考虑磁饱和的永磁同步电机直接转矩控制系统设计

从磁饱和对内置式永磁同步电机交轴电感参数的影响这一方面,提出了一种考虑磁饱和的内置式永磁同步电机直接转矩控制系统中的电流幅值一定转矩最大的控制策略。磁饱和对内置式永磁同步电机参数的影响主要是由磁饱和状态下交轴电流引起交轴电感参数的变化。对交轴电感、交轴电流之间的关系作出假设,通过对考虑与忽略磁饱和内置式永磁同步电机进行数学分析、实验对比证明了此关系式的正确性进而提出了一种有效地精确的控制策略,为内置式永磁同步电机的控制策略的进一步研究提供了依据。     

永磁电机交、直轴电感特性有限元分析

无论是表贴式永磁(surface-mounted permanent magnet,SPM)电机,还是内置式永磁(interior permanent magnet,IPM)电机,其整体性能都与其电感参数密切相关。文章利用时步有限元软件对永磁电机进行二维有限元计算,基于永磁同步电机矢量控制角,对永磁电机的三相电感、互感及交、直轴电感的变化进行分析;分别研究了表贴式和内置式永磁电机,施加不同的电流激励进行仿真,得到其直轴、交轴电感参数的分布特性,并对表贴式和内置式永磁电机的电感特性进行了对比分析。结果表明IPM电机比SPM电机控制性能更优和更加稳定。     

磁饱和及参数变化对速度观测器精度的影响

在矢量控制感应电动机系统中，当电机参数发生变化，或出现磁路饱和时，将会影响速度控制的准确性，使速度观测器精度受影响．通过MATLAB／SIMULINK仿真系统，建立静止坐标系下考虑磁饱和的感应电动机模型和矢量控制系统模型，并通过改变电机参数，比较分析参数变化及磁饱和效应对自适应状态观测器速度估计的影响．研究结果证明感应电机在参数变化时会给速度估计带来一定误差，特别是转子电阻发生变化时误差最大；工作在弱磁区时，磁饱和效应会明显影响速度观测器的精度，带来较大转速估计误差，应对观测器进行磁饱和补偿以提高矢量控制系统的调速性能．     

矢量控制感应电机参数变化的影响研究

在感应电机数学模型的基础上，分析了在转子磁场定向恒磁通矢量控制感应电机控制系统中转子电阻和电机电感变化的影响，证明了电机电感的变化对电机转速和电磁转矩不产生影响，建立了考虑电机参数变化时电机矢量控制的数学模型，仿真结果表明该模型具有结构简单和分析方便等优点。     

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.     

磁场饱和与畸变对发电机电感参数计算的影响

为了提高发电机故障检测的灵敏性,需要准确计算发电机电感参数.考虑发电机负载运行时磁路的饱和与位置的畸变,分别应用磁路法和磁场法计算了不同饱和程度与畸变程度下的电感参数,讨论了磁路饱和与磁场畸变对电感参数的影响,指出磁路法计算电感参数的局限性.对一台一对极隐极式发电机样机进行的不同工况下转子匝间短路实验表明:磁场法可以充分考虑物理情况,参数计算结果更加准确.在要求准确计算电感参数的场合使用磁场法更合适.     

引入扩张状态观测器的PMSM无差拍电流预测控制

针对永磁同步电机PI控制方法带来的稳态误差大、响应速度慢等问题,设计电流环采用无差拍电流预测控制(DPCC),速度环采用PI控制的双闭环控制系统.但DPCC对电机参数的精度依赖性强,当电感和磁链失配时,会产生电流静差.为此,加入扩张状态观测器,利用观测到的交直轴电流对电机实际电流进行校正以及利用观测到的系统内外部扰动对...     

基于双STF-UKF算法的永磁同步电机参数联合估计

针对永磁同步电机参数辨识问题,分析了永磁同步电机的可辨识模型.将参数看成缓慢的变化状态,同时考虑系统噪声和测量噪声,提出了一种基于强跟踪滤波器的无迹卡尔曼滤波算法.该算法能够同时辨识定子电阻、直轴和交轴电感、永磁体磁链,讨论分析了该算法的稳定性.为了减少算法的计算量,将4个参数分成2部分,采用2个STF-UKF滤波器交替运行辨识全部参数.仿真结果表明,该算法在PMSM不同的工况下能够有效地辨识电机的全部参数.     

饱和对埋入式永磁同步电机电感特性的影响

埋入式永磁同步电机转子磁路结构与普通同步电机有很大差别,电感参数用传统计算方法难以准确计算.分别采用传统方法和保存与运行点相对应的磁导率的方法(fixed permeability method,FPM),利用Ansoft软件对永磁同步电机进行二维有限元计算,得到了电机的永磁体磁链λ_m、d、q轴电枢反应电感参数.分析了采用不同计算方法产生差异的原因,研究了饱和对埋入式永磁同步电机永磁体磁链λ_m、d、q轴电枢反应电感特性以及磁桥宽度对电感特性的影响.总结出埋入式永磁同步电机电感参数的变化规律,为永磁同步电机设计和性能分析提供了理论依据.     

电动汽车内置式永磁同步电机控制系统研究

设计了一种基于输出电压反馈的弱磁控制策略。该控制策略根据逆变器PWM调制度判断电流调节器的饱和状况,计算直轴电流,使其运行远离饱和区,并合理设计PWM调制度门限值,使得控制电流在弱磁区和非弱磁区平滑转换,对母线电压变化和电机参数不确定性有很好的鲁棒控制性能。实验结果表明该控制策略控制精度高,鲁棒性好,可提高IPMSM控制系统运行效率,同时保证在全转速范围内转矩具备良好的可控性。     

一种感应电机定子磁场定向解耦控制方法

针对感应电机按转子磁场定向控制，系统受电机转子参数变化影响较大的问题，采用定子磁场定向控制，以定子磁链作为反馈量，克服矢量控制系统对转子参数的直接依赖性，同时运用电流励磁分量解耦补偿环节，实现了定子磁场定向控制下电机转速与定子磁链间的解耦控制．并针对定子磁链估计算法中存在的纯积分问题，提出了一种改进型积分算法予以解决．最后在dSPACE实时仿真试验平台上，对所提出的控制方法进行了试验验证，试验结果和分析证明了所提出控制算法的有效性，系统动静态性能良好，实现了转速与定子磁链的解耦控制。     

交流伺服控制系统电机参数闭环辨识方法研究

通过分析永磁同步电机d-q坐标轴数学模型,提出一种交流伺服控制系统闭环辨识电机交直轴电感、定子电阻、转子磁链的方法,分析了非正弦磁通造成的电机模型误差、功率器件的开关死区和编码器的电机转子位置反馈延时等对参数辨识精度的影响,并给出了相应的补偿方法。实验结果表明,补偿后闭环辨识得到的电感随电流的变化曲线与有限元分析结果基本吻合,辨识出的电阻和磁链与实际测量和计算值偏差很小,证明了该文参数辨识及补偿方法的有效性。由于所辨识到的参数是控制电机运行时的等效参数,因此该文方法对控制器及电机的设计改进提供了依据。     

圆柱形推拉式电磁铁的电磁力数值算法

电磁力是推拉式电磁铁非常重要的参数,但由于磁场的非线性变化,解析计算困难。针对这一问题,本文研究利用柱状坐标系下的磁矢量势理论求解圆柱形推拉式电磁铁的电磁力。将整个螺线管磁场划分为多个子域并明确边界条件得到可求数值解的子域磁矢量方程组,再通过MATLAB软件编程实现磁矢量势、电感和电磁力等电磁特性数据的计算。对比有限元中铁芯磁导率分别为恒定值10000和电工软铁的B-H曲线两种情况,说明了该数值算法的计算准确度及误差变化趋势,并分析了误差形成的原因。随着电流的加大铁芯会发生磁饱和,当磁饱和问题不严重时,数值算法的计算结果具有高准确度;随着电流的增加,铁芯发生磁饱和后误差迅速增加。实验中给圆柱形推拉式电磁铁施加不同大小的励磁电流,得到的输出推力结果与理论分析相符。     

基于多新息限定记忆的永磁同步电机参数辨识

在永磁同步电机伺服控制系统中,为了抑制由电机参数变化导致的控制精度下降,引入了电机参数辨识修正调节器参数.为了增强辨识系统的抗干扰能力,提出将多新息方法与限定记忆最小二乘法相结合,增加单步递推数据量,对电机参数进行辨识.通过采集电机运行下的电压、电流及转速信号,对电机定子电阻、交直轴电感、转子磁链参数进行同时在线辨识.通过仿真及实验验证,多新息限定记忆最小二乘法辨识收敛速度快,能有效减小辨识结果的稳态误差且鲁棒性强.     

基于非线性模型的异步电机高性能驱动系统的研究

为了提高磁场定向异步电机驱动系统的起动性能和运行效率 ,构造了由电机和逆变器构成驱动系统的损耗模型 ,分析了励磁电流对驱动系统效率的影响。应用一种新的基于 MT同步旋转坐标系下考虑异步电机主磁路饱和的非线性数学模型 ,设计了磁场定向矢量控制系统 ,通过实验验证了 ,适当地控制异步电机的转子磁链可以提高电机瞬时转矩 ,加快电机的起动过程 ,同时也可以在轻载或者额定工况下提高电机和逆变器的效率。从而提高整个驱动系统的利用率     

新的基于内置式永磁同步电机的弱磁控制策略

将内置式永磁同步电机弱磁运行原理与电压空间矢量脉宽调制相结合,提出了一种新的弱磁控制策略.通过用电流调节器输出的参考电压与电压空间矢量脉宽调制后输出的极限电压两者之间的电压差值来改变定子电流相位角,从而重新分配d,q轴给定定子电流分量的大小,最终实现弱磁升速.该控制方法实现了电机高倍弱磁扩速运行,且弱磁电流过渡平滑、响应速度快.与传统弱磁控制方法相比,在弱磁区域能更有效地利用直流母线电压,从而在同样电压和电流限制条件下,电机能产生更高的电磁转矩,适应性更好.仿真和实验结果表明了本文所提弱磁控制策略的有效性和可行性.     

内嵌式变频永磁同步电动机设计及性能分析

采用有限元法分析了内嵌式变频永磁同步电动机转子永磁体各尺寸对电机气隙磁密和静动态特性及性能影响,研究了矩形和V形两种永磁体结构转子的永久磁极各尺寸选择依据和范围,利用分析结果分别设计了矩形和V形永磁体转子两种内嵌式永磁同步电动机。针对所设计的矩形永磁体转子内嵌式变频永磁同步电动机的交直轴电感参数和永磁体磁链值进行了有限元计算,对电机参数的实验测试结果证明了理论分析的正确性,分析结果为内嵌式变频永磁同步电机的设计和参数计算提供了理论依据。     

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SVM的永磁同步电机直接转矩控制

参考电压矢量的计算是基于空间矢量调制(space vector modulation, SVM)的永磁同步电机直接转矩控制的核心研究之一. 从电压矢量对电磁转矩的控制作用入手, 分析指出有限的电压矢量是直接转矩控制中转矩和磁链脉动大的根本原因. 设计一种改进的基于空间矢量调制的直接转矩控制系统, 仅仅利用定子磁链角度、转矩偏差和定子磁链偏差计算得到参考电压矢量幅值和角度. 该方案计算简单, 对电机参数不敏感. 仿真和实验结果表明, 该方法结构简单、鲁棒性强, 能够明显改善直接转矩控制性能.