三相双线耦合绕组永磁同步电机建模与矢量控制研究

应用绕组函数理论对三相双线耦合绕组永磁同步电机进行自然坐标系下考虑耦合绕组漏感的数学建模,通过数学变换降阶简化,建立旋转坐标系下的数学模型。提出适用于三相双线耦合绕组永磁同步电机的矢量控制策略,通过对零序电流分量进行控制,有效抑制三次谐波造成的转矩脉动和损耗增加。     

改进指数趋近律的五相永磁同步电机滑模控制

针对五相永磁同步电机低速运行时,逆变器会输出不连续电流,产生转矩脉动;电机高速运行时,产生大量定子谐波电流,转速跟随能力和转矩平稳性受到影响.为保证五相永磁同步电机在全速域的快速平滑切换,提出了改进指数趋近律的五相永磁同步电机滑模控制策略.针对滑模控制中存在的抖振问题,提出改进指数趋近律,并将新型趋近律应用于一种非线性...     

考虑谐波耦合的对称六相永磁同步电机串联系统解耦控制

单逆变器驱动对称六相永磁同步电机串联三相电机是一种新型的多电机系统。针对对称六相电机反电动势的谐波会影响串联系统的解耦控制的问题,在同步旋转坐标系下建立了对称六相电机反电动势含有最主要的2次谐波时串联系统的数学模型,分析了谐波对六相PMSM电磁转矩脉动幅值和频率的影响情况,提出了补偿反电动势谐波效应的解耦控制策略,通过变载和变速仿真证明了所提控制策略的可行性。     

三次谐波抑制的五相永磁电机容错控制策略及仿真分析

针对列车风机用五相永磁同步电机(FPMSM)一相断路故障情况,基于五相电机特有的三维子空间,提出一种考虑三次谐波抑制的五相永磁电机容错控制策略。建立五相永磁同步电机数学模型,根据驱动拓扑结构分析空间电压矢量分布规律,利用五相电机三维空间中大矢量与中矢量对磁链作用效果相反的特点,构建虚拟电压矢量抑制相电流三次谐波;根据不同扇区中虚拟电压矢量对转矩及磁链的作用效果,建立故障前后电压矢量开关选择表对转矩和磁链进行调节,降低一相断路故障引起的转矩脉动,使五相电机发生故障后仍能稳定运行,提高风机驱动系统运行可靠性。在MATLAB/Simulink环境下搭建五相电机系统仿真模型,对不同负载情况进行仿真,仿真结果表明:五相永磁电机在一相断路故障前后输出转矩和转速基本不变,风机驱动系统仍能稳定运行,证明了容错控制策略的有效性。该方法可扩展到多相永磁电机容错控制。     

基于误差边界限定的永磁同步电机预测控制

针对图形边界限定形式的感应电机预测控制存在简洁、直观等优点,进一步考虑将该控制策略应用于永磁同步电机。预测控制将电机和逆变器作为一个系统整体考虑,以空间电流矢量为控制对象,直接产生逆变器的开关控制信号。基于永磁同步电机在转子磁场坐标系下的数学模型,推导出电流矢量导数的估测模型,进而预测出电流矢量的轨迹,根据最优电压矢量选择判据选定开关状态,完成基于圆形电流误差边界限定形式的永磁同步电机的预测控制算法。通过MATLAB/SIMULINK进行仿真,仿真结果证明了提出方法的有效性。     

可调直流母线电压永磁电机矢量控制策略

针对电动汽车电力驱动系统中采用固定直流母线电压的驱动方式存在直流电压利用率低、电机电流纹波大的不足,研究了适用于电动汽车的可调直流母线电压永磁电机矢量控制策略。根据逆变器参考电压矢量幅值,采用双向DC/DC变换器实时调节直流母线电压的方法,改善矢量控制系统整体性能。最后利用MATLAB对永磁电机新型矢量控制策略进行了仿真,仿真结果表明可调直流母线电压永磁电机矢量控制系统能有效地提高直流电压利用率,减小转矩脉动,改善电机电流波形,减小电机电流总谐波畸变率,证明了该控制策略的有效性和可行性。     

城轨牵引永磁同步电机驱动系统效率优化控制

针对城轨牵引内置式永磁同步电机直接转矩控制(IPMSM-DTC)系统存在谐波电压电流,引起电机铁芯损耗和铜损,降低系统运行效率的问题,提出基于开关频率优化的效率优化控制策略,选择自适应滞环宽度,采用零矢量象限间交错分布的优化方法,利用功率器件开关频率,优化PWM脉冲序列中零矢量;开发基于STM32F103嵌入式微控制器的效率优化控制系统.实验结果表明:该方法可以抑制逆变器输出电压电流谐波,减小开关次数,降低开关电流,从而减少电机铁芯损耗和铜损,提高系统效率,并改善系统的动态性能.     

电网短路状态下并网逆变器的谐振控制

为了改善电网短路故障情况下直驱式永磁风电系统的并网逆变器控制性能,提出基于比例积分谐振控制器的并网逆变器直接功率控制算法,通过设置基频谐振控制器实现网侧变流器输出电压、电流信号的无静差跟踪,同时在直流母线侧通过2倍工频谐振控制器可以抑制电网故障状态下直流母线的电压波动．与传统网侧逆变器的交直轴电流双闭环PI控制相比,该算法无须分离正负序电流分量,从而避免了电流滤波环节带来的系统带宽减小的弊端．在PSCAD／EMTDC环境下建立基于背靠背变流器的1．5MW永磁直驱风力发电系统仿真模型,仿真结果表明：当电网短路导致电压不平衡时,结合能量卸荷电路能够抑制直流母线电压的升高,限制了电网过电流,可以实现网侧逆变器的单位功率因数控制,增强了风电机组的故障穿越能力．同时搭建了10kV·A样机系统,试验波形证明了系统设计与控制策略的正确性和先进性．     

一种用于抑制混合动力电驱系统母线电压泵升的前馈补偿控制策略

在应用于工程装备的混合动力交直交电驱系统中,永磁同步电机在进行再生制动时往往回馈过量的电功率至直流母线上,容易引起直流母线电压泵升,影响发动/发电机组的运行性能.为解决该问题,从电机制动时逆变器和储能系统双向DC/DC占空比匹配不一致的角度分析母线电压泵升的原因,在此基础上提出了一种在传统逆变器双闭环矢量控制的转速外环上添加前馈补偿的控制策略,通过将直流母线电压与其参考值的误差进行比例-微分调节,并利用其输出的补偿量作为下垂因子作用于q轴电流给定值上,减小电机制动阶段的转矩电流和逆变器的占空比,限制电机回馈的电功率.仿真结果表明,该控制策略能有效改善混合动力电驱系统电机制动阶段母线电压泵升的问题,能较好地保护母线电气安全.     

双三相永磁同步电机改进型模型预测电流控制

针对双三相永磁同步电机模型预测共模电压抑制方法存在寻优计算量大、开关频率较高、稳态性能不佳的问题,提出一种改进型模型预测电流控制.首先,改进六相两电平逆变器,降低零矢量共模电压幅值;其次,选择小共模电压矢量构造虚拟电压矢量,简化价值函数的同时减小共模电压和电流谐波含量;再次,通过计算参考电压矢量直接选择最优电压矢量以减少寻优次数,并引入占空比控制提升电机控制精度,改善电机稳态性能.最后,仿真对比传统模型预测电流控制、RCMV（Reduced Common Mode Voltage）-1、RCMV-2和所提控制方法.结果表明,所提控制方法在减小共模电压的同时,降低了转矩脉动和谐波电流,且较RCMV-2方法开关频率明显降低;此外,寻优代码执行时间相较于RCMV-1和RCMV-2分别降低了约91%和65%,减小了计算量.     

基于光伏发电的永磁同步电机矢量控制系统研究

阐述了基于光伏发电的永磁同步电机矢量控制系统的构成,系统为典型的转子磁场定向控制方式,采用电流环、转速环双闭环的比例积分控制;控制电路是在两相旋转坐标系中的d轴注入高频电压信号,通过检测电机绕组中的相关电信号来获得转子的位置和速度信息,从而实现永磁同步电机无位置传感器矢量控制。同时,所述系统还利用离网型光伏发电技术,将太阳能转换为电能作为系统直流母线电源,既节约了电能又有利于环保,改善用电质量,使传动系统具有良好的各项性能。     

内埋式永磁同步电机宽调速范围运行控制策略

为了改善内埋式永磁同步电机驱动系统的性能、效率和可靠性,提出了一套适用于其在宽调速范围运行下的控制策略。该文研究的调速系统采用转子磁链定向的矢量控制作为基本的控制策略,利用模型参考自适应系统对转子位置和转速进行估算。在低速域,采用单位电流最大转矩控制来降低电机定子电流幅值。而在高速域,利用过调制控制策略来增加脉宽调制(pulse width modulation,PWM)逆变器的电压传输比和永磁同步电机的转矩输出能力,同时采用弱磁控制策略实现永磁同步电机驱动系统高速稳定运行。研究了在过调制下的相电流重构技术对永磁同步电机高速域运行性能的影响,并讨论了从低速域的单位电流最大转矩控制到高速域的弱磁控制之间的无缝切换问题。仿真和实验结果证明了上述组合控制策略的可行性与有效性,实现了内埋式永磁同步电机驱动系统在宽调速范围的高性能控制。     

车用永磁同步电机控制系统实验平台开发

为研究车用驱动电机控制策略的有效性,本文开发了基于DSP2812的车用永磁同步电机控制系统实验平台.实验平台由硬件系统和软件系统两大部分组成,其中,硬件系统包括主电路、控制电路和驱动保护电路,软件系统包括下位机程序和上位机调试程序,实验平台通过上位机调试界面监测电机运行状态,并可直接修改下位机程序相关参数,使得验证永磁同步电机高性能控制策略十分便捷.最后,在实验平台上测试了永磁同步电机最大转矩比电流矢量控制策略,得出转速响应曲线和电机控制精度图,利用此平台进行实验,参数修正容易,调试方便,为研究车用永磁同步电机高性能控制策略奠定了实验基础.     

采用扩展卡尔曼滤波器对PMSM死区补偿的方法

分析了永磁同步电机矢量控制中死区效应的影响,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman filter,EKF)的死区补偿方法.在PWM逆变器中,死区会导致相电压产生非3整数倍的奇次谐波,进而影响电机控制性能,尤其在低速时更为明显.设计了能够估计αβ坐标系下的电流和谐波产生的电压误差的扩展卡尔曼滤波器,最终通过估算的补偿电压及电流方向确定αβ坐标系下的补偿电压.仿真和实验结果表明:该死区补偿方法可以较好地消除零电流钳位现象,有效地改善PMSM逆变器输出电流波形.     

基于前馈谐波电压的永磁同步电机谐波电流注入方法（英文）

在多同步坐标系中推导了永磁同步电机谐波电压模型,在此基础上构建了一种基于前馈谐波电压的永磁同步电机的谐波电流注入系统.该系统中电流交流部分增益全部由前馈谐波电压来保证,而原矢量控制系统中的反馈电流控制模块则仅需补偿电流直流部分的增益.利用仿真和试验对比分析了本控制系统与仅采用反馈电流控制模块的谐波电流控制效果及转矩脉动情况.结果表明,前馈谐波电压能大大提升高频谐波电流注入的准确性,从而更有效地降低永磁同步电机输出的转矩脉动.     

基于EKF的PMSM无电流传感器矢量控制

针对永磁同步电机伺服系统需要应用在某些低成本、高定位控制精度的场合,提出一种基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机无电流传感器矢量控制方法.在Matlab/Simulink平台上,利用电机在dq轴坐标系下的状态方程,采用卡尔曼滤波器代替电流传感器来估计定子电流,构建矢量控制模型.仿真结果表明,在增加速度与负载情况下,系统具有良好的控制性能,并且参数有较强的鲁棒性,能够满足实际要求.     

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EKF的双Y移30°六相PMSM无速度传感器控制系统研究

介绍了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的双Y移30°六相永磁同步电动机(PMSM)无速度传感器控制方法.本系统建立了六相双Y移30°绕组永磁同步电动机的数学模型和状态空间方程.通过选取dq旋转坐标系下的定子电流、电机转速和转子位置作为状态变量,选取定子电压和电流作为输入、输出向量,构建了EKF观测器.在dq旋转坐标下采用扩展卡尔曼滤波器获得转速和转子位置,并利用TMS320F2812型DSP芯片实现全数字控制.该方法不需要对多相永磁电机的结构作任何改变,同时适用于凸极和隐极永磁同步电机,在很宽的速度变化范围内都有较高的位置估计精度.实验表明该方法使系统具有更加良好的控制性能.     

升压斩波控制开关磁阻风力发电机系统

为准确地控制发电机的电磁转矩、满足风力发电机组最大功率点跟踪运行要求,提出一种横向磁通开关磁阻发电机转矩控制策略。采用相功率变换器构建励磁与升压斩波电路,可在整个变速运行范围内有效地控制绕组电流的幅值和波形。该变换器通过直流母线与三相逆变器相连,即可构成完整的变速恒频风力发电功率变换装置。样机实验结果表明:采用该方法的风电系统能够将绕组电流限制在±0.5 A域值范围内。从而在转矩/功率控制精度、运行平稳性和直流母线电压纹波等性能上比传统系统更为优越。     

升压斩波控制开关磁阻风力发电机系统

为准确地控制发电机的电磁转矩、满足风力发电机组最大功率点跟踪运行要求,提出了一种横向磁通开关磁阻发电机转矩控制策略。采用相功率变换器构建励磁与升压斩波电路,可在整个变速运行范围内有效地控制绕组电流的幅值和波形。该变换器通过直流母线与三相逆变器相连,即可构成完整的变速恒频风力发电功率变换装置。样机实验结果表明:采用该方法的风电系统能够将绕组电流限制在±0.5A域值范围内。从而在转矩/功率控制精度、运行平稳性和直流母线电压纹波等性能上比传统系统更为优越。