基于谐波电流抑制的双三相PMSM容错型直接转矩控制

针对六相PMSM电机直接转矩控制系统在缺相运行时存在的转矩脉动大和电流谐波大等问题，提出了改进方法。根据矢量空间解耦的思想，推导出电机缺相后的数学模型和电压矢量方程，通过方程画出缺相后的电压矢量在基波平面和谐波平面的分布，分析了电压利用率的问题，在利用原始矢量制作出电机故障前后共用一个开关表的基础上，加入虚拟矢量合成后减少电流谐波的想法，以减小电机在直接转矩控制系统中缺相运行时的转矩脉动和电流谐波。利用虚拟合成矢量制作出电机在故障前后共用的一个开关表。仿真建模并验证了该方法的正确性。     

稳态性能改善的双三相永磁电机直接转矩控制

传统直接转矩控制的双三相永磁电机存在电流谐波含量高、磁链脉动和转矩脉动大的缺点。为改善双三相永磁电机稳态性能,该文提出虚拟电压矢量集的新型占空比调制直接转矩控制。首先,电压矢量集由传统的12个基本电压矢量拓展到24个虚拟电压矢量,通过虚拟电压矢量实现对谐波平面的控制,减小谐波电流;再通过增加矢量个数减小磁链的控制误差,达到降低磁链脉动的目的。其次,分别定义用于动态工况和稳态工况的开关表及占空比的计算方法,稳态工况的开关表和占空比计算可减小稳态时的转矩脉动,动态工况的开关表和占空比计算用于保证系统的动态响应。最后,通过实验验证所提控制算法的可行性。     

基于虚拟电压矢量集占空比优化的五相永磁同步电机直接转矩控制算法

传统的直接转矩控制(direct torque control,DTC)算法具有结构简单、动态响应迅速等优点,然而将其直接推广至五相系统中时会造成较大的谐波电流。为了消除其电流低次谐波、减小输出转矩脉动,针对五相永磁同步电机,提出一种基于虚拟矢量集占空比的优化DTC算法。构造虚拟电压矢量集,消除多相电机中特有定子电流低次谐波;分析转矩在不同电压矢量作用下的变化率,通过优化虚拟电压矢量的占空比有效减小转矩脉动;结合五相系统的特点分析传统离线开关表的不足,提出一种电压矢量的在线评估方法,利用评价函数选出最优的虚拟电压矢量。此外,半实物实验结果验证所提算法的有效性。     

模糊控制调节电压矢量占空比的永磁同步电机直接转控制系统

设计了模糊控制调节电压矢量占空比的永磁同步电机直接转矩控制系统,采用开关表选择电压矢量,采用模糊控制器调节电压矢量的占空比。仿真结果表明模糊控制调节电压矢量占空比的永磁同步电机直接转矩控制系统运行良好,可以实现永磁同步电机驱动系统的四象限运行。与直接转矩控制和传统模糊直接转矩控制相比,模糊控制调节电压矢量占空比的直接转矩控制策略可有效减小磁链和转矩脉动,降低电流谐波含量,但增大了平均开关频率。     

带齿槽转矩补偿的横向磁通永磁电机DTC技术研究

横向磁通永磁电机（TFPMM）因结构特殊,存在功率因数低、转矩脉动大等问题,需要改进控制算法来降低电机的转矩脉动,改善控制系统性能。在传统的直接转矩控制(DTC)基础上提出空间矢量调制(SVM)的DTC策略,以改善传统控制策略中电流、磁链控制不精确,转矩脉动大的问题。针对TFPMM齿槽转矩比较大的问题,将电机齿槽转矩拟合成电角度的表达式,补偿到转矩观测器输出端,使转矩观测器能观测齿槽转矩分量,起到抑制齿槽转矩脉动的作用。仿真结果验证SVM-DTC比传统DTC的电流波形更平滑,磁链控制更精确。采用齿槽转矩补偿的方法后电机转矩脉动显著减小,验证了补偿控制算法的有效性。改进的控制算法提高了电机控制系统整体性能。     

基于空间电压矢量的电压前馈死区补偿方法研究与实现

为减小逆变器死区效应引起的电压、电流畸变及电机转矩脉动的影响,提出一种基于空间电压矢量脉宽渊制(SVPWM)的电压前馈型死区补偿方法.该方法依据电流环的给定电流米确定电流矢量的位置;并以此加入电压前馈来削弱逆变器输出的5、7次谐波电流,从而减小谐波电流埘电机电磁转矩脉动的影响.永磁川步电机系统死区补偿仿真及试验结果验证了该方法的有效性.     

六相感应电机直接转矩及容错控制

针对传统直接转矩控制转矩脉动大的问题,在考虑六相感应电机自身特点及分析其缺相数学模型的基础上,提出了一种六相感应电机直接转矩及容错控制方法。首先,建立和分析电机正常及缺相时的数学模型,并确定空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方案以减小电机定子电流谐波含量;然后,通过对电机转矩和磁链进行分析,为直接转矩控制提供理论依据;在此基础上,利用模糊推理和改变矢量作用时间占空比的方法,使得逆变器可以输出任意角度和幅值的电压矢量。实验结果表明,该控制方案下电机转矩响应迅速,并能很好地改善电机转矩脉动和定子电流波形。     

低转矩磁链脉动型电励磁同步电机直接转矩驱动系统的研究

电励磁同步电动机定子电感通常较小,转子阻尼绕组的存在使得电机暂态电感更小。若采用转矩及磁链滞环型直接转矩控制(基本DTC)策略电机电磁转矩及定子磁链脉动较大。针对电励磁同步电动机引入一种空间矢量调制型直接转矩控制(SVM-DTC)策略。它基于电励磁同步电动机中转矩角控制电磁转矩原理,利用空间电压矢量合成出最佳电压矢量实时补偿定子磁链矢量误差,以达到减小电动机在运行中电磁转矩及定子磁链脉动量之目的,同时又能基本维持开关频率恒定。仿真和实验结果证明,与基本DTC相比较,SVM-DTC电磁转矩和定子磁链脉动大幅度降低;电机起动电流峰值大大减小,稳态电流畸变较小;同时系统能够平稳地由恒转矩区过渡到弱磁区运行。     

不对称永磁同步电机级联直接转矩控制策略

永磁同步电机各相的绕组阻抗不平衡将导致电流不对称,从而增加了电机转矩脉动。针对不平衡问题,首先对电机不平衡反电动势进行了分析推导,解析求解了转矩谐波表达式,进而设计了一种抑制转矩脉动的不对称永磁同步电机级联直接转矩控制策略。新方案通过提取电机定子磁链和电流的α,β分量来生成正负序的参考电压矢量,并将两者合成以生成修正参考电压矢量用于空间矢量调制算法。同时方案中将传统PI调节器改进为PI调节器和谐振控制器相结合的复合PIR调节器。最后,稳态和动态对比试验结果验证了所提出控制策略的有效性。     

基于空间电压矢量的电压前馈死区补偿方法研究与实现

为减小逆变器死区效应引起的电压、电流畸变及电机转矩脉动的影响,提出一种基于空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）的电压前馈型死区补偿方法。该方法依据电流环的给定电流来确定电流矢量的位置;并以此加入电压前馈来削弱逆变器输出的5、7次谐波电流,从而减小谐波电流对电机电磁转矩脉动的影响。永磁同步电机系统死区补偿仿真及试验结果验证了该方法的有效性。     

基于实测定子电流的表贴式永磁同步电机转矩波动系数计算方法

利用实测定子电流计算转矩波动系数有助于监测永磁同步电机在实际工况下的转矩波动程度以及根据其变化进行故障预测。针对采用d-q轴数学模型、矢量控制的表贴式永磁同步电机,考虑永磁同步电机定子电流基波、谐波与转子磁场基波、谐波的相互作用对转矩波动的影响,推导出转矩解析计算模型。实测定子电流以及转子磁场进行傅里叶分析,确定主要谐波阶次以及转矩波动的主要阶次。依据对实验实例的分析,提出了利用实测定子电流计算永磁同步电机转矩及其波动系数的方法。结果表明能够用于实时监测永磁同步电机在实际工况下输出转矩波动系数。     

永磁同步电机的改进模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机直接转矩控制(DTC)中存在的转矩脉动和磁链纹波大的问题,提出一种改进的模型预测直接转矩控制方法。在两相静止坐标系下,依据无差拍控制理论计算出使电磁转矩和定子磁链在下一周期达到给定值的期望电压矢量。通过引入虚拟电压矢量将电压矢量空间划分成13个扇区,根据期望电压矢量所在扇区位置选取相应的实际电压矢量,可选取的实际电压矢量由传统的8个电压矢量扩展为14个电压矢量。该方法具有虚拟电压矢量占空比固定、调制简单以及运算次数少的优点。对直接转矩控制、传统的模型预测直接转矩控制以及改进的模型预测直接转矩控制进行仿真对比,结果表明,改进的模型预测控制方法能有效地抑制转矩脉动和磁链纹波,减小定子电流畸变率,提高系统的鲁棒性。     

永磁同步电机有限集模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测直接转矩控制(DTC)转矩脉动大、功率元件开关频率不恒定等问题,将两电平逆变器的8个电压空间矢量作为有限控制集,应用到PMSM DTC中。设计考虑转矩误差、最大转矩电流比及电流约束的成本函数,利用成本函数来估算有限集合中各电压矢量的占空比,从而求得逆变器的最优电压矢量作为系统控制量。与传统模型预测控制方法相比,该方法的电流谐波和转矩脉动显著降低,且转矩动态性能也得到改善。仿真试验结果验证了所提出的控制方案有效性。     

基于电压补偿的低速永磁电机谐波抑制控制策略研究

扭矩扳子自动化检定装置用低速永磁同步电机通常工作于300 r/min以下,由于电机本体气隙磁场畸变、逆变器死区时间、开关管压降等非线性因素,电机在运行过程中会产生高次谐波,引起转矩脉动,导致加载过程中输出扭矩波动,影响检定过程。针对上述问题,提出了一种针对低速永磁电机的谐波抑制控制策略,建立了低速永磁电机的谐波数学模型,采用电压补偿的方法,根据谐波数学模型计算谐波电压补偿量,并采用PI控制,对电机运行过程中的相电流谐波进行抑制,从而减小扭矩扳子自动化检定装置的转矩脉动。通过仿真表明,该方法可以显著降低谐波,从而减小电机输出转矩脉动。     

一种双三相永磁同步电机的多矢量模型预测转矩控制

双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)的传统模型预测控制(MPC)在一个控制周期内仅作用一个电压矢量,使得电机的控制效果不理想,尤其是稳态时的转矩波动。针对这个问题,提出一种基于虚拟电压矢量(VVV)的多矢量模型预测转矩控制(MPTC)策略。该方法在一个控制周期内作用多个电压矢量,扩大了矢量调制范围。通过这种方式,减小了转矩脉动,提高了稳态性能。此外,该策略采用了VVV,因此该策略抑制了谐波电流。选用无权重因子的代价函数对候选矢量组合进行筛选,降低了算法的复杂度。最后,在试验平台上,通过与传统双矢量MPTC进行对比验证了所提算法的有效性。     

基于开关序列的永磁同步电机模型预测磁链控制

为了消除传统的模型预测转矩控制(Model predictive torque control,MPTC)算法中的权重因子,减小计算量并提高稳态控制精度,本文提出了一种基于开关序列的永磁同步电机模型预测磁链控制(Model predictive flux control- switching sequence,MPFC-SS)算法。首先,通过分析电磁转矩和磁链的关系,将对转矩和定子磁链幅值的控制等效转换为对d、q轴磁链的控制,避免了权重因子的设计;其次,采用定子磁链无差拍预测控制计算所需的参考电压矢量,并根据其所在扇区选择对应开关序列;然后,基于磁链无差拍预测控制原则,计算开关序列中基本矢量的最优作用时间,有效减小电流谐波和转矩脉动,实现定子磁链的准确跟踪。最后,对传统MPTC和所提算法进行了实验对比研究,结果表明：所提算法具有计算量小、电磁转矩脉动小、电流谐波含量低等优点。     

基于线性扩张状态观测器的电流谐波抑制

永磁同步电机（PMSM）的矢量控制系统中存在着齿槽转矩、逆变器电压死区和传感器检测误差等非理想因素,在电流环中引入了电流谐波,造成电机转矩脉动。本文构造了电流环线性扩张状态观测器（LESO）来抑制电流谐波;分析了LESO和整个电流环的稳定性,给出了电流环参数整定的依据;随后对采用LESO的电流环与采用传统PI控制器的电流环的谐波抑制性能进行了对比分析。最后通过仿真验证了采用LESO的电流环可以较好的抑制电流谐波,进而抑制了电机转矩脉动。     

改进型永磁同步电机有限控制集模型预测速度控制

永磁同步电机传统有限集模型预测速度控制策略中电压矢量方向固定，可选矢量范围具有一定局限性，输出电压的突然变化，会导致电流纹波较大。因此，提出了一种基于电压细分的有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)直接速度控制策略。所提策略在FCS-MPC方案中引入了一组具有可调振幅和可移动原点特征的有限电压细分矢量作为候选电压，同时为了获得更准确的电流预测，使用了双线性变换(即Tustin变换)积分近似。该控制器能够预测未来电流和速度，并使用脉宽调制输出最佳细分电压。采用两电平三相逆变器驱动的永磁同步电机进行仿真验证结果表明，与传统的FCS-MPC方案相比，所提策略有效地减小了电流纹波，拓宽了电压矢量选择的范围，同时提高了电机鲁棒性。     

基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化

五相永磁同步电机(PMSM)可通过注入三次谐波电流来提高电机的转矩密度。除三次谐波外,削弱永磁体产生的其他次空间谐波可以降低电机的转矩脉动、减小电机的振动和噪声。因此,针对三次谐波注入式五相内嵌式永磁同步电机(IPMSM),提出一种转子铁心形状优化设计方法。理论推导转子铁心形状的解析表达式,根据电机参数进行有限元建模,得到优化后的电机模型气隙磁密谐波含量及转矩脉动。与优化前的电机模型进行仿真对比,得到的结果与理论分析吻合,气隙磁场优化效果显著。     

四开关逆变器供电永磁同步电机直接转矩控制系统转矩脉动抑制

永磁同步电机直接转矩控制(PMSM DTC)系统的转矩脉动问题一直被广泛关注，特别是在四开关逆变器供电系统中，由于可用电压矢量减少，转矩脉动更加严重。空间矢量调制(SVM)是一种常用的消除电力谐波的调制技术，更可用于电机控制中转矩脉动的削减。该文针对四开关逆变器供电PMSM DTC系统的特殊性，采用了一种新型SVM方法，分析了等效零矢量模拟技术，将传统SVPWM调制中的劈零思想引入到空间矢量的合成上。仿真及实验结果验证了该新型SVM DTC方法大大减小了转矩脉动，且仍保持了DTC系统固有的快速转矩动态响应。