PMSM调速系统中最大转矩电流比控制方法的研究

针对一类永磁同步电动机（PMsM）d、q轴电感不相等的特性,根据PMsM在d-q坐标系下的基本方程,用极值原理建立了d、q轴电流与转矩的非线性方程组,推导出d、q轴电流与转矩的迭代表达式,实现了最大转矩电流比的控制方法,可显著地提高系统的动态性能.为便于工程应用,在最大转矩电流比控制的基础上,将转矩与d、q轴电流表达式线性化,采用优化方法,给出了最大转矩电流比控制的工程近似算法,非常接近最大转矩电流比控制的性能.仿真和实验结果表明了该方法的有效性和工程实用性.     

永磁同步电动机最大转矩电流比控制方法

对永磁同步电动机的最大转矩电流比控制方法进行了研究。根据永磁同步电动机在d-q坐标下的基本方程,用极值原理建立了d,q轴电流与转矩的多阶方程,推导出d,q轴电流与转矩的表达式;实现了最大转矩电流比控制方法。并与I_d=0控制方法进行了比较分析,得出最大转矩电流比控制方法可以提高电机的效率、降低损耗、获得更好的动态性能。     

计及磁饱和的车用永磁同步电机MTPA控制技术

永磁同步电机具有较高的效率和功率密度,在电动汽车驱动系统中广泛应用。电机的d、q轴电感是设计控制系统的重要参数,但重载情况下受磁饱和及交叉饱和影响严重。传统控制技术忽略磁饱和效应,导致转矩控制的精确性不足。采用有限元法分析电机负载时的磁饱和情况,计算考虑磁饱和及交叉饱和的d、q轴电感参数。以此为基础,拟合d、q轴电感和电流关系。设计计及磁饱和的最大转矩电流比MTPA(maximum torque per ampere)控制,使d、q轴参考电流计算中使用的电感随电机电流变化。通过对比,证明计及磁饱和的MTPA控制能够实现输出转矩的精确控制,提高永磁同步电机的动态响应性能。     

基于反推控制的机械弹性储能永磁同步电机最大转矩电流比控制

与id=0控制相比,同等容量下最大转矩电流比控制可使永磁同步电机输出更大的低速转矩,动态性能也更优,适合于作为机械弹性储能系统驱动控制。提出一种基于反推控制的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法,运用极值原理建立最大转矩电流比控制下最小d、q轴电流关系式,利用带遗忘因子的最小二乘算法辨识同时变化的涡簧负载转矩和转动惯量,在此基础上,设计速度反推控制器和电流反推控制器分别取代传统速度PI控制器和电流PI控制器,并从理论上证明了控制算法的稳定性。实验结果表明,最大转矩下该方法比基于反推的id=0控制需要的定子电流更小,而与基于PI的最大转矩电流比控制相比,具有跟踪参考信号迅速、动态性能好、参数调整少的优点。     

航空电机最大转矩电流比控制方法研究

针对航空电机在高空条件下的高效率控制问题,本文采用最大转矩电流比控制方法实现电机控制。基于转矩电流关系和交直轴电流关系分别实现了航空电机的最大转矩电流比控制,仿真分析了两种控制方法下电机的动态特性,并研究了产生不同特性的原因。结果表明,利用交直轴电流关系实现最大转矩电流比的控制方法,在输出相同电磁转矩条件下,电机定子电流更小,运行效率更高。     

一种永磁同步电机交轴电流误差积分反馈深度弱磁控制策略

针对传统弱磁控制策略在深度弱磁区域电流、转矩脉动较大,电流调节器易饱和等问题,提出一种基于q轴电流增量与误差积分的深度弱磁控制策略。通过q轴电流误差积分减缓q轴电流变化率,抑制电流调节器饱和;再根据最大转矩电压比曲线对d轴电流限幅,确定q轴电流增量,重新规划PMSM弱磁电流轨迹;结合电流环模糊PI控制,进一步抑制深度弱磁区域电流、转矩振荡。仿真结果表明:该弱磁控制策略下,系统在深度弱磁区域的电流、转矩振荡及电流调节器饱和得到了明显抑制,系统运行稳定。     

一种新型最大转矩电流比控制实现方法

采用最大转矩电流比控制方案可以使电机输出转矩不变的同时,实现定子铜耗最小、提高电机运动效率的目的。永磁同步电机分为凸极机(内置式永磁电机)和隐极机(表贴式永磁电机),此处以凸极机为例进行介绍。传统的永磁同步电机最大转矩电流比控制方案中,电流和转矩关系推导繁琐,工程实现复杂。从新的角度推导出最大转矩电流比条件下d,q轴电流与转矩的数学关系,并介绍了利用PI调节器来解方程组的方法,求得的解分别作为d,q轴的电流给定。最后通过用C语言编写的控制代码加Matlab/Simulink仿真的方式验证了所述方案,并对比了采用和不采用此方案时的电机铜耗大小,仿真证明此方案是可行的且易于工程实现。     

考虑磁路饱和的IPMSM电感辨识算法及变参数MTPA控制策略

内置式永磁同步电机(IPMSM)d、q轴电感会随着磁路饱和程度的不同而发生改变,这会降低最大转矩电流比(MTPA)控制的有效性。考虑到定子电流引起的磁路饱和及交叉饱和效应的影响,提出了相应的d、q轴电感辨识算法和变参数MTPA控制策略。采用基于旋转高频电压注入的d、q轴电感辨识算法可在其他电机参数未知的前提下得到不同负载条件下的d、q轴电感;变参数MTPA控制策略能够充分利用标幺值化处理的优势,在转矩-最优电流控制表不变的基础上,只需根据实际d、q轴电感更新电流基值和转矩基值便可克服电感变化带来的不利影响,并实现一定转矩条件下的最佳MTPA控制。最后在电机控制实验平台上通过实验对提出的电感辨识算法和变参数MTPA控制策略的可行性和有效性进行了验证。     

基于最大转矩电流比动态磁链给定的直接转矩控制

分析得出了凸极永磁同步电机直接转矩控制中定子磁链给定必须限制在一定范围.用极值原理推导出在输出转矩一定时所需要的最小d,q轴电流应满足的关系式,同时给出了一种简洁的工程近似求解方法.最后,以变化的磁链给定代替恒定磁链给定以实现最大转矩电流比,有效克服了常规直接转矩控制在磁链给定太小时启动困难的缺点,而且大大提高了系统运行效率,仿真结果表明了该方法的有效性.     

同步磁阻电机最大转矩电流比矢量控制

同步磁阻电机实际工作过程中d、q轴电感是随d、q轴电流变化的,故需要探究这种变化规律,进而根据同步磁阻电机数学模型来确定d、q轴电流的合理分配,优化矢量控制,实现最大转矩电流比。本文分析3种矢量控制方式,根据电机运行结果对比分析其控制性能。     

基于直观线性化模型的同步发电机电磁力矩解析

含阻尼绕组同步发电机电磁力矩系数的传统算式忽略直轴阻尼绕组与励磁绕组的互感,且不考虑自动励磁调节(AVR)的作用。为提高电磁力矩系数计算的准确性,细化关于AVR和阻尼绕组对机组稳定性影响的认识,基于计及阻尼绕组作用的c1-c12模型,采用微振荡法建立了计及AVR以及直轴阻尼绕组与励磁绕组互感的同步发电机电磁力矩系数表达式。基于这些表达式,按是否与AVR有关,将电磁力矩划分为固有分量和受控分量,对交、直轴阻尼绕组,励磁调节主通道等对机组同步能力特别是阻尼能力的影响以及低频振荡的机理进行了详细分析。分析表明,AVR总是削弱机组阻尼;在AVR作用下,交轴阻尼绕组的阻尼作用得到增强,而直轴阻尼绕组反而可能提供负阻尼;外部电抗和有功负载的增大导致固有阻尼能力下降;AVR削弱阻尼的强度不仅与其增益有关,而且随着固有阻尼能力的下降而增强。根据c1-c12模型与Phillips-Heffronk1-k6模型下阻尼力矩系数之差,给出了k1-k6模型等效阻尼系数算式。     

考虑磁路饱和的内置式永磁同步电机电感参数旋转辨识算法

实现对永磁同步电机调速系统高性能控制的基础是准确的数学模型和电机参数,其中电感参数对电机的稳态和动态运行性能影响较大,而对于内置式永磁同步电机而言电感除了受凸极结构影响之外,还受磁路饱和等因素的影响。考虑到定子电流引起的磁路饱和效应与交叉耦合效应对电感的影响,基于矢量控制技术分别提出了d轴和q轴电感旋转辨识新算法,即d轴复合电流激励法和转矩调整法。为了提高电感辨识准确度,还采用基于电压误差曲线的补偿算法对逆变器非线性因素引起的输出电压误差进行了补偿。最后在电机控制实验平台上通过实验验证了提出的电感辨识算法的可行性和有效性。     

考虑磁路交叉饱和的内置式永磁同步电动机调速控制

内置式永磁同步电动机由于在结构上气隙小,交直轴电感参数差异大,因此其控制性能受参数影响敏感.由于内置式永磁同步电动机的这个特点,它在其整个控制区域,即恒转矩区域和弱磁运行区域,都必须要考虑磁路交叉饱和对电机参数的影响.文章建立了考虑交叉饱和的永磁同步电动机暂态有限元模型,通过有限元模型和修正的电感计算方法对考虑交叉饱和情况下的电机d轴和q轴电感进行了分析计算.并利用有限元模型对电机最佳电流控制角、输出转矩及弱磁控制性能等进行分析.最后用求得的电感参数用于控制并与直接采用有限元方法的分析结果进行比较验证,实验结果表明两者完全吻合.     

A saturating lumped-parameter model for an interior PM synchronousmachine

This paper presents a lumped-parameter magnetic model for an interior permanent-magnet synchronous machine. The model accounts for the effects of saturation through a nonlinear reluctance-element network used to estimate the q-axis inductance. The magnetic model is used to calculate inductance and torque in the presence of saturation. Furthermore, these calculations are compared to those from finite-element analysis with good agreement     

INTERIOR PERMANENT MAGNET MOTOR HAVING SEVERAL IMPROVED FEATURES

ABSTRACT

The no-load airgap flux density distribution of most conventional permanent magnet motors is square in shape. The rotor configurations having interior magnets employed in these machines also lead to vastly different saliencies along the d- and q-axes giving a quadrature axis inductance larger than the direct axis inductance. A modified rotor configuration is presented that produces a near sinusoidal airgap flux density distribution which is achieved by shaping the rotor airgap profile while keeping the interior magnets rectangular in shape. As a result of this shaping the quadrature axis inductance is reduced significantly while there is almost no change in the direct axis inductance. It is also shown that the new rotor configuration leads to significantly reduced cogging torque and less saturation along the q-axis which assists in maintaining a linear torque versus current relationship in field oriented control employing the quadrature axis current. Airgap flux density levels, inductances and static torque characteristics obtained using the finite element simulation work are presented comparing them with those for a uniform airgap machine. There has been good agreement between the experimental and simulation results. The operational advantages gained by the improvements made are also briefly discussed.     

阻抗不匹配引起的逆变器-IPMSM系统直流侧振荡抑制方法对比

随着逆变器-内置式永磁同步电机(IPMS M)系统输出功率的增加,其输入阻抗与直流供电端LC滤波环节输出阻抗不再匹配,引发逆变器直流侧电压、电流振荡。针对IPMSM,推导了逆变器-电机系统采样双电流调节器控制时的输入导纳模型,用于系统稳定性分析。参考异步电机系统振荡抑制方法,根据IPMSM转矩公式,提出直轴电流补偿法和直轴电压补偿法两种振荡抑制办法。结合交轴电流补偿法、交轴电压补偿法思想,推导了分别加入四种振荡抑制方法后的逆变器-IPMSM系统输入阻抗,采用奈奎斯特判据,分析各振荡抑制方法的有效性。依据电机模型与控制系统模型,分析不同方法的优劣,提出电压补偿法优于电流补偿法、交轴补偿法优于直轴补偿法的观点。通过实验验证了各振荡抑制方法的有效性和交轴电压补偿法的优势。     

基于PMSM模型解耦的电流控制器设计与性能研究

永磁同步电动机(PMSM)是一个多变量、非线性、强耦合的控制对象,即使在同步坐标系下对电机的磁场电流和转矩电流进行解耦,也无法实现d轴、q轴电压直接控制d轴、q轴电流.提出了电机本体解耦方案,即通过在电机中添加控制模块,把速度电压和互感项去掉,将交、直轴分量的控制转化成两个独立通道的控制系统;其次,设计了一种电流控制器,并将其应用于PMSM的电流控制中.仿真结果表明,该电流控制器具有较好的鲁棒性和动态响应性能.     

基于参数辨识的PMASynRM控制策略

针对永磁辅助同步磁阻电机(PMASynRM)参数变化大,依据固定参数进行控制容易导致控制精度差的问题,考虑电机磁饱和对参数的影响,基于电感参数（Ld、Lq）离线辨识技术,采用一种自适应的最大转矩电流比(MTPA)控制策略,实时动态地分配最佳的d、q轴电流,以实现对永磁辅助同步磁阻电机宽速度范围、高转矩精度、高效率的控制。通过仿真和实验,验证了所采用控制方法对永磁辅助同步磁阻电机高转矩精度控制的有效性。