机的FCS-MPC中,模型失配引起电磁转矩预测误差,进而降低系统性能甚至导致系统失稳。针对此问题,提出了一种基于鲁棒模型的感应电机预测转矩控制。在定子电流预测方面,在传统开环模式的基础上,建立了闭环模式的定子电流预测方程,研究了其稳定性及参数设计方法。在定子磁链矢量预测方面,在传统电压模型预测法的基础上,建立了融合电压模型及电流模型的离散混合预测模型,基于比例积分调节器调节电压模型到电流模型的平滑切换。感应电机的电磁转矩则由闭环模式预测的定子电流和定子磁链计算得到。在一台2.2 kW感应电机实验平台上对本文提出的算法进行验证,实验结果证明了该方法的有效性。     

基于专家控制器的电动汽车感应电机弱磁区优化控制研究

由于感应电机驱动系统采用数字控制器和脉宽调制输出会伴随着数字延迟的问题,加之参数可能存在的扰动,使得传统的间接磁场定向控制方法在感应电机高速弱磁区的控制性能降低。针对此问题,提出了一种基于专家控制器和模糊推理机制的感应电机弱磁区优化控制策略。考虑到传统间接磁场定向控制中电流调节器在弱磁区若没有获得适合的电流参考指令,则可能会产生高频振荡乃至失稳。因此,在传统方法的基础上将转速闭环输出的电流参考先送入到专家控制器,专家控制器基于数据库和模糊推理,对电流参考进行修正,其中模糊推理机制基于简单的高斯函数逻辑实现。最后,构建了感应电机驱动试验平台,开展了电机在弱磁区的高速驱动试验,试验结果验证了新型控制策略的有效性。