基于谐波补偿的永磁电机转矩脉冲抑制

永磁同步电机(PMSM)因气隙磁场畸变及逆变器的非线性特性,容易使电流波形发生畸变,从而导致转矩脉动。在此设计了一种基于谐波电流补偿的转矩脉动抑制方法,在双闭环控制基础上,加入谐波注入补偿环节补偿三相电流的谐波。实验结果表明,该控制方法有效提高了系统的控制精度,能有效改善电流波形从而抑制电机运行时的转矩脉动。     

永磁同步电机转矩脉动和振动噪声抑制

抑制转矩脉动和振动噪声是设计永磁同步电机的难点之一。通过对永磁同步电机齿槽转矩形成机理进行分析,考虑极弧系数和大小极磁极结构对齿槽转矩的影响。基于等效面电流法对永磁同步电机的气隙磁场进行建模。采用粒子群算法优化了永磁同步电机的极弧系数,利用大小磁极结构配置方式,降低了气隙电磁力谐波对转矩脉动幅值影响较大的阶次,从而实现抑制电机齿槽转矩的目标。将永磁体优化前后的转矩脉动和噪声幅值进行对比表明,该方法可有效地降低永磁同步电机的转矩脉动和振动噪声。     

基于谐振控制器的谐波削极型永磁同步电机转矩脉动抑制策略

随着永磁同步电机在高性能伺服控制场合中的广泛应用,对其输出转矩平滑度的要求也随之提高。然而,电机结构设计的非理想、逆变器的非线性特性以及恶劣的运行工况都会导致永磁同步电机的输出转矩存在较大的脉动。针对逆变器非线性、低载波比等造成的电流谐波产生的转矩脉动,该文利用谐振控制器减小电流谐波,从而有效地降低了电机转矩脉动。为验证算法的有效性,搭建了基于dSPACE的控制平台,通过对谐波削极型永磁同步电机样机的实验可知,谐振控制器能够有效补偿谐波削极型永磁同步电机定子谐波电流,进而有效地降低电机转矩脉动。     

永磁同步电机低开关频率的无差拍解耦控制策略

在低开关频率工况下,永磁同步电机的运行性能存在一些缺陷,例如电流谐波比例高、电流波形畸变大、启动转矩较小,输出转矩脉动大等,无法满足工业应用的需求。针对上述问题,提出一种基于矢量控制的无差拍解耦控制方法,并对该方法进行实验验证。实验结果表明,所提出的新型控制策略控制性能良好,可有效降低电流谐波,加快转速响应,抑制转矩脉动。     

一种基于自适应线性神经网络算法的永磁同步电机电流谐波提取和抑制方法

永磁同步电机通常采用正弦波进行驱动和控制,由于气隙磁场的畸变和电压型逆变器的死区效应等因素的存在,使永磁同步电机电流波形含有大量的谐波而发生畸变,特别是在电机低速运行时更为严重。为了进一步提高永磁同步电机的电流控制性能,抑制电流谐波,本文在传统矢量控制算法基础上,增加神经网络谐波电流环,通过自适应线性神经网络(ADALINE)算法实现对主要电流谐波的分解和提取,将所提取的电流谐波经过神经网络训练获得补偿电压值进行谐波注入,实现电流谐波的检测和抑制。通过仿真和实验结果证明,本文提出的控制策略可以有效提取并抑制电流谐波,降低电机转矩脉动。     

基于比例积分-准谐振控制器的直驱式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

由于受逆变器固有的非线性特性和气隙磁通谐波等因素的影响,永磁同步电机定子电流中含有大量的高次谐波分量,这些谐波电流分量与转子永磁体磁场作用,使电机产生谐波转矩脉动,特别是在直接驱动系统中,转矩脉动更为严重。针对这一问题,从转矩脉动产生的机理出发,提出一种基于比例积分-准谐振控制器的转矩脉动抑制方法。该方法根据理想谐振控制器在谐振频率点处的增益为无穷大,可以对谐振频率点处的正弦信号实现零稳态误差跟踪控制,将谐振控制器与电流环PI控制器并联,对定子电流中的谐波分量进行补偿,改善定子电流波形,实现抑制转矩脉动的目的。仿真与实验结果证明了所提方法的正确性和有效性。     

基于等宽极厚调制的永磁电机优化设计

表贴式永磁同步电机气隙磁密谐波含量高,导致电机空载反电动势正弦度差,影响电机转矩脉动;齿槽转矩是永磁同步到电机固有属性,会使电机在运行过程中产生转矩脉动和噪声;针对以上问题,提出采用分块磁极等宽极厚正弦调制的方法优化永磁同步电机气隙磁密和齿槽转矩。使用有限元进行仿真分析,验证了该方法的正确性,表明该方法能有效抑制永磁同步电机气隙磁密谐波分量,在一定极弧系数范围内对齿槽转矩抑制具有较好的效果,同时在不降低电机平均输出转矩的情况下减小电机转矩脉动。     

永磁同步电机定子电流测量误差分析与补偿

永磁同步电机定子电流的测量精度是影响电机调速系统高性能运行的重要因素。定子电流的测量过程中会不可避免地引入增益误差和偏移误差,而电流误差会引起电机转速和转矩脉动。分析了增益误差和偏移误差产生的原因和对闭环系统的影响,提出一种低通滤波器加转速差估算误差电流的补偿算法。仿真和实验结果表明,定子电流测量过程中引入的偏移误差和增益误差会使电机的转速和转矩在fe和2fe频率处脉动。该补偿算法能够有效地减小被测定子电流的测量误差,抑制电机由于电流测量误差所引起的转速和转矩脉动,提高永磁同步电机调速系统的稳态和动态性能。     

基于谐振数字滤波器的直驱式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

由于受逆变器的非线性特性、转子永磁体磁场谐波和齿槽转矩等因素的影响,永磁同步电机定子电流中含有大量的高次谐波分量,这些谐波分量与转子永磁体磁场作用,使电机产生转矩脉动,特别在直驱系统中,转矩脉动更为严重。针对这一问题,提出一种基于谐振数字滤波器的转矩脉动抑制方法。该方法基于理想谐振控制器在谐振频率点处的增益为无穷大,可以对谐振频率点处的正弦信号实现零稳态误差跟踪控制的特点,在文中设计了一个谐振数字滤波器,并把它串联在电流环PI控制器的输出端。通过谐振控制器产生谐波电压补偿信号,抵消电流环PI控制器输出电压中的谐波分量,实现对输出电压的数字滤波,从而减小定子中的谐波电流含量,实现对转矩脉动的抑制。仿真与实验结果验证了文中所提方法的正确性和有效性。     

用谐波注入抑制永磁同步电机转矩脉动

气隙磁场的畸变和逆变器的非线性特性使永磁同步电动机（permanentmagnetsynchronousmotor,PMSM）电流中含有大量高次谐波,电流波形发生畸变,导致电机电磁转矩脉动。针对这一问题,提出了一种新颖的谐波抑制算法,在建立PMSM谐波数学模型的基础上,利用注入谐波电压的方式来抵消电机运行时电机电流中的谐波分量,改善电机电流波形,抑制电机电流谐波分量和电磁转矩脉动。通过仿真及实验验证了该算法的有效性。该算法不需要增加任何硬件和离线实验测量,具有较强的灵活性和适应性。     

基于PI的永磁同步电机转矩脉动抑制研究

永磁同步电机由于具有高效率、高转矩密度等优点而被广泛应用于各种要求高性能伺服控制的场合,但是其转矩存在较大脉动,限制了永磁同步电机在高精度场合的应用。所以研究永磁同步电机的转矩脉动抑制策略有着重要意义。在分析永磁同步电机系统结构和工作原理的基础上,建立了永磁同步电机的基波与谐波的数学模型,进而推导出基波与谐波的共同作用下电磁转矩的表达式,说明转矩脉动主要由6次分量与12次分量组成。以此为基础提出了一种基于PI控制器的转矩脉动抑制方法,通过向q轴注入额外的谐波电流,以抑制电机的转矩脉动。最后通过Matlab/Simulink仿真验证了此算法的有效性。     

基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速和磁链观测器

为了取消永磁同步电机控制中的机械传感器，获得直接转矩控制中需要的电机磁链信息，设计了一种基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速和磁链估算方法。选取定子固定坐标系下定子磁链、电机转速和转子位置为状态变量，电压和电流作为输入、输出量，建立估算定子磁链、电机转速和转子位置的EKF滤波器系统。采用空间矢量调制的直接转矩控制策略，有效减小了直接转矩控制方法的转矩脉动，并保持了功率器件恒定的开关频率。实验结果表明EKF准确地观测了电机转速和磁链，所构建的无速度传感器DTC控制系统具有良好的转速和转矩控制性能。     

永磁同步电动机定子磁链扇区细分控制分析

直接转矩控制具有控制结构简单、鲁棒性强优点,广泛应用于各领域的永磁同步电机控制中,但直接转矩控制中两电压矢量快速切换导致定子磁链波动较大,严重影响了电机输出转矩性能。基于定子磁链细分思想,提出十八扇区细分的三相永磁同步电机空间矢量直接转矩控制方案。研究表明,改进的SVM-DTC控制方法可以有效抑制转矩脉动、稳定转速和转矩,提升了永磁同步电机的转速性能。     

基于定子齿冠偏心的外转子永磁电机转矩波动抑制

为了抑制12槽10极风机用外转子永磁同步电动机的转矩波动,研究了定子齿冠偏心的结构。该方法基于不等气隙长度的思想,保持了初始结构的定子齿冠极弧中间部分对应的气隙长度不变,而齿冠两边对应的气隙长度变宽。利用有限元分析软件对采用定子齿冠偏心结构的外转子永磁同步电机进行仿真计算分析,研究了不同偏心距离下电机的转矩波动系数,并分析了齿冠偏心对于输出转矩大小、齿槽转矩以及气隙磁场谐波畸变率的影响。仿真实验结果表明,采用定子齿冠偏心的结构,能有效地抑制输出转矩的波动和齿槽转矩的幅值,使气隙磁密波形得到改善。     

不同转子辅助槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响

齿槽转矩是永磁电机设计研究的一个重要参数。在解析法的基础上,研究了永磁电机齿槽转矩的表达式,讨论了气隙磁密波形对齿槽转矩的影响。并以一台6极36槽内置式永磁同步电机为例,通过在转子直轴位置上开设不同形状、不同大小的辅助槽,利用有限元法分析了矩形、半圆形、弧形三种类型的辅助槽对永磁电机齿槽转矩的影响,总结了齿槽转矩随辅助槽形状和大小的变化规律。分析表明,转子弧形辅助槽与其它两种槽形相比较,其电机的气隙磁密波形畸变最小,齿槽转矩谐波含量最小,对齿槽转矩的削减效果最优。对转子弧形辅助槽尺寸的合理设计和优化可以有效抑制永磁电机齿槽转矩,进而提高永磁电机的控制精度。     

PMSM齿槽转矩引起的转速谐波数学模型与最小化方法

针对矢量控制下永磁同步电机齿槽转矩引起转速谐波的机理复杂，及当前齿槽转矩抑制方法会增加控制系统复杂性等问题，推导矢量控制下齿槽转矩引起的转速谐波数学模型，提出基于PI控制器参数整定的转速谐波最小化方法。首先，通过分析矢量控制下齿槽转矩到电机转速的闭环传递机理，推导了齿槽转矩到电机转速的闭环传递函数，构建齿槽转矩引起的转速谐波数学模型。其次，以推导的数学模型建立目标函数，采用遗传算法寻优出使得齿槽转矩引起的转速谐波幅值最小的PI参数。最后，通过仿真和实验对所推导数学模型的准确性和所提转速谐波最小化方法的有效性进行验证。结果表明，基于数学模型寻优出的速度波动最小PI参数可使齿槽转矩引起的电机转速谐波幅值降低20%以上。     

轮边直驱永磁盘式电机转矩脉动分析与抑制

针对纯电动汽车轮边直驱永磁盘式电机的转矩脉动较大问题,为提高电机转矩输出的平稳性,对6k W、933 r/min额定转速的双定子单转子磁路结构的永磁盘式电机齿槽转矩与纹波转矩脉动进行了研究。通过对齿槽转矩与纹波转矩的理论推导,并建立了数学模型。利用三维有限元的分析方法,建立了永磁盘式电机三维仿真模型,以永磁体斜极角为变量,分析斜极角对齿槽转矩的削减情况,合理选择永磁体斜极角。对电机不同永磁体斜极角下的空载反电动势进行谐波分析,通过优化反电动势谐波的方法来抑制电机纹波转矩脉动。研究结果表明,采用永磁体斜极方式时双定子单转子永磁盘式电机的齿槽转矩抑制效果明显,齿槽转矩由5.4N.m降低到0.9N.m,纹波转矩脉动由10.9%降低到3.6%,转矩脉动优化显著。     

直驱式永磁同步电机伺服系统死区补偿方法

介绍了逆变器死区效应产生的原因,以及对电流谐波、转速波动、转矩脉动的影响.基于平均误差理论提出了一种适用于直驱式永磁同步电机(PMSM)伺服系统的死区效应的补偿方法.为了提高补偿精度,引入角度检测以及滑动平均值滤波算法的动态补偿修正算法.建立了直驱式伺服系统仿真模型和试验平台.仿真和试验结果证明,该死区补偿方法在直驱式永磁同步伺服系统中可有效降低定子电流谐波,抑制转矩脉动与转速波动,显著提高系统的性能.     

基于闭环电流平均值法的永磁同步电机谐波抑制方法

由于逆变器的非线性及永磁同步电机(PMSM)的气隙磁场畸变,在运行过程中PMSM定子电流中含有大量的谐波分量,导致电流波形发生畸变,从而引起较大的转矩脉动。针对传统谐波抑制方法采用低通滤波器(LPF)提取5、7次谐波分量,动态响应时间长,稳态误差大的问题,提出了闭环电流平均值法提取谐波分量。仿真结果表明,闭环电流平均值法可以提高系统的快速性和稳定性。将电流平均值法应用于PMSM谐波抑制系统,仿真结果表明:基于闭环电流平均值法的谐波电压注入法可以降低电流波形的畸变率及5、7次谐波含量。     

基于模型预测和谐振调节器的PMSM电流控制

为了提高永磁同步电机(PMSM)的控制性能,提出了一种基于模型预测控制(MPC)和谐振调节器的电流控制方法。首先,通过建立预测模型和滚动优化,设计PMSM电流预测控制器。然后,针对电流谐波造成的电机转矩脉动问题,在模型预测电流控制方法基础上引入了谐振调节器。实验结果表明,所提方法具有良好的电流动态性能和电流跟踪特性,且能有效地改善电流波形,减小转矩脉动。