基于模型预测策略的永磁同步电机最大转矩电流比控制优化

针对当前在采用最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)控制策略的永磁同步电机双闭环矢量控制系统中,因外在负载或电机转矩突变,造成电流调节器因积分饱和而导致电机实际定子交-直轴电流无法快速跟踪给定的MTPA电流问题,提出一种基于模型预测控制原理的两矢量模型预测控制策略,来取代传统双闭环电机控制系统中的电流内环调节器。在分析永磁同步电机MTPA控制原理、电流内环调节器饱和原因的基础上,利用模型预测控制的非线性约束处理能力在每个采样周期内通过两电压矢量模型预测控制策略,获得更加准确的电压矢量。实现系统实时动态跟踪永磁同步电机MTPA轨迹的目标。仿真和实验结果表明,该控制策略在电机给定转矩或外在负载转矩突变情况下可实时跟踪MTPA给定电流的变化,电机定子电流未出现较大波动。     

轴向磁场磁通切换永磁电机矢量控制

为了研究轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)电机在恒转矩和恒功率区域的运行性能,分析了AFFSPM电机的结构特征,推导了AFFSPM电机的数学模型.基于矢量控制建立了AFFSPM电机的驱动系统.在恒转矩区域,采用了最大转矩电流比(MTPA)控制策略,并与id=0控制进行了对比;在恒功率区域,采用了一种基于电感补偿且保持q轴反电势不变的弱磁控制策略,并与普通弱磁控制进行了对比.仿真与实验结果表明,MTPA控制可以减小AFFSPM电机的铜耗.基于电感补偿的弱磁控制可以拓宽AFFSPM电机的恒功率运行范围,提高了AFFSPM电机运行性能,且AFFSPM电机轴向长度短、转子结构简单,因此比较适合用作电动汽车轮毂电机.     

基于电流斜率的开关磁阻电机转矩脉动研究

针对开关磁阻电机中低速运行时存在转矩脉动较大的问题,提出了一种固定开关频率的电流预测控制策略,以提高电流动态跟踪能力,实现电机恒转速控制.根据电磁关系估算当前控制周期内绕组施加正压、负压和零压时电流斜率,预测当前周期电压占空比,实现对绕组电流的精确控制.仿真与实验结果验证该电流预测控制策略的可行性,表明该方法具有较快的动态响应性能,在低速情况下能很好跟踪参考电流,较好地抑制了电机的转矩脉动和电磁噪声.     

基于改进自适应扰动观测的最大转矩电流比控制

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)的最大转矩电流比控制(MTPA)受电机参数变化影响的问题,提出一种改进的自适应扰动观测的MTPA控制策略.该方法以定子电流矢量角作为扰动量,比较控制系统前后两个时刻的电流幅值大小,确定搜索方向.将自适应PI控制融入扰动观测法中,跟踪系统随机选择相应的扰动步长,解决动稳态性能,提高精度和系统运行效率,克服传统MTPA控制方法对电机参数依赖性、提高系统整体效率优化和电流矢量角搜索精度.考虑外界因素对电感和磁链等参数变化的影响,得到内置式永磁电机(IPMSM)dq轴下最优电流矢量角.仿真和试验结果表明,所提方法具有一定的有效性.     

电动汽车永磁同步电机制动能量回收研究

采用内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)对电动汽车进行制动能量回收研究. 首先结合电机驱动与制动原理,提出应用于矢量控制技术中的最大转矩电流比控制策略(maximum torque per ampere,MTPA)、恒转矩弱磁控制策略、恒功率弱磁控制策略. 进而分析了电机在采用MTPA控制下的输入功率特性,求出最大回馈功率转矩线,并制定出合理的再生制动方法. 再结合电动汽车几种典型的制动力分配策略,提出采用最大化制动力分配策略. 最后在Simulink环境下搭建了整车模型对所提出的制动分配策略进行仿真,仿真结果验证了所采用的制动分配策略的有效性.     

基于预测自适应的永磁同步电机无传感器控制

针对传统永磁同步电机无传感器控制动态性能差和转速信号观测精度低的问题,设计了新型永磁同步电机无传感器控制方法.文章采用在线梯度下降法设计二阶线性扩张状态观测器,该二阶线性扩张状态观测器能够在永磁同步电机负载扰动或转速突变情况下准确快速对电机转速实时估计;同时将预测自适应滑模控制系统应用于转速环节,通过预测自适应估计永磁同步电机扰动变化量进行实时电流补偿.仿真结果表明:二阶线性扩张状态观测器能够对转速准确快速实时估计,且抗干扰能力强;预测自适应滑模控制策略有效缩短电机速度响应时间,显著削弱电机转速、电磁转矩的抖振,表现出良好的动态性和鲁棒性.     

开关磁阻电机转矩分配策略的优化

转矩分配策略是近年来开关磁阻电机(SRM)转矩控制中比较流行的一种控制策略,旨在通过合理的分配电磁转矩,达到平稳换相、减小转矩脉动的目的.SRM的非线性特性使得固定形状的转矩分配函数(TSF)无法在整个转速范围内既能抑制脉动,也能保持高效率.文章提出了一种基于常规转矩分配策略的以转矩/安培比最大化为目标的优化方案,在允许的转矩误差范围内在线调整电机的开关角度,保证输出转矩的前提下降低绕组中通过的相电流.在Matlab/Simulink软件中分别建立了常规转矩分配方案和优化方案的直接瞬时转矩控制系统模型.比较分析仿真结果得出,优化后的转矩分配方案在保证合理分配电磁转矩的同时,提高了SRM的效率.     

双电机同步连轴转矩均衡控制策略

针对2台无刷直流电机同步连轴存在强制同速、转矩耦合以及参数漂移等问题,提出一种基于模糊控制的转矩均衡控制策略。构造速度和转矩双闭环均衡控制系统,同时满足系统的速度给定跟踪与转矩均衡控制。在速度控制环,给定转速与无刷直流电机反馈转速的转速差经过转速调节器,得到统一的转矩指令;2台电机反馈转矩与给定转矩分别进行比较,转矩差进入转矩调节器,构成2个转矩闭环,快速跟随转矩指令。在Matlab/Simulink环境下,建立双电机同步连轴转矩均衡控制系统仿真模型,仿真对比了电机在参数一致和异常2种状况下直接转矩控制和模糊控制2种方案的结果,验证了所提控制策略的有效性。     

内置式永磁同步电机最大转矩电流比控制及仿真研究

针对内置式永磁同步电机(IPMSM,Interior Permanent Magnet Synchronous Motor),在转子同步旋转坐标系下的数学模型进行了分析,提出了一种最大转矩电流比(MTPA,maximum torque per ampere)控制策略,以减小逆变器容量,同时采用SVPWM算法以减小转矩脉动。最后在MATLAB/Simulink环境下分别采用MTPA控制和id=0控制,对两种方法进行仿真并比较,仿真结果验证了所采用算法的有效性。     

无刷直流电机换相转矩脉动分析及抑制

为了减小无刷直流电机(BLDCM)的转矩脉动,提出了一种基于电流预测控制的换相电磁转矩脉动抑制方法.分析了换相过程中永磁无刷直流电机关断相电流与开通相电流变化趋势,通过计算得到电磁转矩的解析表达式,将电机运行区分为高速区和低速区,分别得到电磁转矩脉动曲线.基于预测控制理论,将定子电流的预测控制分为预测模型的建立、反馈校正和滚动优化3个步骤,以控制非换相相电流的恒定为目标,实现对换相电磁转矩脉动的抑制.仿真和实验结果表明:采用定子电流预测后,无刷直流电机换相转矩脉动得到了显著抑制.     

一种抑制无刷直流电机转矩脉动的调制方法

针对无刷直流电机存在较严重的转矩脉动问题,提出在换相区采用三相绕组共同调制方法来减小换相转矩脉动;在导通区,采用滞环比较原理实现对电机转矩、磁链的跟踪控制,从而消除非换相转矩脉动。在电机转矩与输入能量之间建立联系,按照单周期控制思想,使系统能够准确控制输入能量,进而准确控制电机转矩。仿真和实验结果表明,相比于传统的控制方法,采用转矩脉动抑制方法,在换相区和导通区内的电流和电磁转矩波形都更平稳。并且当电机转速变化时,采用传统控制方法得到的电流和电磁转矩会产生波动;而采用脉动抑制方法时,电机转速变化对绕组电流的影响不大,电机能够相对稳定地输出电磁转矩,验证了文中理论分析的正确性和有效性。     

基于滑模变结构的PMSM的直接转矩控制

分析了永磁同步电机(PMSM)数学模型,设计了一种新颖的基于空间矢量脉宽调制技术的直接转矩控制(SVM-DTC)系统.利用两个PI控制器分别调节磁链和转矩实现对电机空间矢量中转矩和磁链2分量的解耦,同时,采用基于转子位置和定子电流的定子磁链估算方法观测定子磁链,并设计滑模变结构无速度传感器来估算转子位置.仿真与实验结果表明,所提出的方法能有效地估算定子磁链与转速,减小电磁转矩和定子磁链脉动,从而使系统具有很好的动、静性能.     

电动汽车用感应电机弱磁区电磁转矩最大化控制

针对弱磁区内传统的直接转矩控制方法存在转矩输出不足,受电机参数影响较大的问题,提出了一种弱磁区内感应电机转矩最大化保持方法.该方法通过建立弱磁区内电压限制方程和电流限制方程,并在弱磁区Ⅰ内采用将电压限制区和电流限制区结合取交集的办法,求解并得到参考电流矢量、电磁转矩表达式.然后,在弱磁区Ⅱ内利用电压限制区方程和转矩方程联合求解,并取保持电磁转矩最大时的参考电流矢量.该方法可在全速范围内替代传统直接转矩控制下的弱磁区内转矩调节方案.仿真及实验结果表明,所提方法较传统控制策略有21%的电磁转矩提升,对电动汽车用感应电机而言,还能有效利用电池电压,具有重要的实用价值.     

纯电动汽车永磁同步电机驱动控制

以纯电动汽车采用的内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor, IPMSM)为研究对象,在提高电机的运行效率、扩宽转速范围的同时,又能在复杂工况中的提升响应速度并改善行驶舒适性的问题。首先建立IPMSM的数学模型,提出低速时采取最大转矩电流比 （maximum torque per ampere, MTPA）控制,中高速时采用弱磁（flux weakening, FW）控制的全速域电流控制策略,并分析得到各个控制求解的数学模型。然后对IPMSM数学模型进行离散化处理,得到状态空间方程,以此为基础设计模型预测控制 (model predictive control , MPC)的转速控制器和无差拍预测控制（deadbeat predictive control,DPC）的电流控制器。最后在Matlab/Simulink中搭建IPMSM的仿真模型,验证整个控制策略的有效性与可靠性。     

基于IP控制和扩展卡尔曼滤波的PMSM转速控制

为实现永磁同步电机(PMSM)的无速度传感器转速控制,提出一种基于积分比例(IP)转速控制和扩展卡尔曼滤波(EKF)转速估计的PMSM调速控制策略.以αβ坐标系下定子电压和电流为观测量,采用EKF算法对电机转速和转子位置进行实时预测和最优估计.估计转速作为反馈项与给定转速比较,所得误差值作为IP控制器的输入,对q轴电流分量进行控制,实现PMSM无传感器速度控制.针对不同电机转速和多种负载状态进行大量仿真研究,实验结果表明,该转速控制策略抗负载扰动能力强、超调量小.     

基于纯电量计算的新型异步电动机转矩计算方法

提出了一种基于纯电量计算的异步电动机转矩的新方法.根据异步电动机数学模型及功率流程,建立了电机转矩与电磁功率、定子频率的关系表达式,进而实现了只需检测电机定子电压、电流、转速及功率因数即可准确辨识出异步电动机瞬时输出转矩的目标.仿真和实验结果证明了该方法的正确性和有效性.     

基于预测电流控制的BLDCM转矩控制

为降低无刷直流电动机控制系统的转矩脉动,提出两种基于预测电流控制的电机转矩控制方法.首先根据梯形反电动势特性,通过扩展的派克变换,得到电机转矩与其中一个坐标轴上的电流分量成正比,使得转矩控制等效于电流控制;然后通过对无刷直流电动机数学模型的分析,实时预测电机在不同电压矢量作用时的下一控制周期的电流,通过选择使下一时刻电流与目标电流之间差的绝对值最小的电压矢量施加于电机上,实现了基于120°导通模式的预测电流控制及混合导通模式的预测电流控制.经过实例仿真表明,两种控制方法均能有效地实现对电流、转速控制,并且具有快速的转矩响应和较小转矩脉动.     

永磁超环面电机模糊终端滑模的直接转矩控制

根据永磁超环面电机的结构特性和运行原理,推导了其结构参数和运动参数对电磁参数影响的表达式,建立了永磁超环面电机的数学模型并应用状态空间法进行了动态特性分析。针对该电机电磁转矩和输出转速的周期性波动,在转速环中通过模糊控制规则得到其结构参数与运动参数的增量以调节终端滑模控制器参数。为了提高永磁超环面电机的响应速度,应用直接转矩控制在转矩环和磁链环中设计了supertwisting滑模控制器,并结合空间矢量调制对永磁超环面电机进行控制。仿真实验表明:此控制策略有效地提高了永磁超环面电机的响应速度,减小了输出转速和电磁转矩的波动,得到了良好的控制效果。     

电动特种车辆超低速电机控制策略

为满足机场地面电动特种车辆超低速行驶的特殊工况要求,以内置永磁同步电机作为研究对象,对传统以转矩为控制目标的矢量控制策略加以改进,提出一种基于恒转速控制下结合电压前馈补偿的双闭环模糊控制策略,运用Simulink搭建双闭环模糊矢量仿真模型,并对样车平台实车测试.仿真结果与实验数据表明,改进控制策略在超低速工况下可有效提高电机转速响应速度与稳定性;减弱电流波动与峰值电流;提高扰动情况下的转矩输出能力与稳定性.     

永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真

基于永磁同步电机具有多变量、非线性的复杂特性,为研究需要,对其物理模型进行简化,建立了电机的数学模型及其基本方程.在矢量控制众多方法中采用最为简单的使直轴电流id=0方法进行研究,得到了基于转子磁场定向矢量控制下的电机电磁转矩方程.在Matlab/Simulink搭建整个系统仿真模型、转速和电流控制模块,并对这些模块进...