异步牵引电机方波单电流闭环控制策略及其参数鲁棒性分析

在轨道牵引传动系统中,电机在弱磁区通常采用方波控制。方波下传统矢量控制算法受限于电压角度这一单自由度而失效。同时,电机控制中磁场定向的准确与否受电机参数变化的影响。因此,方波下准确的磁场定向控制是牵引电机在弱磁区高性能控制的关键。该文针对方波特殊工况,提出一种单电流闭环弱磁控制策略,方波下电机q轴电压指令通过d轴电压指令和逆变器可输出最大电压得到。利用电机方程推导得到方波下电机参数变化对电机输出转矩、磁链、电流和电压的影响,进而分析了所提方波控制策略的参数鲁棒性。仿真和实验结果表明,该方法可实现对电机电流快速精准地控制,能够对因电机参数变化引起的磁场定向不准进行校正,保证电机输出期望转矩。     

间接矢量控制系统中磁场电流的优化选择

对感应电机弱磁过程中磁场电流的选择进行了优化,同时考虑高速区铁耗的影响,对其进行线性化补偿.磁场电流大小的选择在间接矢量控制系统中具有非常重要的意义,尤其在弱磁过程中,磁场电流的不合理选择会降低电流的利用率,使系统输出转矩减小,带载能力减弱,在弱磁区的恒功率运行范围缩短,对升速的快速性也有影响.根据电流、电压利用最大化的原则,对磁场电流进行优化选择,同时,对铁耗在高速区的影响进行了分析,并且提出了线性化的补偿方法.最后,通过基于DSP的全数字主轴驱动器进行了物理试验,试验证明磁场电流的优化和对铁耗的补偿是可行的,而且对主轴驱动系统性能的提高是非常显著的.     

异步电机弱磁区转矩最大化策略

异步电机工作在弱磁区时,转矩随着转速的升高急剧下降,在转子磁场定向系统中,充分利用电机和逆变器的最大电压、电流限制,无需d轴电流控制器,通过调节q轴分量,稳定高速失步状态,实现弱磁区转矩最大化。异步电机在电压极限状态遇到干扰时,通过旋转定子电压矢量产生动态电压边缘,提高系统的瞬态响应。当异步电机运行在弱磁区,铁损增大,影响电机的磁链水平和转矩输出,引入铁损补偿机制,确保弱磁区的转矩最大化。仿真和实验证明,该控制系统能实现异步电机弱磁区转矩最大化,且具有很强的鲁棒性。     

感应电机弱磁区转矩输出与电流动态性同步提升控制策略EI北大核心CSCD

弱磁控制技术是感应电机高速驱动的核心技术之一,传统弱磁方案存在直流母线电压利用率低与电压饱和问题,造成弱磁区感应电机输出转矩不足与电流动态性变差的问题。为提升弱磁区电压利用率并抑制电压饱和,同步提升弱磁区输出转矩与电流动态性,文中提出优化的六边形电压拓展策略。首先,设计随电压矢量旋转实时更新的六边形电压给定以实现六边形电压拓展,并定量分析六边形拓展电压下的最大转矩提升;进一步分析六边形电压运行情况下,零电压裕量状态造成的电流动态性问题,提出励磁电流优先控制的优化方案。最后,通过对比实验验证所提出方法的有效性。     

考虑铁耗的感应电机间接矢量控制方法

本文对考虑铁耗情况下的感应电机间接矢量控制方法进行了研究,分析了其影响机理,并对其进行线性化补偿。由于铁耗的存在,常规间接矢量控制系统所采用的定向方法会导致系统出现偏差,使系统输出转矩减小,带载能力减弱,在弱磁区的恒功率运行范围缩短。本文根据考虑铁耗的感应电机等效电路,推导考虑铁耗情况下的定向控制方程,并且提出了线性化的补偿方法,以利于工程实现。最后,通过基于DSP的全数字主轴驱动器进行了物理试验,试验证明本文所提出方法的可行性和有效性,对主轴驱动系统性能地提高是非常显著的。     

感应电动机在弱磁区的高性能电流控制策略

针对感应电动机在弱磁区的电流控制问题即电流分配与电流解耦控制,为实现最大力矩控制,根据感应电动机全频段运行范围内电流、电压、转矩与转速的关系,提出了一种不依赖于电机参数的电流分配方法。为克服耦合电压在高频区对电流控制的影响,提出了一种解耦过程无需电机参数的电流矢量控制器,实现了高性能电流动态解耦控制。通过实验对比本文方法与传统方法,证明了本文方法在弱磁区能够获得更佳的电流控制效果,增大了输出力矩。     

基于神经网络的新型复合速度控制器研究

将神经网络直接逆动态控制和传统PID控制相结合构造了一种新型复合神经网络速度控制器。基于感应电机间接磁场定向矢量控制系统的仿真结果表明,在电机参数变化和负载扰动的情况下,该控制器的应用使感应电机间接磁场定向矢量控制系统具有更好的鲁棒性和抗扰性能。     

永磁同步牵引电机高速运行时再生制动研究

列车为防止在中性区趴窝,一般以较高速度驶入中性区。为确保辅助系统在中性区不断电,牵引电机需在高速区快速由牵引工况转换为再生制动工况。这里分析了永磁同步牵引电机高速区弱磁控制原理,给出了基于负直轴电流补偿弱磁控制框图,研究了列车进出中性区时永磁同步牵引电机交直轴电流工作区域。基于负直轴电流补偿弱磁控制策略研究了同步旋转d,q坐标系前馈/反馈解耦比例积分(PI)电流调节器和d,q坐标系复矢量电流调节器的控制器在高速弱磁区的再生制动性能。理论分析和仿真结果验证了d,q坐标系复矢量电流调节器在高速弱磁区具有更优异的控制性能。     

基于有限控制集的感应电机直接相角预测控制研究

传统的基于磁场定向或基于直接转矩的感应电机控制策略受限于计算量,动静态性能和控制效率均存在限制。为了解决该问题,提出了一种基于有限控制集的感应电机直接相角预测控制策略。不同于传统控制方法,新型控制策略重点对转矩以及定子电流和转子磁链之间的相角进行了控制,将磁场定向原理嵌入到代价函数约束,并设计了闭环预测模型及其反馈增益,避免了直接磁链控制。新型算法无需在线计算最优磁链即可获得电机在轻载时的较高效率,而且采用闭环预测模型提高了预测控制的精度和鲁棒性。最后,建立了感应电机控制试验平台,并开展了相关控制试验研究,试验结果验证了新型控制策略的控制性能。     

变工况下感应电机全速域效率优化控制研究

为了进一步降低感应电机在变工况运行条件下的电能损耗,提出了一种基于模型法的全速域节能运行控制策略。该策略在考虑漏感影响的损耗模型基础上,建立可控损耗受转速与电流影响的机理关系,并对感应电机在全速域范围运行的转速变化进行区域划分,利用库恩卡克条件确定在不同速度划分区域运行负载波动时的最优节能控制策略;在弱磁区利用电流轨迹图对励磁电流和转矩电流进行合理分配来提高感应电机最大转矩。仿真分析表明,所提出的节能控制策略能够有效提高感应电机的运行效率,并提高弱磁区的最大输出转矩,使系统达到最佳运行状态。     

The universal field oriented controller

This paper synthesizes and develops a universal field oriented (UFO) controller for induction machines. The UFO controller decouples flux and torque in an arbitrary flux reference frame. Due to its high degree of generality the UFO controller lends itself to be fully compatible with all existing field oriented controllers, indirect as well as direct field orientation. As a consequence, the digital implementation of the UFO scheme is identical for all induction motor drives enabling the usage of identical hardware and software. Examples of UFO control block diagrams for different field oriented controllers are presented. The execution time of the UFO algorithm is compared with the classical rotor flux field orientation method when using a high speed digital signal processor. Further, this paper indicates that the flexibility of changing the flux reference frame can extend the stability region of the drive especially at high speed during flux weakening. Detuning problems in field orientation are handled in an optimal manner for each field oriented controller by proper selection of the model of the induction machine and its reference frame     

基于间接矢量控制的感应电机高速弱磁区电流控制

感应电机弱磁高速运行,由于低磁场、强耦合和大时滞的影响,使得目前的间接矢量控制系统难以实现电流有效控制。针对5～6倍基速及以上速度运行时的电流控制问题,考虑电压、电流、参数变化以及转速等多状态的耦合影响,以基于模糊推理的专家系统,构建电流给定自整定控制器,即使在整定失败的情况下也可以使用一个次优参数替代,克服了一般专家系统存在无法找到满足性能指标参数,导致整定失败的缺点,通过控制器对电流给定进行预处理,保证电流的有效跟随,提高电流控制的稳定性。最后进行仿真和物理实验验证,结果表明本方法具有有效性和实用性。     

基于转子磁场定向的异步电动机弱磁方法研究

对基于转子磁场定向的异步电动机的弱磁控制方法进行了研究.针对提升电机在弱磁区域的动态特性,在传统的1/ω,弱磁控制方法的基础上,通过将转矩电流分量的跟踪变化作为补偿项,迭加到励磁电流指令中,从而提高电流的跟踪能力和电机的转矩输出特性.首先构建了系统的仿真模型,验证了该方法的有效性,然后在全数字异步电动机驱动系统上实现了算法.仿真和实验结果均表明,该方法可有效提高电机的动态响应特性.     

基于变结构理论的感应电动机模糊线性调速系统

运用变结构控制理论分析和设计感应电动机磁场定向变频调速系统的模糊速度控制器 ,并在此基础上提出了在模糊控制器的输出增加开关线的前馈项构成模糊线性复合控制的方法。理论分析和实验结果均表明 ,这种复合控制方法 ,不仅保持了模糊控制器原有的鲁棒性 ,而且提高了响应的稳态精度 ,改善了系统响应的快速性。     

永磁同步电机改进弱磁策略

常规矢量控制方式下永磁同步电机调速系统不会对电机气隙主磁场作弱磁调理,限制了永磁同步电机调速能力。采用电压反馈弱磁能够提升PMSM的调速能力,但是传统弱磁控制策略在深度弱磁区域给定的电流较大,容易导致实际电流无法跟踪给定电流,电流与输出转矩波动大,甚至存在调速系统失控的风险。改进后采取在深度弱磁区域中加入q轴电流误差积分的弱磁控制环节。仿真和实验验证了改进后的弱磁控制策略能够有效地抑制电流和转矩的波动问题。为了进一步改善电机速度响应性能,速度环采用模糊PI控制器,减小速度响应时的超调量和调节时间。     

基于自适应模糊PI的PMSM定子电流最优控制

根据永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)的数学模型和转子磁场定向控制策略,建立了采用定子电流最优控制的PMSM驱动系统。利用模糊控制构建自适应模糊PI控制器,实现转速和电流双闭环控制,提高了系统的动态和稳态性能。为使电动机在整个运行速度范围内能输出最大功率,采用交轴电流参考由模糊PI环节给出,直轴电流参考分段,即恒转矩、弱磁扩速及恒功率段,计算给出定子电流最优算法。实验结果表明,基于模糊PI控制的系统模型具有动态响应快、稳态精度高及抗干扰能力强等优点。     

基于双曲正切函数的非线性PI控制器及其在感应电动机矢量控制中的应用

提出了一种基于双曲正切函数的非线性PI控制器,将它用于感应电动机矢量控制系统的速度控制.根据模态等效原理,证明了该非线性PI控制器与某种模糊逻辑控制器的近似等效性,但在实现方面却比模糊控制器简单得多,同时克服了模糊控制器固有的高频抖振缺点.仿真和实验结果均证明了该非线性PI速度控制器在感应电动机的矢量控制中具有较好的控制性能.     

Sensorless induction spindle motor drive using fuzzy neural network speed controller

A sensorless induction spindle motor drive using synchronous PWM and dead-time compensator with fuzzy neural network (FNN) speed controller is proposed in this study for advanced spindle motor applications. First, the operating principles of a new type synchronous PWM technique are described in detail. Then, a speed observer based on the model reference adaptive system (MRAS) theory is adopted to estimate the rotor speed. To increase the accuracy of the estimated speed, the speed estimation algorithm is implemented using a digital signal processor. Moreover, since the control characteristics and motor parameters for high speed operated induction spindle motor drive are time-varying, an FNN speed controller is developed to reduce the influence of parameter uncertainties and external disturbances. In addition, the FNN is trained on-line using a delta adaptation law. Finally, the performance of the proposed sensorless induction spindle motor drive system is demonstrated using some simulation and experimental results.     

基于多模糊控制器的感应电动机矢量控制系统实验研究

给出了一个完全基于模糊控制器的感应电动机间接转子磁场定向矢量控制系统.在控制系统中,三个精心设计的模糊控制器分别用于控制电机的转速、励磁电流分量和转矩电流分量,实现转速精确控制和感应电动机的励磁和转矩之间的解耦控制.最后,本文对该感应电动机矢量控制系统进行实验研究,验证其可行性.     

基于多模糊控制器的感应电动机矢量控制系统

介绍了一个完全基于模糊控制器的感应电动机间接矢量控制系统.一个模糊控制器用于控制电动机的转速,实现转速精确控制.在同步坐标轴系下,另外两个模糊控制器用于控制电动机的励磁电流分量和转矩电流分量,实现励磁和转矩之间的完全解耦控制.最后给出了控制系统的仿真和实验结果.