永磁同步电机转矩角闭环控制策略研究

车用内嵌式永磁同步电机运行性能受到电机参数及控制器输出能力的限制.为了提高永磁同步电机单位电流输出转矩的能力以及对电机参数的鲁棒性,该文提出了一种转矩角闭环的最大转矩电流比控制策略.该策略通过永磁同步电机的数学模型推导出在同步dq轴系下以定子电压、电流为变量的电磁转矩方程,并以此为依据构建出满足最大转矩电流比的转矩角β的闭环控制系统,摆脱了永磁同步电机最大转矩电流比控制对电机参数的依赖,提高了控制准确性.仿真和实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性.     

考虑参数不确定的永磁同步电机MTPA控制综述

内嵌式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)控制方法充分利用磁阻转矩,降低电枢电流,提升系统效率,成为现代电机驱动控制的重要发展方向。在实际运行过程中,电机参数不确定导致MTPA控制偏离最优解,因此提高MTPA控制的鲁棒性和实用性具有重要意义。该文着重介绍了考虑参数不确定的多种MTPA控制方法,归纳和总结了相关方法的关键技术和研究成果。重点阐述了高频信号注入法的理论核心,探讨了由信号注入法演化而来的其他方法的性能优势和应用局限,并提出一种改进的MTPA控制方案。最后,针对考虑参数不确定的内嵌式永磁同步电机MTPA控制方法目前亟需解决的问题和发展趋势进行分析和展望。     

基于直接判据提取方式的直轴电流补偿型IPMSM最大转矩电流比控制算法

为实现内嵌式永磁同步电机（IPMSM）高性能运行，该文提出一种最大转矩电流比（MTPA）决策与控制算法，旨在简化控制结构、加快系统动态响应、增强系统鲁棒性。该算法根据dq轴电流直接计算电磁转矩的微分项，并以此作为MTPA状态的决策判据。根据判据值对d轴电流参考值进行补偿，实现对MTPA状态的在线追踪。所提算法无需实际或虚拟信号注入和解算环节，系统动态性能得以提高。d轴电流补偿控制解决了算法收敛速度对负载条件较敏感的问题，提升了控制系统的鲁棒性。理论分析、仿真计算和实验结果验证了该方法的有效性和优越性，与虚拟信号注入法相比，所提出的算法在不同负载下对MTPA状态的收敛时间降低为原来的1/5～1/2。     

储能式有轨电车的永磁同步电机控制策略优化

提出一套有轨电车的永磁同步电机优化控制策略。在d-q轴电流平面内分析永磁同步电机不同限制曲线之间的关系和电流轨迹变化的情况;以转矩为控制目标,在以MTPA曲线、电流极限圆和电压极限椭圆为边界的区域内根据永磁同步电机转矩特性曲线规划电流轨迹;采用MTPA控制和优化弱磁控制相结合的算法进行控制实现;以青岛超级电容储能式胶轮有轨电车为实验平台对该方法进行了现场试验及长时运行考核,永磁同步电机实际输出转矩能准确地跟踪给定转矩,且MTPA控制和优化弱磁控制能平稳运行及切换,证明了所提方法的有效性和实用性。     

内置式永磁同步电机MTPA和弱磁控制

永磁同步电机(PMSM)的矢量控制恒转矩控制常用两种控制方式:弱磁控制和最大转矩电流比(MTPA)控制。内嵌式永磁同步电机(IPMSM)输出的转矩包含部分磁阻转矩,在相同转矩输出情况下,MTPA控制所需定子电流小于弱磁控制的定子电流,这样就实现了最小铜损。当车速达到额定转速后,电机受到电池电压的限制,恒转矩控制策略无法实现电机转速的继续上升,此时电机进入恒功率运行区,通过弱磁控制策略实现在电压受限条件下的电机转速上升。提出了在低转速和无需足够大扭矩时使用MTPA控制;在转矩输出要求很大时,使用最大电流输出控制;超出额定转速后,使用最大功率输出控制,即最大电压转矩比(MTPV)控制。     

基于改进最大转矩电流比控制的电动汽车用内嵌式永磁同步电机驱动控制系统

环境污染及能源危机直接推动了传统燃油汽车向环保型电动汽车的发展,作为电动汽车关键部件之一的电机驱动控制系统,直接影响着电动汽车未来的发展前景。在电机驱动控制系统运行的过程中,针对内嵌式永磁同步电机(IPMSM)仍采用较简单的i_d=0控制方式不能满足汽车大转矩的要求;采用传统的最大转矩电流比(MTPA)查表控制方式,由于存在大量离散数据点,会严重影响整个系统的响应速度。针对以上问题,提出了等效综合电流矢量控制的MTPA控制方法。首先建立了永磁同步电机(PMSM)的数学模型,分析了i_d=0和MTPA矢量控制方式的基本原理,给出了新型MTPA的控制方案。通过Simulink仿真及样机试验,对比了两种矢量控制方式,验证了等效综合电流矢量控制的MTPA控制方式的可行性及优越性。     

基于MTPA的永磁同步电机模型预测转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)高凸极率的结构特点,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)的永磁同步电机模型预测转矩控制方法。首先结合数字处理系统的离散化特点,建立了PMSM调速系统的离散预测模型;重点分析了系统多个优化目标的实现机理,其中包括:开关状态限制、电磁转矩控制、MTPA优化以及最大电流限制;进而指出通过构建合适的目标函数,即可实现多项优化目标的综合最优。样机实验结果表明,所提方法在保留模型预测控制(MPC)高动态响应特性的基础上,可以有效地实现PMSM调速系统多个优化目标的综合最优。     

基于交轴电流补偿的内嵌式永磁同步电机深度弱磁控制

针对电动汽车用内嵌式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM)在深度弱磁区域电流、转矩振荡较大,电流调节器易饱和等问题,提出了一种负q轴电流补偿的电压反馈弱磁控制策略。首先介绍了传统电压反馈弱磁控制策略,分析了在深度弱磁区电流、转矩振荡的原因;然后结合最大转矩电压比控制,采用负q轴电流补偿的方法,降低了q轴电流环增益,且系统在深度弱磁区域的电流、转矩振荡得到了明显抑制,提高了系统的稳定性;同时对传统的MTPA控制和id=0控制与两种弱磁方法进行了稳态特性测试。最后通过实验证明了负q轴电流补偿法弱磁控制策略的可行性。     

电动汽车用永磁同步电机效率优化控制研究

降低永磁同步电机的损耗对提高电动汽车一次充电续驶里程有重要的意义。结合矢量控制策略,对最小损耗模型和最大转矩电流比两种控制策略进行了对比研究,前者在分析永磁同步电机损耗模型的基础上,采用加权的方法,实时计算得到永磁同步电机电气损耗最小时的最优励磁电流;后者建立了dq轴电流与转矩的非线性方程组,推导出dq轴电流与转矩的表达式,实现了最大转矩电流比控制。仿真结果表明,与最大转矩电流比控制方案相比,在基于损耗模型的效率优化控制策略下,电机的动态响应更快,效率更高,达到了节能、提高电动汽车一次充电续驶里程的目的。     

基于黄金分割搜索法的IPMSM最大转矩电流比控制

在矢量控制理论的基础上,研究了内嵌式永磁同步电机(IPMSM)基于黄金分割搜索法实现最大转矩电流比控制(MTPA)的方法。该方法利用对理论最优电流矢量角表达式进行多项式拟合所得值作为搜索初始值,进而从该值开始通过黄金分割法搜索最优电流矢量角,从而实现IPMSM的最大转矩电流比最优控制。仿真结果表明:该控制算法与传统进退搜索法相比,具有更快搜索速度,对电动机参数和工作状态变化具有较强的鲁棒性。     

增程式电动车用永磁同步电机弱磁控制仿真研究

考虑到增程式电动车(EREV)电驱动系统的特点和特殊要求,在永磁同步电机数学模型的基础上,研究了永磁同步电机的弱磁控制原理及其控制策略。在基速以下,采用最大转矩/电流控制(MTPA),使电机运行于恒转矩区,以获得最大电磁转矩;当转速增至基速后,则采用弱磁控制策略,以拓宽电机的调速范围,实现高速恒功率运行。在Matlab/Simulink中,基于电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术对永磁同步电机弱磁控制系统进行了建模仿真,验证了该弱磁控制算法正确性。     

基于磁链观测的IPMSM MTPA控制系统研究

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)的凸极特性,提出一种基于磁链观测的无位置传感器IPMSM最优转矩电流比(MTPA)控制策略,以提高负载转矩时变系统的能效比。根据IPMSM电压方程,分析转子磁链观测器检测转子位置的方法,在传统转子磁链观测器中加入前馈补偿,利用反正切法计算转子位置;分析定子电流与转矩角以及电磁转矩与转矩角的数学关系,并提出一种新的查表法,实现MTPA控制,该查表法将查表数据与电机参数分离,同时利用线性插值法减少查表数据。利用MATLAB/Simulink对该方法在负载转矩时变系统中进行仿真。结果显示,在相同输出转矩下,该控制方式比i_d=0控制方式所需的输出电流更小,表明了该方法的有效性。     

基于最大转矩电流比控制的永磁同步电机模型预测控制

由于永磁同步电机(PMSM)具有诸多优点,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)控制的永磁同步电机模型预测控制方法,使磁阻转矩利用率最大化。利用离散化的数字处理技术,深入研究了多个优化目标的典型问题,其中包括:开关状态约束、MTPA优化、最大电流限制及延时补偿策略等。MATLAB/Simulink仿真数据证明:该控制系统实现了MTPA控制并且动态响应过程十分迅速,而且显著提升了PMSM模型预测控制系统的工作效率,对电机参数产生的波动显示出较强的鲁棒性。     

基于MTPA的内置式永磁同步电机转矩预测控制

针对采用矢量控制方法的内置式永磁同步电机(IPMSM)存在解耦复杂、附加优化目标难以融入系统控制等问题,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)的IPMSM转矩预测控制方法。在推导MTPA控制原理的基础上,分析了转矩预测的控制机理及性能指标函数。22 k W试验样机的仿真与试验结果表明,系统稳态及全局加减负载条件下调速性能良好、转矩动态响应迅速。该方法在重载条件下定子电流利用率显著提高,满足电动车辆驱动控制系统的性能和效率指标要求。     

具有最大转矩电流比的IPMSM直接转矩控制

为提高内置式永磁同步电机(IPMSM)控制性能,将直接转矩控制(DTC)与最大转矩电流比(MTPA)控制相结合,提出一种具有MTPA的IPMSM DTC方法。该方法采用MTPA控制和多项式插值方法建立了定子磁链与电机输出转矩之间的关系,可根据电机不同运行工况,动态调整定子磁链给定值。实验结果表明,所提控制方法在保持DTC快速动态响应性能的同时,可有效降低定子电流幅值,减小功率损耗,提高驱动系统运行效率。     

混合动力汽车IPMSM鲁棒自调节效率优化控制

针对传统混合动力汽车(HEV)系统效率优化控制方法存在的参数依赖性问题,提出了一种IPMSM电机鲁捧自调节最大转矩电流比(MTPA)优化方法。该方法通过在定子电流矢量角上叠加一个高频正弦小信号,通过数字信号处理提取出反映转矩变化规律的功率信号,并采用PI调节器锁定出最优矢量角。此外,设计了高频电流控制器进行内环电流调节器动态补偿,从而提高鲁棒MTPA控制的动态响应性能。最后,搭建了一台22 kW的永磁同步电机HEV系统实验样机,对所提鲁棒MTPA方法的动、稳态性能进行了实验验证,结果表明该方法下HEV系统具备较强的鲁棒性和高效性。     

永磁同步电机矢量控制中的电流控制策略比较

<正>永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态响应以及大范围的速度和位置控制。描述了永磁同步电机的数学模型,在数学模型的基础上,分析了永磁同步电机矢量控制的两种电流控制策略:i_d=0控制和MTPA最大转矩电流比控制。描述了两种控制策略的控制原理和特点,通过仿真对两种控制策略进行了验证。     

电机驱动操动机构永磁同步电机矢量控制策略

为了降低高压断路器的故障率,研究了一种永磁同步电机(PMSM)驱动的高压断路器操动机构及其控制方法。永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态响应、大范围的速度和位置控制。描述了永磁同步电机的数学模型,在数学模型的基础上,分析了永磁同步电机矢量控制的3种电流控制策略:i_d=0控制,MTPA最大转矩电流比控制和弱磁控制。描述了3种控制策略的控制原理和特点,通过仿真对3种控制策略进行了验证。     

定子电流矢量定向下PMSM转矩脉动抑制方法

齿槽转矩和谐波转矩均会引起永磁同步电机输出转矩脉动,导致电流波形畸变。基于永磁同步电机电磁转矩的磁共能模型,提出一种基于定子电流矢量定向闭环I/f控制的永磁同步电机转矩脉动抑制方法。综合考虑气隙磁场畸变、齿槽转矩和电流畸变等多种因素,推导电机转矩脉动最小化条件下的最优定子谐波电流约束条件,利用反推控制原理构建了谐波抑制控制器。此外,还设计了一种带遗传因子最小二乘算法的永磁同步电机转速辨识方法。仿真和实验表明,设计的转速辨识算法能在较宽范围内实现电机速度辨识,所提控制方法提升了系统的控制精度,改善了电流波形,有效抑制了电机运行时的转矩脉动。     

一种改进滑模控制器的永磁同步电机MTPA控制研究

为改进PI控制器在永磁同步电机中的速度调节性能,提出新幂指数趋近律的滑模控制器的永磁电机MTPA矢量控制策略,在传统的指数趋近律中增加了新的幂次趋近律,提高系统的收敛能力,同时减小抖动.在永磁同步电机中引入补偿式最大转矩电流比的控制策略,根据电机中电流变换,得到控制过程中的转矩,利用获得的转矩作为补偿信号,提高q轴电流的响应.仿真结果表明,与常规的矢量控制方法和传统滑模控制器对比,该结合方法能有效减小系统抖动,具有更强的控制精准性和抗负载转矩扰动能力.