基于转矩分配函数在线修正的开关磁阻电机转矩脉动抑制策略

针对开关磁阻电机在换相阶段由于转矩特性、电压限制、转速升高等因素而引起的转矩脉动问题,研究一种基于转矩分配函数在线修正的直接瞬时转矩控制方案。在换相的开始阶段,对前一相绕组的转矩分配函数进行在线正补偿,对后一相绕组的转矩分配函数不做处理;在换相的结束阶段,对后一相绕组的转矩分配函数实现在线负补偿,对前一相绕组转矩分配函数不做处理,从而实现电机在换相阶段总转矩脉动的抑制。为了验证该策略的可行性和有效性,以一台750 W、三相12/8极开关磁阻电机为控制对象进行仿真和实验,结果证实了提出的方案可以有效地抑制转矩脉动。     

基于换相重叠角实时变化的SRM转矩脉动抑制控制策略

开关磁阻电机因其特殊的双凸极结构及严重的非线性问题，会导致有很大的转矩脉动存在，严重限制了其应用范围。传统的转矩分配函数受转矩特性和电压限制等影响，在换相期间仍然存在较大的转矩脉动，并且在不同的速度段，受电流变化率及换相周期的影响，在换相重叠角固定时，其转矩脉动现象会更加明显。本文提出一种换相重叠角随转速实时变化的控制策略，通过检测电机运行过程中实际转矩过零点所对应的角度，计算出相对应的换相重叠角，并建立转矩负载-电机转速-换相重叠角之间的查值表，据此可以在不同负载下随着电机转速变化查询最合适的换相重叠角，使开关磁阻电机的转矩脉动最小。最后为了验证该策略的有效性与可行性，以一台3 kW、3相12/8极开关磁阻电机为控制对象进行仿真与实验验证，证明所提方法能够在较宽的速度范围内有效抑制开关磁阻电机的转矩脉动。     

基于二阶滑模的永磁同步电机SVMDTC

针对永磁同步电机空间矢量直接转矩控制中存在的磁链脉动大、转速超调大和转速动态响应速度慢等问题,提出基于Super-twisting二阶滑模控制理论将转速环、磁链环和转矩上的控制器全部换成Supertwisting滑模控制器。对所提出的控制理论利用MATLAB/Simulink仿真软件进行仿真验证。仿真结果表明所提出的控制理论能够成功抑制转速超调,实现提高转速、磁链和转矩的动态响应速度、抑制转矩和磁链脉动。     

基于转矩分配的开关磁阻电机转矩脉动抑制的研究

转矩脉动是开关磁阻电机亟待解决的问题和研究难点之一,其限制了速度控制性能和位置测量精度的进一步提升。基于转矩分配的开关磁阻电机转矩脉动抑制的理论研究已取得较大进步,但由于电机磁路的非线性,使得在实际应用中转矩很难准确反馈。本文根据电机的实际规格和尺寸,采用Maxwell3D计算出在不同转子位置和相电流下的转矩,建立了转矩-电流逆模型;通过合理地设置开通角、换相重叠角和关断角,简化了程序设计,抑制了反向制动转矩;进而根据转矩分配函数,采用电流闭环对转矩进行间接控制。仿真和实验结果证明了该方法可以有效地减小转矩脉动。     

无刷直流电机离散滑模观测器直接转矩控制

分析了非理想反电势下无刷直流电机传统脉宽调制电流控制产生电磁转矩脉动的原因。为便于计算机控制,采用离散滑模观测器获取无刷直流电机反电势,进而完成电磁转矩的估算,并证明了离散滑模观测器的到达条件和稳定条件。在此基础上,提出无刷直流电机直接转矩控制。该方法采用转矩滞环的输出和磁极位置来选择电压空间矢量,可有效抑制非理想反电势和低速换相电磁转矩脉动。仿真结果证明了其正确性。     

电动车用开关磁阻电机转矩控制器设计与优化

电动汽车用开关磁阻电机转矩动态特性对电动汽车整车动力性能与乘坐舒适性能起着至关重要的作用。为了降低开关磁阻电机转矩脉动,提高其平均转矩,达到优化转矩动态特性的目的,在MATLAB/Simulink环境中建立了开关磁阻电机非线性动态模型;利用动态模型仿真数据确立了电机转矩动态性能与转速、关断角之间的函数关系;以降低转矩脉动,提高平均转矩为目标,建立了最优关断角与转速之间的函数关系;设计了基于可变关断角的转矩优化控制器。仿真结果表明,本文建立基于可变关断角的转矩优化控制器能很好地降低转矩脉动,提高平均转矩,达到了优化开关磁阻电机转矩动态特性的目的。     

基于Supertwisting滑模永磁同步电机驱动的转速和转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)空间矢量的直接转矩控制方案超调频繁、响应时间慢等问题,将传统的转速PI控制器和转矩PI控制器替换成Super-twisting滑模控制器,并从理论上证明了Super-twisting滑模控制器用在转速环和转矩环上能在有限时间内收敛。借助MATLAB/Simulink仿真软件研究了PMSM的转矩脉动,分析了其动态响应速度。仿真结果表明,在空间矢量直接转矩控制中采用Super-twisting滑模控制器与PI控制器相比有更小的转矩脉动,提高了动态响应速度并且解决了超调频繁的问题。     

分数阶滑模直接转矩异步发电内模控制

在强冲击负载和宽转速范围情况下,为提高异步发电的非线性鲁棒稳定性能,改善整数阶滑模转矩控制存在的抖振,减小非线性系统模型不确定性的影响,通过引入分数阶微积分算子和内模控制算法,提出一种分数阶滑模直接转矩异步发电内模控制方法。为验证控制方法的有效性,进行了仿真验证和样机测试,仿真及实测结果表明,在负载冲击和转速宽范围突变情况下,与传统整数阶滑模前馈解耦控制相比,新控制方法能有效减小磁链和转矩脉动,削减系统抖振,改善系统对不精确模型的控制效果,提升了系统的鲁棒性能。     

基于不对称式TSF的开关磁阻电动机转矩脉动抑制

开关磁阻电动机(SRM)通常使用固定的转矩分配函数(TSF)实现对转矩的控制,典型的TSF有线性、余弦和立方型TSF曲线。在分析典型转矩分配函数抑制脉动的局限性的基础之上,提出了一种不对称式的转矩分配方法,建立了基于不对称转矩分配函数的转矩脉动抑制系统。最后,以某型开关磁阻电动机为例开展了仿真研究,结果证实该方法可以有效地减小SRM的输出转矩脉动。     

基于扰动观测与分数阶终端滑模转速调节器的永磁同步电机模型预测控制

针对三相永磁同步电机(PMSM)驱动系统,为提高其转速控制精度和响应速度,减小定子电流脉动,结合分数阶控制理论和终端滑模控制技术设计了一种分数阶终端滑模(FOTSM)转速调节器。在提高系统响应速度和精度的同时减小了传统滑模控制的抖振,增强了系统的抗扰动能力和鲁棒性;考虑PMSM在实际运行过程中易受到参数变动及外部扰动不确定性等因素的影响,基于滑模控制技术设计了一种扩展滑模扰动观测器(ESMDO),实现了对系统所受内外扰动的实时观测及前馈补偿;采用分数阶控制理论来设计转速调节器能够更加切合实际的控制过程,使所得到的系统参数和实验数据更加符合电机运行的真实情况;采用模型预测转矩控制(MPTC)算法取代传统的DTC系统,减小了转矩和磁链脉动、提高了系统的运行性能。通过对比仿真验证了所设计的控制策略的正确性。     

An Improved Torque Sharing Function to Minimize Torque Ripple and Increase Average Torque for Switched Reluctance Motor Drives

Abstract—This article presents a novel torque ripple minimization approach based on the genetic algorithm (GA) for the switched reluctance motor (SRM) drives. The fitness function of the GA is designed on the basis of two main optimization criteria. The first optimization criteria; three objectives are defined to optimize commutation angles minimizing torque ripple and copper loss. The second optimization criteria; an objective is defined to eliminate the negative torque which decreases the average torque in SRM drives. The achievement of all objectives depends on the adjusting appropriate the commutation angles of the torque sharing functions (TSF) during the commutation period. All of conventional TSFs are dependent on three different commutation angles, namely turn-on, turn-off, and overlapping. Due to the nonlinear phase inductances of SRM, the delay of current rising and falling time are not unity in overlapping commutation region. To overcome the separation of the incoming and outgoing phase currents during the commutation region, rise angle, and fall angle are used instead of overlapping angle. GA is used to optimize the commutation angles of conventional (sinusoidal) TSF and improved (sinusoidal) TSF. At the same time, the elimination negative torque effects on torque ripple, average torque, and copper loss is investigated.     

无刷直流电机滑模变结构电流控制

为提高无刷直流电机控制的鲁棒性及抑制换相转矩波动,在PWM-ON调制基础上,以保证非换相相电流恒定为控制目标,将换相引起的转矩波动作为系统扰动,设计了滑模变结构电流控制器。利用其响应快速、对扰动不敏感特性来抑制内外干扰的影响,并进行了鲁棒性证明和转矩波动减小分析。仿真与实验表明,所提出的变结构控制策略鲁棒性好,能有效减小换相转矩波动,是无刷直流电机控制中一种新颖的改进控制方式。     

开关磁阻电机直接瞬时转矩控制的优化研究

为改善开关磁阻电机(SRM)的转矩脉动和效率,提出了一种改进的SRM直接瞬时转矩控制(DITC)方法。该方法采用了灵活的转矩分配方式获得各相参考转矩,用来对瞬时转矩进行闭环控制;同时增加了角度优化方案,根据每相绕组导通期间的累积转矩误差、转速和参考转矩等变量,通过模糊算法实现电机开通角度的在线调整,动态的改善转矩误差和电机的效率。在MATLAB/Simulink软件中分别根据改进前后的DITC方法建立SRM控制系统仿真模型,仿真试验结果表明所提的优化方法能够达到较小的转矩误差和相电流,实现了电机的平稳、高效控制。     

基于遗传算法和转矩分配函数的开关磁阻电机转矩脉动抑制

开关磁阻电机(SRM)特殊的双凸极结构导致其运行时会产生很强的转矩脉动。传统的转矩分配函数(TSF)控制方法虽然可以在一定程度上起到抑制转矩脉动的作用,但是受到开关频率、功率电源电压值等物理条件的限制,仍会存在较大的转矩脉动。为此,提出了一种基于遗传算法的SRM TSF控制方案。利用遗传算法良好的寻优能力,在指数型TSF控制的基础上,将转矩脉动作为优化目标来寻取最优的开关角。将1台四相8/6极的SRM作为研究对象,搭建了以TMS320F28335为控制核心的试验平台。试验结果验证了基于遗传算法的TSF控制方法可以有效减小SRM的转矩脉动。     

具有效率优化计算的异步电动机自抗扰与滑模直接转矩控制

为了克服异步电动机直接转矩控制中转矩和电流脉动大等缺点,设计改进的自抗扰速度控制器取代传统的比例积分(PI)控制器。根据异步电动机的数学模型以及滑模变结构控制理论设计了一种基于转矩误差和磁链平方误差的新型滑模控制器。考虑电机运行过程中负载转矩未知问题,设计了一种基于Super-twisting算法的负载转矩观测器。Super-twisting定子磁链观测器的应用提高了观测精确度。通过效率优化计算得出稳态时最优定子磁链,并将其引入调速系统。仿真试验结果表明,该控制策略有效地减小了转矩和电流脉动,并且对外部扰动具有较强抑制作用,同时能够降低电机运行损耗,具有良好的动态和稳态性能。     

基于二阶滑模算法的永磁电机直接转矩控制

针对传统直接转矩控制(DTC)方法低速控制精度差、转矩脉动大、开关频率不稳定等问题,提出了一种基于二阶滑模控制的永磁电机DTC方法。该控制方法基于二阶滑模控制原理,将传统磁链控制器与转矩控制器以滑模控制器替代,对空间电压进行矢量调制,提高了开关频率的稳定性,获得了良好的动态稳定性,改善了电机输出性能。仿真与试验结果表明,该控制方法能够有效减小电流脉动与转矩脉动,同时提高了控制系统的抗干扰能力,实现了电机的快速动态响应,具有较强的鲁棒性能。     

开关磁阻电机的直接瞬时转矩控制研究

开关磁阻电机固有的高度非线性特性使传统的平均转矩控制方法难以消除转矩脉动,也限制了它在高性能伺服系统中的应用。文中采用新型的直接瞬时转矩的控制策略,将瞬时转矩作为控制对象,在滞环控制的基础上通过PWM调制,结合在换相区间的转矩矢量分配函数,使瞬时转矩精确地跟随参考转矩。控制策略应用于一台样机控制系统,实验结果验证了控制策略的有效性。