基于比例谐振控制的共直流母线开绕组永磁同步电机零序电流抑制技术

由于共直流母线的开绕组永磁同步电机系统存在零序电流回路,变流器调制产生的共模电压和永磁体自身反电动势零序分量构成的零序电压源会在电机绕组内产生零序电流,影响开绕组永磁同步电机的运行效率和稳定性。因此,提出一种基于比例谐振控制的零序电流抑制方法,在建立开绕组永磁同步电机及其零序回路数学模型基础上,通过设计基于比例谐振控制的零序电流闭环系统来控制变流器输出电压的零序分量,达到对零序电流的抑制目的。同时深入分析了所提零序电流抑制策略在开绕组永磁同步电机不同运行工况下的稳定运行能力。最后,通过构建开绕组永磁同步电机实验系统,验证了所提出零序电流抑制策略的有效性。     

车用PMSM的双闭环分数阶PID控制策略研究

纯电动汽车永磁同步电机（PMSM）控制系统是一种非线性、强耦合的复杂系统,为提高永磁同步电机的整体控制性能以及鲁棒性,文中提出了一种双闭环分数阶PID控制策略,分别对电流内环和速度外环进行相应的分数阶控制。通过建立电机的电流环模型进而得到整体系统的分数阶模型,设计出电流环以及速度环的分数阶PID控制器,并利用粒子群优化算法（PSO）对控制器参数进行寻优,以便于获得更好的控制性能。将所设计的分数阶控制器应用于车用永磁同步电机的控制中,通过与传统PID控制在不同转速、负载突变时的控制性能相对比,验证了文中所设计的分数阶PID控制器具有良好的动态特性和鲁棒性。     

模糊自适应控制在永磁同步电机直接转矩控制的应用

提出了一种新的永磁同步电机直接转矩控制方法。永磁同步电机直接转矩控制中,没有任何一个逆变器开关矢量能够产生恰好的定子电压,使该电压可以产生所期望的转矩和磁通变化,因而产生了较大的转矩和磁通脉动,并且逆变器的开关周期不恒定。这种脉动通过控制正反电压矢量作用时间可以降低,提出了一种自适应模糊控制器确定占空比的方法。该控制器输出部分的比例因子可以根据转矩的变化趋势经自适应机构的模糊规则库在线调整,不仅可以使永磁同步电机直接转矩控制系统保持恒定的开关频率,而且可以有效地减小磁链和转矩脉动,特别是低速时的转矩脉动。仿真验证了自适应模糊永磁同步电机直接转矩控制策略的有效性。     

交交变频器-同步电动机系统等效电路模型及电流调节器设计

在分析同步电动机交交变频调速系统运行的基础上，提出了把同步电动机的d、q轴各变量分解为低频分量(含非周期分量)和高频分量分别加以处理，忽略转子回路对高频分量的电阻以及阻尼绕组对低频分量作用的分析方法。进而建立了适合于稳态和似稳态分析的同步电动机等效电路模型；应用该模型，文中提出了设计调速系统电流控制器的新方法。运行试验及仿真结果表明所建立的等效电路模型是正确的，所提出的调节器设计方法是有效的。     

Field-programmable Gate Array Based Fuzzy Sliding-mode Controller for a Permanent Magnet Synchronous Motor Drive

Abstract—In this article, a field-programmable gate array based fuzzy sliding-mode controller is proposed to control a permanent magnet synchronous motor drive. First, the dynamics of a permanent magnet synchronous motor is derived, and the vector control scheme is introduced in the current loop. Next, to improve the performance of the permanent magnet synchronous motor drive, a fuzzy sliding-mode controller with an integral-operation switching surface is proposed and applied to the speed loop, in which a fuzzy inference mechanism is adopted to generate the reaching control signal. Further, an integrated hardware design method is developed to implement the field-oriented vector current controller and the proposed fuzzy sliding-mode speed controller on a single field programmable gate array chip. Finally, a prototyping platform based on an Altera field-programmable gate array is established to evaluate the ability of the proposed fully integrated solution in terms of control quality and time/area performances. The preferable performance of the proposed field-programmable gate array-based fuzzy sliding-mode control approach for permanent magnet synchronous motor drive is verified by the experimental results compared with the conventional proportional-integral control and sliding mode control schemes.     

永磁同步电机速度预测电流解耦控制

在高性能永磁同步电机(PMSM)控制系统中,要求有好的动、静态性能。但是传统的永磁同步电机矢量控制系统速度和电流环采用PI调节器,参数鲁棒性差,在调速范围要求很宽的情况下,无法同时满足响应速度快和稳态精度高的要求。为了获得好的动、静态性能,引入预测控制到速度控制外环,而电流内环采用在传统PI控制基础上增加电压前馈补偿的电流解耦控制。搭建了实验平台,进行了实验研究,验证了设计的控制系统具有动态响应快、静态误差小、受负载扰动影响小的特点。     

一种应用于异步电机的基于Laguerre函数的模型预测控制电流调节器

电动汽车用异步电机复杂的运行工况,造成电机参数改变,传统同步PI控制性能不甚理想。基于复矢量比例积分(PI)控制和模型预测控制(MPC)的电流调节器,使得其控制效果得到一定改善,但仍然存在响应时间长和超调大的问题。针对电动汽车用异步电机控制器,设计一种基于Laguerre函数的模型预测控制(LMPC)电流调节器,该电流控制器根据过去和现在的信息,对系统的状态量进行多步预测,并综合考虑控制对象的预期值和控制量的变化等评价指标,得到最优的控制律。仿真和实验结果表明,该调节器相比于复矢量PI控制和模型预测控制,具有更快的动态响应和更好的参数鲁棒性。     

基于ADRC的THBSM无传感器矢量控制

三相混合式步进电机（three‐phase hybrid stepping motor ,T HBSM ）等同于低速运行的永磁同步电机,可以使用同步电机的先进控制方法对其进行闭环控制。通过对自抗扰控制器（active disturbance rejection controller , ADRC ）理论分析,提出了一种新颖的三相混合式步进电机无传感器矢量控制方法。将转速和 d轴电流对q轴电流的作用看作是对转矩电流环的扰动量,通过自抗扰控制器将其估算出来并给予补偿,实现对电机速度的实时观测。利用MATLAB工具建立了三相混合式步进电机无传感器控制系统仿真模型,仿真结果表明：系统能够实时估计电机转速,估计误差小,响应速度快,抗扰动能力强。该方法提高了三相混合式步进电机无传感器系统的控制精度,为工程应用奠定了良好的理论基础。     

Simplified fuzzy-logic-based MTPA speed control of IPMSM drive

This paper presents a simplified fuzzy-logic-based speed controller of an interior permanent-magnet synchronous motor (IPMSM) drive for maximum torque per ampere (MTPA) of stator current with inherent nonlinearities of the motor. The fundamentals of fuzzy logic algorithms as related to motor control applications are illustrated. A simplified fuzzy speed controller for the IPMSM drive has been found to maintain high performance standards with a much simpler and less computation-intensive implementation than a nonsimplified fuzzy-based algorithm. Contrary to the conventional control of IPMSM with d-axis current equal to zero, a nonlinear expression of d-axis current has been derived and subsequently incorporated in the control algorithm for maximum torque operation. The efficacy of the proposed simplified fuzzy-logic-controller (FLC)-based IPMSM drive with MTPA is verified by simulation as well as experimentally at dynamic operating conditions. The simplified FLC with MTPA is found to be robust for applications in IPMSM drives. The complete vector control scheme is implemented in real-time using a digital signal processor (DSP) controller board DS 1102 in a laboratory 1-hp IPM synchronous motor.     

永磁同步电机混沌运动的电流变化率反馈控制

针对永磁同步电动机中存在的混沌运动,提出了一种新的混沌控制方法。该方法以永磁同步电动机电流的变化率作反馈,实现了混沌运动的控制。该控制器是一种活动控制器,它不影响原系统的参数,只需要处理一个参数,算法简单、易于实现。仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于模糊滑模控制的容错系统伺服控制器设计

六相永磁容错电机因故障需缺相运行时,传统的控制方式要改变控制器和剩余相电流,系统才能正常运行.基于模糊切换增益调节的滑模控制,为该电机驱动的电力作动系统设计了一个伺服控制器.该控制器允许电机模型不精确,电机缺相运行时,无需改变控制器参数,而只需改变各相电流的幅值和相位.仿真结果表明,系统正常运行时性能良好;缺相运行时,不改变控制器参数,系统保持正常状态的性能.     

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。     

UUV推进电机在线参数辨识自适应控制方法研究

针对水下无人航行器(UUV)的推进电机矢量控制系统中电流控制器性能因参数变化而下降的问题,提出一种基于智能在线参数辨识的电流环自适应控制方法。以离散型永磁同步推进电机动态模型作为被控对象,采用动态惯性权重粒子群算法对永磁同步推进电机的定子电阻和dq轴电感进行在线辨识,根据电流控制器工程设计方法,将辨识所得的电机参数实时用于计算电流控制器的PI值,实现电流环的自适应控制。最后,通过仿真实验验证所提方法的有效性,结果表明该方法可以有效地克服水下快速洋流对推进电机的负载扰动,进而实现永磁同步推进电机的快速、高精确度电流控制性能。     

Wide-speed operation of interior permanent magnet synchronousmotors with high-performance current regulator

Interior permanent magnet synchronous motors can be applied to applications requiring wide-speed operation. The current vector control algorithm of an interior permanent magnet synchronous (IPM) motor for constant power operation over the base speed is proposed. As the available voltage controlling the armature current vector is small in the flux-weakening constant power region, the current vector sometimes becomes uncontrollable in transient operations because of the current regulator saturation. The high-performance current regulator is also proposed to improve the current responses in the flux-weakening region, which includes the decoupling current controller and the voltage command compensator. The control performances are confirmed by several drive tests with respect to the prototype IPM motor     

On-line efficiency optimization of a synchronous reluctance motor

This paper deals with an on-line optimum-efficiency control of a synchronous reluctance motor drive. The input power minimization control is implemented with a search controller using Fibonacci search algorithm. It searches the optimal reference value of the d-axis stator current for which the input power is minimum. The input power is calculated from the measured dc-bus current and dc-bus voltage of the inverter. A rotor-oriented vector control of the synchronous reluctance machine with the optimization efficiency controller is achieved with a DSP board (TMS302C31). Experimental results are presented to validate the proposed control methods. It is shown that stability problems can appear during the search process.     

双永磁电机系统转速同步控制

针对双永磁同步电机系统中,由于负载扰动造成双电机转速不同步而极易引发差速振荡的问题,该文结合交叉耦合控制结构和滑模控制算法,提出一种基于积分型滑模速度控制器的转速同步控制策略,使用指数趋近律以及饱和函数抑制滑模固有的抖振现象。此外,设计了转速同步控制器对两电机的电流环进行补偿,通过选择合适的耦合同步系数,使两电机速度尽快达到同步。实验结果验证了在所提出的控制策略下,双永磁同步电机系统的鲁棒性、转速跟踪性能以及同步性能均得到提升。     

永磁同步电动机的神经网络模糊控制器设计

提出了基于神经网络的自学习模糊控制器的设计方法。在永磁同步电动机(PMSM)矢量控制系统中,使用该控制器作为速度调节器对永磁同步电动机进行精确的速度控制。仿真结果表明,该神经网络模糊控制方法是可行的,具有良好的动态及静态特性。     

永磁同步电机谐波电压与电流的耦合模型及前馈控制

以一组正负序谐波电流对为研究对象,构建了多同步旋转坐标系下永磁同步电机的谐波电压模型,该模型揭示了正负序谐波电压与谐波电流之间的耦合关系。通过在传统矢量控制系统上增加参考谐波电流计算模块与前馈谐波电压计算模块,构建一种谐波电流注入控制系统,该系统中电流比例积分(PI)控制器只需完成基波电流对应直流量的跟踪,谐波电流的跟踪性能则由前馈的谐波电压保证。选取两种永磁同步电机作为谐波电流注入的试验对象,对比具有前馈谐波电压的系统与仅包含电流PI控制器的系统的谐波电流响应结果,台架试验结果表明前馈谐波电压能够有效地改善高频谐波电流注入的效果,另外从时域及频域分别对电机输出的转矩脉动信号进行对比和分析,结果表明:利用前馈谐波电压能更准确地完成谐波电流的注入,进而实现永磁同步电机转矩脉动的有效抑制。     

A High-performance Speed Feed-forward Controller for Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Control System Model

This study proposes a feed-forward controller based on a control system model that can precisely track a reference trajectory by canceling out the effects of parameter uncertainties on a surface-mounted (magnets glued to the shaft surface) permanent magnet synchronous motor. Furthermore, the speed tracking control algorithm demands rapid and accurate q-axis current command, so the feed-forward system based on the control model is used to estimate it. The stability of the proposed controller is mathematically studied. The proposed control scheme is executed on a permanent magnet synchronous motor drive using a Renesas micro-control unit (RX62TADFFM, Japan). Finally, simulation and experimental results are presented to verify that the proposed controller achieves less steady-state error, better robust performance, and faster dynamic response than the proportional–integral controllers in the presence of permanent magnet synchronous motor parameter uncertainties and external load torque disturbance.     

基于滑模观测器的PMSM变结构直接转矩控制

本文设计了一种新型控制系统,该控制系统由滑模观测器、基于Super-twisting算法的二阶滑模速度、磁链和转矩控制器组成。利用给定电流和实际电流间的误差来设计滑模观测器(SMO),通过反正切函数对转子位置进行估计。本文通过Matlab软件建立三相永磁同步电机矢量控制模型,将无传感器控制及二阶滑模控制模型引入进行仿真验证,电机的速度及转矩波形更加稳定,转子位置可以得到有效观测。结果表明此控制系统较传统控制系统得出的效果更加优越。