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。     

基于q轴电流的高频三角波注入的PMSM无传感器控制

转子初始位置的测定与永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,简称PMSM)性能密切相关.在传统高频脉振三角波注入法基础上,结合傅里叶分解及电路叠加定理,提出q轴电流化简法.设计调制信号,将此调制信号与q轴电流信号相乘得位置误差信号,以跟踪转子位置.向转子初始位置的两方向注入高频脉冲信号,以判定磁极极性.仿真结果表明:相对于传统高频脉振三角波注入法,q轴电流化简法的转子位置角误差、转速误差更小,能对永磁同步电机实现无传感器的可靠控制.     

一种新型的基于高频电压注入的永磁同步电机转子位置观测方法

提出了一种简单但有效的永磁同步电机转子位置观测的新方法.该方法通过在电机定子绕组中注入高频电压,利用电机的凸极效应,通过对电机绕组端电流的处理计算,准确地估算出电机的转子位置.还提出了在电机静止状态下检测转子初始位置的新方法.仿真结果显示了所用方法的有效性和可行性.     

一种新型的永磁电机转子位置估计方法

利用脉振高频电压信号注入法来估计永磁电机（PMSM）转子位置时,由于无法辨识转子N/S极,就存在着位置估算可能相反的问题。本文利用电机磁场的饱和效应,提出了一种新型转子位置辨识方法。通过分析包含转子位置误差信息的二次高频电流分量,完成转子永磁体极性的判别,从而准确辨识出转子位置。在凸极式永磁电机实验平台上进行了转子位置估计实验,实验结果验证了该方法的有效性。     

永磁同步电机电流预测控制鲁棒性研究

电机矢量控制中电流环带宽决定系统的动态品质,基于电流预测控制的永磁同步电机以其动态响应快、电流纹波小等特点备受关注,但此方法依赖于电机准确的模型。本文设计了一种扩张观测器在线观测系统扰动,并对dq轴的给定电压进行补偿,从而提高算法对电机参数变化的鲁棒性。通过2.1 kW表贴式永磁同步电机实验验证,结果表明,所设计的算法对电机参数变化具有很好的控制鲁棒性。     

四轮驱动电动汽车永磁无刷轮毂电机转矩分配

四轮驱动轮毂电机电动汽车采用4个永磁无刷轮毂电机驱动,根据轮毂电机的反电势接近正弦波的特点,采用磁场定向控制方法可以实现最大转矩电流控制。该文在永磁同步电机磁场定向控制效率模型的基础上,提出了相同转速转矩下的多永磁同步电机系统效率模型,根据此模型证明了多永磁同步电机系统相同转速下转矩平均分配可使电机系统效率达到最优。将此结论应用到四轮驱动电动汽车轮毂电机转矩分配研究中,通过仿真和实车测试进行验证。仿真和试验结果证明,平均分配永磁无刷轮毂电机转矩可使整车效率最优。     

基于高频信号注入的无传感器新型DTC系统

针对传统的直接转矩控制方法中存在的转矩脉动大、开关频率不恒定等问题,在分析永磁同步电机定子磁链坐标系中电压和磁链方程的基础上,提出了一种新型的基于空间电压矢量调制的直接转矩控制方法,并采用注入高频信号的方法来估计电机的转速和位置。通过Matlab仿真软件建立了该控制方法的仿真模型。仿真结果表明,该控制方法能有效地减小电机的磁链和转矩脉动,高频信号注入法可以准确估计出电机的转速和位置,系统具有良好的动态和静态性能。     

基于有限元分析的永磁同步电机实时模拟器研究

针对三相永磁同步电机,设计了一种功率硬件在环的实时电机模拟器结构.提出了一种基于三相定子坐标系的永磁同步电机电流-磁链有限元反查表模型,建立了接口电路的数学模型,基于此提出了电压前馈电流反馈控制的接口算法,并针对电流反馈环节提出了一种模糊PI控制算法.通过Matlab/Simulink及其与JMAG-RT的联合仿真实验测试方法对接口控制算法和电机模拟器进行了测试与对比分析.仿真结果表明:在额定工况下,所提出的接口控制算法对期望相电流值的跟踪误差小于2%,所提出的电机模拟器对电机相电流及转速特性的模拟误差均小于3%,验证了其有效性.      

永磁无刷直流电机驱动系统的动态模型

分析逆变器－永磁无刷电机系统的工作过程和建立此系统的一种动态模型．在此模型中,只要给出任何一时刻转子的位置信号和电机的一些参数,就可以推测下一时刻的相电流、转矩等波形．给出仿真和实验结果．     

基于反步法的永磁同步电机输出反馈控制系统研究

针对永磁同步电机 (PMSM)绕组相电流和转速强耦合特性 ,采用积分反步法讨论了精确的位置跟踪控制问题 .在已知电机模型的精确参数情况下 ,假定只有转子位置可测 .设计了速度和定子电流的非线性观测器 ,提出了输出反馈控制器的设计方法 ,在保证定子电流跟踪参考电流的前提下 ,实现了位置的精确跟踪控制 .通过构造适当的Lyapunov函数 ,证明了所设计的控制系统的全局稳定性 .仿真结果表明 ,用该方法设计的PMSM控制系统滤波跟踪误差迅速以指数规律收敛到零 .     

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。     

一种减少永磁同步电机转矩脉动方法

对内埋式永磁同步电机直接转矩控制系统特性进行了深入研究.针对内埋式永磁同步电机直接转矩控制存在较大脉动转矩的缺点,提出了一种新的永磁同步电机直接转矩控制策略.以减小转矩脉动为目标引入模糊逻辑思想,将磁链偏差和磁链偏差的变化率进行了合理的模糊分级,模糊调节选择电压矢量和反电压矢量作用时间.这种方法可以保持恒定的开关频率并有效地减小转矩脉动.为了获得高性能的无速度传感器内埋式永磁同步电机控制系统,设计了一种无速度传感器方案.最后,通过仿真验证了所提控制策略的有效性.     

基于模糊PI控制具有升压电路的永磁同步电机调速系统

为了改善内置式永磁同步电机（IPMSM）调速系统的动态抗扰性能，在利用常规比例积分（PI）调节的基础上提出了模糊PI复合控制的方法，用于电机转速控制和直流母线电压控制．分析了具有升压电路并由脉宽调制型（PWM）逆变器驱动的永磁同步电机调速系统的结构和特性,通过仿真和实验结果，可以证明这种基于模糊PI复合控制、具有升压电路的永磁同步电机调速系统可实现电机的平滑宽调速，并具有良好的动、静态特性。     

车用内置式永磁同步电机过调制弱磁算法

针对混合动力车用电机扭矩响应性的需求,研究了内置式永磁同步电机弱磁区域的快速扭矩控制,提出了一种过调制和弱磁控制有机结合的弱磁控制策略,并进行了仿真和实验分析,实现了在弱磁区域输出调制率大于最大线性调制率的情况下较快的扭矩响应速度. 将提出的策略与传统基于外电压环的弱磁控制策略进行了对比,结果显示文中提出的策略能满足车用电机扭矩响应的需求.      

电动汽车用双层内置式永磁电机的设计与分析

永磁电机具有高效、高功率密度、高转矩密度等优点在车用驱动电机中得到广泛的关注。针对现有车用驱动电机的指标,分析车用永磁电机的工作原理,并设计一款100 kW双层内置式车用永磁驱动电机,利用有限元分析软件建立电机的二维有限元分析模型,分析电机的空载气隙磁密、反电势及齿槽转矩,初步验证了设计的合理性;在此基础上,计算电机的转矩电流特性、电机过载特性及转速-转矩特性,结果表明,所设计的电机的峰值转矩达1 100 N·m,电机的峰值转速可达9 000 r/min,弱磁扩速范围达到3倍以上,满足指标需求。     

永磁同步电机直接转矩控制系统的改进

文章针对d-q坐标系下的永磁同步电机模型,研究了永磁同步电机直接转矩控制方案,同时还分析了零电压矢量在异步电机和永磁同步电机中的不同作用,构造了一种应用零电压矢量来减小转矩的新型电压矢量开关表;并通过MATLAB/Simulink仿真软件,对永磁同步电机直接转矩控制系统进行建模;仿真结果表明,正确的使用零电压矢量,可以有效降低转矩脉动,改善系统控制性能。     

基于QP序列的IPMSM驱动系统优化电流求解法研究

提出一种基于二次型规划(QP)序列的内嵌式永磁同步电动机(IPMSM)控制系统的优化电流(保证电机运行损耗最小的d/q轴电流)的求解方法.首先,将IPMSM的效率优化建模为基于非线性约束的规划问题;然后,将非线约束的规划问题求解转化为线性约束的QP序列的求解.本文证明了QP序列解的收敛性、收敛值和IPMSM控制系统优化电流的近似同一性.仿真分析了该方法,其收敛度较快,且计算量较小,比较适用于IPMSM控制系统效率优的数字化控制.     

内置式永磁电机齿槽转矩的优化设计

针对内置式永磁同步电机存在的齿槽转矩问题,采用有限元软件Maxwell分别对不同分段数、不同非均匀气隙情况下的内置式永磁同步电机进行分析.理论分析表明:转子分段斜极可以抑制齿谐波,从而削弱齿槽转矩;而采用非均匀气隙结构则可以通过优化气隙磁密的特定次谐波削弱齿槽转矩.依据理论分析,提出一种二者相结合的方法抑制电机的齿槽转矩.优化结果表明:该方法能有效地抑制电机的齿槽转矩.     

车用电机控制器功能安全及主动短路分析

根据永磁同步电机的数学模型,求解了不同工况下永磁同步电机进入主动短路时的电流和转矩输出情况,揭示了主动短路电机输出与电机参数之间的数学关系,并通过仿真和实验进行了验证.从理论角度分析了主动短路作为安全关断方法的优缺点,提出了永磁同步电机主动短路状态下的电流计算公式,为电机控制器选择合适的功率器件提供了依据.     

扩展卡尔曼滤波器在永磁同步电机控制中的应用

研究了一种针对内永磁同步电机（IPMSM）动态系统的非线性、时变及实时噪声干扰特点进行精确参数估计的扩展卡尔曼滤波观测器．由于内永磁同步电机q轴电感大于d轴电感，为了保证电磁转矩和负载角变化趋势一致，必须使定子磁链给定幅值限制在一定范围内．鉴于系统暂态和稳态运行的要求不同，为达到最优控制，采用控制定子磁链给定幅值以达到最大转矩／磁链（MPTF）的直接转矩控制算法对定子磁链给定幅值进行控制．仿真结果表明采用此算法可极大地提高IPMSM调速系统的运行效率．运用该方法的电机调速范围广并且在低速区运行良好．