应用于高速永磁同步电机的改进最大转矩电流比控制研究

针对高转速永磁同步电机转子转动惯量小、定子电感小且易受运行环境干扰的问题,在考虑其电机电感等参数影响的情况下,对最大转矩电流比控制进行了研究,提出了一种在电流矢量角度中注入高频小信号、基于滑动离散傅里叶提取最大转矩电流比工作点的改进方法。首先,对注入高频小信号角度的输出电磁转矩进行了泰勒公式展开。然后,基于滑动傅里叶方法对其进行了信号处理,并结合常规PI调节后得到了改进最大转矩电流比控制时的电流矢量角。最后,通过Matlab仿真软件建模仿真对其结果进行了验证。研究结果表明:该改进最大转矩电流比控制能在电机参数的扰动下,具有良好的抗扰性能,提高了系统的控制性能和运行效率。     

无速度传感器矢量控制下高速电主轴动态性能分析

为了研究高速电主轴的控制精度与主轴机械参数之间的动态关系,根据法拉第电磁感应定律建立高速电主轴的动态数学模型,并利用无速度传感器矢量控制逆变调速原理,将该模型的定子电流分解为励磁电流和转矩电流两个分量,组成两个独立的一阶线性子系统——磁链子系统和转矩子系统,实现励磁磁链和电磁转矩对各自参考值的全局渐进跟踪。试验结果表明,在无速度传感器矢量控制下,高速电主轴的励磁磁链受励磁电流的控制,且不受主轴负载和转速高低的影响,始终保持恒定;转矩电流控制高速电主轴的电磁转矩,与负载呈线性关系。有效控制励磁电流和转矩电流两个独立变量,不仅可以保证高速电主轴在负载状态下转差率小、转矩输出稳定性高的特点,而且当高速电主轴受到瞬间外力冲击时,其快速的转矩响应能力、动态速度跟随精度和抗挠动性等动态特性参数都可以通过控制励磁电流和转矩电流的精度实现。     

一种凸极式永磁同步电机闭环MTPA控制策略研究

针对基速以下时采用最大转矩电流比控制的闭环矢量控制系统中,当给定转矩或负载转矩突变时,因电流调节器饱和而导致电机动态跟踪过程中实际工作状态脱离MTPA的问题,对凸极式永磁同步电机的MTPA控制、控制器饱和限幅等方面进行了研究。提出了一种d轴电流环优先响应的控制器限幅策略,以优化系统动态跟踪过程中的电流跟踪轨迹提升稳定性;在此基础上,提出了一种采用q轴反馈电流在线修正d轴给定电流的闭环MTPA控制策略;利用Matlab/Simulink搭建了系统仿真模型,并利用基于TMS320F28335的电机控制系统对闭环MTPA控制策略进行了实验研究。研究结果表明:该控制策略在转矩突变时,d轴给定电流可以实时修正,并迅速跟踪,维持电机在动态跟踪过程中实际电流矢量在MTPA附近。     

基于轮毂电机和转速差反馈的独立车轮轮对主动导向控制的影响因素

采用主动导向控制可有效提高独立车轮的导向能力。从永磁同步电机转矩波动的角度出发,分析永磁同步电机转矩波动的来源,计算轮毂电机的转矩波动误差。建立基于左、右轮转速差反馈的轮毂电机独立车轮主动导向控制的仿真模型,研究轮毂电机的转矩波动对轮毂电机独立车轮主动导向控制的影响。通过理论推导和模型仿真计算,当独立轮对转向架在直线上以恒速运行时,轮毂电机系统的控制精度和轮对最大横移量之间存在函数关系,轮毂电机的控制精度越大,轮对的横向位移波动量越大,且车轮踏面的等效斜度和车轮的名义滚动圆半径是二者之间关系的重要影响因素。基于轮毂电机独立车轮主动导向控制精度与轮轨型面之间的关系,提出通过优化踏面来提高独立车轮主动导向效果的方法。     

基于矢量控制变频器的储柜底带出料均匀性的实现方法

为控制储柜底带出料均匀性,利用矢量控制型变频器在0赫兹运行时仍然释放激磁电流和转矩电流合成的矢量电流并产生电磁转矩的原理,为此,重新设计了储柜底带变频器的PLC控制程序和电机冷却系统。结果表明在储柜底带暂停出料期间底带电机变频器在0赫兹运行时释放的矢量电流产生的电磁转矩抵消了底带后退时的作用力,防止或减少底带反转后退,实现了底带出料的均匀性。因此矢量控制型变频器可以工作在0赫兹并能对底带电机进行良好驱动控制。     

电动汽车永磁无刷轮毂电机控制策略建模

针对轮毂电机的独立控制问题进行研究,分析轮毂电机的基本结构和类型,建立了无减速机构的轮毂电机动力学计算模型,探讨轮毂电机电磁转矩的控制方法。在理论分析的基础上,建立了轮毂电机的直接转矩控制方法模型、车辆控制模型和地面负载输入模型,研究不同路面情况和控制转矩输入下,轮毂电机的滑移率和轮速的差异性关系以及制动过程中定转子间隙变形情况,选择了合适的轮毂电机制动控制方法。仿真和试验结果表明,轮毂电机的转矩控制方法具有控制精度高、响应迅速的特点,搭载轮毂电机的电动汽车具有良好的操纵稳定性。     

异步电机V/F控制方法的死区补偿

异步电机V/F控制在低速运行的情况下会由于死区效应而产生扭矩的脉动,严重影响到电机的正常运行。使用电压矢量定向的方法对电流进行解耦,可以为判断电流换向的时机提供依据。与传统的直接判断电流方向的方法相比,通过电压矢量定向的方法能够更加准确地判断出电流的方向,在相同的情况下,电压矢量定向的死区补偿方法能够使电流波形更加圆滑,输出更大的转矩。     

基于模型参考分数阶自适应转速估计的永磁同步电机控制研究

针对模型参考整数阶自适应转速估计存在稳态误差较大、转速估计精度低的问题,结合无传感器技术和分数阶理论的优点,在空间矢量脉宽调制技术的基础上,对永磁同步电机提出了一种模型参考分数阶自适应转速估计方案。仿真实验表明所提速度调节策略和辨识方案可使矢量控制系统具有良好的动、静态性能,对比整数阶控制,分数阶控制下电机转速跟踪精度提高、范围扩大,电机在转速、转矩和电流等方面的控制性能得到提高,改善了永磁同步电机伺服系统的快速性、鲁棒性、稳定性及抗负载突变能力。     

基于预测函数控制和扰动观测器的永磁同步电机速度控制

设计了基于预测函数控制的速度控制器,以减小永磁同步电机的转矩波动,提高电机的转速控制精度。针对因外部扰动因素引起的控制器跟踪性能下降问题,设计了基于预测函数控制和扰动观测器的双环控制器;通过扰动观测器估计系统扰动,并据此产生转矩电流补偿量对控制量进行前馈修正,从而实现扰动的抑制。实验结果显示：当电机从静止跟踪到设定600 r/min转速时,系统没有超调,稳态精度为2 r/min;当电机以600 r/min稳速运行并加入1.6 N·m的转矩扰动时,转速最大波动为5 r/min。与传统的PI控制算法相比,所设计的控制器使转速波动减小了4.2% 。仿真分析和实验数据表明：基于预测函数控制和干扰观测器的控制器能够有效地抑制扰动,提高系统转速跟踪精度。     

基于内模电流控制的交流感应电机矢量控制系统

从同步速d—q坐标系下异步感应电机动态模型和异步电机矢量解耦控制的基本原理出发，引入了内模控制方法，设计了基于转子磁链定向和内模控制的定子电流调节器。考虑到实际系统中异步感应电机磁场会随着电机负载（转矩）变化而呈不同程度的饱和而导致电机参数的非线性，分析了电流内模控制器对这种非线性参数的鲁棒性。在此基础上建立了整个异步感应电机矢量控制仿真系统，并分别对忽略磁路饱和和考虑磁路饱和两种情况下的系统进行了仿真和分析。仿真和分析结果表明，电流内模控制调节器在模型匹配和失配下均能提供良好的转矩动、静态解耦效果。     

永磁同步电机直接转矩控制的改进研究

永磁同步电机直接转矩控制技术融合了逆变器和电机,分析逆变器产生的定子空间电压矢量对电机定子磁链和电磁转矩的作用效果,制定合适的逆变器开关表,根据转矩和磁链误差,在开关表中选择空间电压矢量直接控制定子磁链和电磁转矩。直接转矩控制解算均在定子坐标系中完成,依赖的参数少,相对矢量控制技术,系统简单,鲁棒性好,采用电压矢量直接控制电磁转矩,没有采用电流控制器时带来的延迟,所以转矩动态响应快,特别适合用于快速高响应高精度火炮伺服系统。     

基于参数辨识的内置式永磁同步电机最大转矩电流比电流预测控制

为了实现对内置式永磁同步电机的高效准确控制,解决电机运行过程中参数变化对控制性能的影响,提出了一种基于在线参数辨识的内置式永磁同步电机最大转矩电流比电流预测控制方法。根据内置式永磁同步电机的转矩特性对最大转矩电流比的d-q电流最优关系进行化简以便于工程计算;并针对电机参数变化对最大转矩电流比工作点偏移的影响进行了分析。同时,对MTPA算法影响较大的关键参数q轴定子电感,转子永磁体磁链进行基于参考模型的自适应辨识,以确保实时的最优d,q轴电流分配。在得到准确辨识的参数和最优电流指令的基础上进行电流的鲁棒预测控制,使实际电流更快地跟踪指令,提高系统的动态性能。实验结果表明q轴定子电感,转子永磁体磁链在线辨识的误差分别小于3%,3.5%,收敛时间小于20 ms;电机能有效跟踪最大转矩电流比工作点,电流响应时间小于30 ms,能够满足内置式永磁同步电机系统稳定可靠、高效快速等运行要求。     

一种新型磁链滑模观测器的IPMSM无位置传感器最大转矩控制

针对传统内置式永磁电机最大转矩电流比控制中存在的磁路饱和、电感误差较大的问题,在分析传统磁链模型的基础上,设计了一种新型的磁链滑模观测器。通过对内置式永磁同步电动机在d-q坐标系上的电压方程进行变换,定义新型磁链模型,并依据新磁链矢量所在轴建立新的旋转直角坐标系。为了实现内置式永磁同步电机最大转矩电流比的控制,在新建的坐标系上借助相位角分析,完成了新定义磁链的控制方程和磁链滑模观测器设计。仿真与实验结果表明:所提出的方法可以获得精度较高的定子磁链观值,对电机电感的变化具有较强的鲁棒抑制能力,可以非常近似地估计最大转矩(MTC)。     

基于Simulink的SVPWM控制方法仿真

SVPWM (空间矢量脉宽调制)是一种将三相交流电机等效为两相直流电机的控制方式。由于SVPWM控制方法具有电流谐波小、转矩脉动小、低噪声、控制电路简单、可靠性高等优点,因此被广泛应用于电机控制领域。通过介绍SVPWM的基本原理,提出一种简单的SVPWM的控制方式并在PMSM电机上应用,最后经过MATLAB/Simulink建立控制模型,进行仿真计算,验证了所述方法及理论。     

基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机控制

针对永磁同步电动机(PMSM)的负载扰动问题,提出了一种基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机前馈控制方法。通过设计降阶负载观测器来实时观测电机负载转矩变化,并将观测值作为电流前馈补偿来增加系统鲁棒性;考虑到转动惯量对观测器的影响,引入了梯度校正参数估计法,对电机的转动惯量进行了实时辨识;最后,将负载转矩观测与永磁同步电机的矢量控制相结合,对永磁同步电机的q轴分量进行了转矩前馈补偿以提升系统的动态性能。仿真结果表明,采用梯度校正参数估算法能快速准确地迭代计算永磁同步电机的转动惯量,所设计的降阶负载扰动观测器能有效地估计转矩变化。研究结果表明,基于降阶负载转矩观测器的前馈补偿与永磁同步电机矢量控制相结合,能有效地提升永磁同步电动机转速控制的鲁棒性。     

四轮轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑控制关键技术综述

驱动防滑控制是四轮轮毂电机驱动电动汽车主动安全控制关键技术之一。分别从车速估计方法、路面识别方法、驱动防滑控制算法三个方面综述了四轮轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑控制的关键技术与难点。通过比较车速估计方法中基于运动学和基于动力学的估计方法的优缺点,明确了基于多方法、多信息融合的估计方法是提高车速估计精度的重要措施。比较了基于试验与基于模型的路面识别算法,分别对路面识别中涉及的路面附着系数估计方法、路面类型识别方法进行了分析,并指出:基于试验的路面识别方法仍需提高对测试环境的鲁棒性,基于模型的识别方法则需提高轮胎模型精度以及不同工况的自适应性。总结了基于滑转率控制和基于电机输出转矩控制的驱动防滑控制策略,对现有驱动防滑控制算法进行了分析,并指出提高算法的适应性和鲁棒性是未来的研究重点。最后对四轮轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑关键技术发展方向进行了展望。     

异步电机矢量控制磁场定向校正技术研究

矢量控制磁场定向的核心是实现励磁与转矩的独立解耦,其动态性能优异。但是异步电机参数在实际运行中易变化,导致磁场定向不准,进而引起转矩脉动和电机运行性能变差。分析了磁场定向不准引起的电机电压变化,及对转矩电流和励磁电流的影响,提出了基于q轴前馈电压的转子磁场定向校正策略,通过仿真和试验验证了校正策略具有良好的有效性和工程应用价值。     

轮毂电机电动汽车的变压充电再生制动控制

为提升再生制动系统能量回收效率以及平衡动力电池包中单体动力电池的性能差异,提出一种基于BMS的轮毂电机变压充电结构,并对变压充电再生制动控制方法进行深入研究。介绍基于BMS的轮毂电机变压充电结构组成方式以及变压充电再生制动控制方法的工作原理;在建立轮毂电机变压充电理论模型的基础上,探索轮毂电机电动汽车的变压充电再生制动控制规律;采用最小二乘法设计充电电压求取控制算法,并通过台架试验验证充电电压求取公式的拟合精度;通过Matlab/Simulink仿真,模拟在不同制动工况下采用再生-液压复合制动系统进行防抱死控制的仿真过程。结果表明,变压充电再生制动控制方法能够精确实施轮毂电机的再生制动行为。     

一种改进的异步电机电压闭环弱磁控制方法

针对异步电机在弱磁区域输出转矩下降的问题,在弱磁阶段电压闭环控制策略基础上,通过对励磁电流和转矩电流合理分配,提出一种改进的电压闭环控制策略。用该方法能够使电机在整个弱磁阶段输出转矩能力提高,并能实现对电流的动态调节。利用MATLAB/SIMULINK建立异步电机弱磁控制系统模型仿真,将仿真结果与传统的弱磁控制方法进行比较,可以看到转矩性能较传统的方法有20%的提升并提高电机加速性能,证实了此方法的可行性。     

永磁同步电动机空间矢量转矩控制方法研究

结合空间矢量PWM与直接转矩控制的特点提出一种空间矢量转矩控制方法。利用直接转矩控制中检测与估算的信号根据定子电压计算模型进行推导．得出定子电压的两相运动坐标系分量并合成定子电压,以此为基础重新设计系统控制结构。该方法充分借助SVPWM连续调节的优点,回避了传统直接转矩控制通过6个离散的基本空间矢量对定子磁链及电磁转矩实施控制而造成的转矩与电流脉动,保留直接转矩控制响应迅速、控制简单的特点,兼顾了系统快速性与高精度要求。仿真与实验结果证明该方法的有效性。