永磁同步电动机控制系统的FPGA设计实现

介绍一种利用FPGA实现的高性能永磁同步电动机矢量控制系统。在分析了永磁同步电动机的数学模型和空间矢量控制方案的基础上,采用分模块化设计思想设计了基于FPGA的永磁同步电动机控制系统。使用VHDL硬件描述语言构建了永磁同步电动机矢量控制系统的空间矢量脉宽调制(SVPWM)、编码器解码模块、PI调节器模块、角度计算模块等硬件逻辑电路。最后在Altera cyclone 4CE115 FPGA中,结合电机功率驱动板和永磁同步电动机对系统整体进行了实验验证。     

基于三电平逆变器永磁同步电机矢量控制研究

三电平逆变器采用SVPWM控制策略,以DSP为数字控制平台,实现了三电平空间矢量控制.分析了永磁同步电动机矢量控制原理并且阐述了永磁同步电动机变频调速的数字矢量控制系统的实现过程.     

基于DSP和FPGA双核架构的电动机控制系统设计

针对永磁同步电动机(PMSM)的传统DSP控制系统工作效率低的问题,提出利用DSP结合FPGA构建双核架构电动机控制系统。在永磁同步电动机双反馈控制模型的基础上,将空间矢量算法有效分解为3个控制单元,采用多级流水处理的方式在FPGA芯片中高效执行。同时利用DSP通过并行总线完成与外围电路的实时高速通信,并对数据进行预处理。所设计的电动机控制系统,充分将DSP和FPGA的优势有机结合,为复杂非线性控制算法的实现提供了有效的硬件基础。     

基于DSP的永磁直线同步电动机垂直运输系统矢量控制研究

提出了基于DSP的分段式永磁直线同步电动机垂直运输系统(PMLSM)矢量控制方案,介绍了矢量控制的基本原理。该控制系统以DSP芯片TMS320C5402为核心,采用功率变换模块和驱动模块,实现了对PMLSM的全数字矢量控制,对系统进行了硬件和软件设计。实验结果表明,该系统具有良好的稳定性能。     

电压矢量定向的PMSM转子初始位置测量方法及应用

永磁同步电动机控制系统采用矢量控制时需要精确的转子位置信号以实现磁场定向控制。从永磁同步电动机的数学模型出发,提出了一种新型的基于电压矢量定向的转子位置测量方法,可以实现安装绝对值编码器的永磁同步电动机的转子初始位置补偿角的计算。在永磁同步电动机驱动控制系统中对该方法进行了实验验证和应用。实验结果表明,使用该方法的永磁同步电动机转子初始位置测量算法简便,无需电流传感器工作,初始定位不存在抖动,系统编程容易实现。     

基于DSP的永磁同步电机全数字化矢量控制

根据永磁同步电动机的数学模型和基本原理，通过实验研究，开发了一套基于DSP芯片的永磁同步电动机矢量控制系统。     

基于SVPWM的永磁同步电机矢量控制仿真研究

为了对高性能永磁同步电动机矢量控制系统进行准确分析,在分析永磁同步电机数学模型和空间矢量方法的基本原理的基础上,采用经典速度、电流双闭环控制方法建立了永磁同步电机空间矢量控制系统的仿真模型,详细说明了仿真系统模型的4个组成模块,并在MATLAB/Simulink环境下进行仿真实现。仿真结果表明:系统构建方法简单,基于空间矢量控制方法的同步电动机系统的响应速度快,系统运行平稳,仿真波形与理论分析一致,验证了该仿真实验平台的有效性。     

基于磁链估计的永磁同步电动机磁场定向控制系统

在永磁同步电动机矢量控制基本原理基础上,提出了一种新型芯片XC878实现永磁电动机矢量控制系统的设计方案,在Dave平台下设计软件程序实现系统的控制。进行了系统的测试,给出了测试结果,结果表明空间电压矢量脉宽调制控制系统的软硬件设计的合理性与正确性以及永磁同步电动机闭环矢量控制系统的可靠性。该闭环控制系统具有起动快、响应快和控制精度高等特点。该系统为基于单片机永磁同步电动机矢量控制系统的研究和开发提供可行性方案。     

六相永磁同步电动机矢量控制系统分析与仿真

分析了永磁同步电动机在六相静止坐标系下的数学模型,基于空间矢量解耦的方法,建立了六相永磁同步电动机在两相同步旋转坐标系下的数学模型。在Matlab/Simulink环境下构建了六相永磁同步电动机矢量控制系统仿真模型。仿真结果验证了所建数学模型和仿真模块的正确性,证明了六相永磁同步电动机矢量控制系统具有动态响应快、稳态精度高、转矩脉动小等优点。     

基于环路统一设计的永磁同步电动机四象限矢量控制系统

永磁同步电动机(PMSM)控制系统直流侧大多由不控整流提供,不能实现电机的四象限运行,且不控整流会对电网造成污染.将PWM整流器应用到永磁同步电动机控制系统中.PWM整流器采用基于电网电压前馈的矢量控制,永磁同步电动机控制系统采用基于转子磁场定向的矢量控制,构成了永磁同步电动机四象限矢量控制系统.分析了PWM整流器和永磁同步电动机的数学模型,总结其相似性,并以此为基础对环路进行设计.最后将该控制方法应用于系统中,实现了电机的四象限运行.     

永磁同步电机的哈密顿建模与无源性控制

针对永磁同步电机（PMSM）转速调节问题，采用端口受控哈密顿（PCH）系统和无源性控制原理，研究了PMSM的建模与控制。将PMSM看作是二端口的能量变换装置，基于PCH系统理论建立了PMSM的非线性数学模型。利用能量成型和无源性控制方法。给出了PMSM的速度控制原理，反馈控制问题被归结为一类偏微分方程的求解。通过选择期望的闭环系统哈密顿函数，可将偏微分方程转换成一组普通的方程，从而使求解变得容易。分析了永磁同步电机速度控制系统平衡点的稳定性，并设计了控制器。仿真结果表明所设计的方案具有很好的转速跟踪性能。     

基于PMSM五阶CKF无传感器控制的EPS仿真研究

针对PMSM转子位置和转速估计精度不足的问题,提出了一种基于五阶CKF算法的PMSM无传感器控制方法,并将其应用于EPS系统的助力控制中。首先,建立了基于PMSM的EPS系统离散数学模型;其次,介绍了基于五阶球面-容积方法,推导了五阶CKF算法,并基于五阶CKF算法实现了对PMSM转子位置和转速的精确估计;最后,将基于五阶CKF算法的PMSM无传感器控制应用于EPS系统之中,构建了基于五阶CKF算法的PMSM无传感器控制的EPS助力控制系统。通过Carsim/Simulink联合仿真,对提出的控制算法进行了验证,结果表明该算法能够改善EPS系统的助力控制效果。     

电力机车驱动用永磁同步电机DTC控制系统

系统地建立了电动机车驱动用永磁同步电机的数学模型,并在此基础上深入分析了永磁同步电机直接转矩控制(Direct Torque Control,简称DTC)思想。在应用仿真软件构造永磁同步电机、逆变器、电压空间矢量等单元模块的基础上,对理想的永磁同步电机DTC系统进行了仿真及实验研究,比较了不同给定转速时系统的响应,结果符合永磁同步电机的运行特性,证明了永磁同步电机中应用DTC的可行性,也为实际伺服系统的设计和调试提供了新思路。     

基于TR-BFGS的PMSM变参数识别及优化控制

永磁同步电机参数会随着运行工况的变化而改变,为实现高精度控制,提高系统稳定性,工程上可采用PMSM变参数控制技术。针对目前PMSM在线参数辨识方法对噪音等非电气因素的鲁棒性差、辨识精度不高的问题,本文介绍了基于TR-BFGS算法的变参数识别方法及优化控制技术。建立PMSM在dq坐标系下的等效数学模型,以实际电机电流和模型输出电流为基准,设计合适的目标函数,去除辨识中的系统扰动和固有误差,通过求解目标函数最小值获取PMSM参数预测值,并以此更新电流、转速双闭环控制系统中电机参数值。试验结果表明,本文所提参数辨识方法辨识精度高,可实现PMSM变参数高性能控制。     

采用霍尔传感器的PMSM低成本控制系统

介绍了应用低成本霍尔传感器来检测转子位置的PMSM控制系统。从理论上分析了在相电流与反电动势一样为正弦波的情况下,电机的转矩脉动最小。通过三个霍尔元件来估算转子位置,实现电流的正弦换向,减小转矩脉动。经实验验证,该系统运行可靠。     

电动汽车用PMSM电磁设计及其转矩控制

对电动汽车用永磁同步电动机进行了研究,分析了一台电动汽车用永磁同步电机功率、电枢直径、转子结构等性能参数选取以及电磁设计方法。针对电动汽车用永磁同步电机气隙谐波畸变率、转矩脉动大等问题,提出采取偏心气隙结构改善电动汽车用永磁同步电机气隙谐波畸变率、转矩脉动特性。并搭建以最大转矩电流比控制策略为基础的电动汽车用永磁同步电机调速控制系统。通过AnsoftMaxwell和Matlab仿真和试验验证本文提出的电动汽车用永磁同步电机设计方法和控制策略的正确性和有效性。     

永磁同步电机神经网络逆解耦控制研究

针对永磁同步电机的非线性、多变量、强耦合的特点,将神经网络与逆系统解耦方法相结合,并用于永磁同步电机的解耦控制.分析永磁同步电机的数学模型与解析逆模型,完成系统可逆性证明,将永磁同步电机与解析逆系统等效成两个伪线性子系统,构造神经网络逆系统,将永磁同步电机动态解耦为一阶线性磁链子系统与二阶线性转速子系统,利用两个PID控制器对伪线性子系统进行闭环控制器设计,实现系统转速与定子磁链动态解耦控制.利用dSPACE半物理仿真系统完成神经网络训练数据的采集与系统解耦控制实验.结果表明神经网络逆系统方法可以实现永磁同步电机的高新能控制,对负载扰动具有较强的鲁棒性.     

基于双空间矢量调制的矩阵变换器-永磁同步电机矢量控制系统

结合永磁同步电机磁场定向控制的特点,将矩阵变换器用于永磁同步电机的调速系统,实现永磁电机的交交直接控制并且达到近似单位功率因数.首先阐述矩阵变换器双空间矢量调制的原理,输入侧采用电流空间矢量,输出侧采用电压空间矢量构建了矩阵变换器-永磁同步电机矢量控制系统;然后为了降低转矩脉动,加入电流补偿环节,文中给出了补偿环节的设计方法.原理样机试验结果表明,采用双空间矢量调制的矩阵变换器-永磁同步电机系统不仅达到了良好的控制效果与较好的网侧性能,而且电流补偿环节也是确实有效的.     

Implementation of EKF based sensorless drive system using vector controlled PMSM fed by a matrix converter

A PMSM sensorless drive fed by a matrix converter has been designed to show that a drive system with high performance and efficiency can be constructed by combining the advantages of matrix converters, permanent magnet synchronous motors and sensorless control. Sensorless control of the motor is performed by using Extended Kalman Filter. The characteristics of matrix converter and performance of PMSM which are implemented by using a digital signal controller has been analyzed. Differences between the sensored and sensorless PMSM drive systems are also presented by considering the waveforms of the drive system. Promising results illustrated that EKF based sensorless control of matrix converter fed PMSM drive system with a good performance is achievable at medium and high speed operations.     

内模控制在电流调节器中的应用

在永磁同步电机(PMSM)的矢量控制中,电机的调速范围很宽时,电阻、电抗等参数对d、q轴电流的控制产生较大的误差,从而影响控制精度和动态响应速度。基于磁场定向的控制原理,提出了永磁同步电机电流调节器的内模控制(IMC)设计。用矩阵奇异值分析了IMC电流调节器的鲁棒性,并将其应用于永磁同步电机转子磁场定向的矢量控制中。对电流调节器的传递函数进行了仿真并用数字信号处理器(DSP)实现电机矢量控制的运行实验,实验表明,用IMC电流调节器实现的电机调速,能够获得良好的跟踪性能和较高的稳态精度。