三相四开关逆变器供电的IPMSM直接转矩控制系统建模与分析

为获得较高的转矩响应速度和较低的转矩脉动,将基于比例-积分控制器和空间矢量调制的直接转矩控制(PI-SVM DTC)引入到由三相四开关逆变器供电的凸极式永磁同步电机(IPMSM)驱动系统中。鉴于电机的强耦合性,同时为便于分析其定子磁链环,建立了IPMSM在静止坐标系下以定子磁链为状态变量的状态空间模型。为改善系统的稳态性能,构建无差拍全阶状态观测器,实现对定子磁链的闭环观测。揭示了传统定子磁链环极点放置位置存在的问题,并利用一种简单的方法对定子磁链环极点位置进行优化。对PI-SVM DTC的转矩环进行建模分析,为PI控制器的设计提供依据。另外,为抑制三相四开关逆变器直流母线中性点电压偏移,根据其偏移量生成合适的补偿量,并将其添加到定子磁链控制环中。实验结果验证了该模型的有效性。     

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。     

内嵌式永磁同步电机改进型解耦控制

内嵌式永磁同步电机(IPMSM)具有好的转矩性能和宽的调速范围,但其电流控制器需要精确的参数模型,由于饱和效应影响,电感参数会随运行条件不同发生改变,控制器受耦合影响,系统容易出现速度及转矩超调、扰动等现象。为了提高IPMSM恒转矩及恒功率区的控制性能,本文设计了一种改进型电流解耦控制器。控制器基于模型参考自适应法对参数进行在线检测,检测系统加入了前馈及闭环反馈,保证了参数检测的准确性及鲁棒性。这种解耦电流控制器结构简单、紧凑,有效改善了控制性能。实验和仿真结果表明,这种改进型控制器能有效准确的实时在线检测参数,同时使得整个系统响应速度快、无超调、系统转速稳定无扰动现象,能明显地提升系统性能。     

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。     

电动汽车IPMSM单电流调节器弱磁控制技术

针对电动汽车IPMSM在弱磁扩速时交直轴电流强耦合的问题,采用单电流调节器的弱磁控制方式,通过选择开关对最大转矩电流比(MTPA)控制方式和弱磁控制方式在不同运行状态下进行切换。在弱磁控制中直轴电压指令由直轴电流调节器获得,交轴电压指令则根据直轴电压值通过调节器直接给出。该方法能够对电机直流电压充分利用,使电机工作在最优工作点。建立该控制系统的Matlab/Simulink仿真模型,仿真结果分析证明该方法的可行性。最后搭建以英飞凌TC 1782为主控芯片的电动汽车驱动控制系统平台,对所提的控制策略的实际应用能力进行验证。     

基于旋转高频信号注入法的内置式永磁同步电机低速段转子位置检测及其误差补偿

旋转高频信号注入法注入信号较为稳定,且位置估计过程不依赖电机参数,因而十分适用于内置式永磁同步电机(IPMSM)的零、低速转子位置检测。针对传统高频信号注入法无法辨别磁极的问题,用电压方波注入法检测磁极,结合有限元软件仿真,来合理选取方波电压幅值和时长,有效缩短了磁极判断耗时。分析了滤波器和信号离散化对位置估计精度的影响,提出在低速段可用线段拟合带通滤波器中心频率处的相频特性曲线,推导所需补偿角度与电机转速的关系。在理论分析的基础上,采用基于DSP28335的样机平台进行试验,结果表明磁极判断过程稳定,耗时较短,补偿后的位置估计值相比补偿前有明显改善,调速过程中系统动态性能良好。     

内置式永磁同步电机效率优化控制策略

以效率优化作为内置式永磁同步电机(IPMSM)驱动系统控制目标,研究了IPMSM的最大转矩电流比控制(MTPA)系统,并分析了MTPA控制的不足。在传统效率优化控制算法基础上充分考虑分析铜耗、铁耗和杂散损耗影响,并考虑参数变化的二次补偿,提出新的损耗最小化控制策略,并对其实际应用进行了工程化简,兼顾了效率优化精度和工程实现性。采用MATLAB软件建立了系统仿真模型,分析对比了以上两种控制策略效率优化效果,仿真结果证明了该策略的有效性。     

电动汽车空调无位置传感器的内置式永磁同步电机控制研究

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器的转子位置和速度估计的难点,提出了一种基于改进定子磁链观测器的转子位置、速度的估计方法。该方法结构简单,涉及电机参数少。通过引入有效磁链概念对IPMSM的电压方程进行等效变换,对两相静止坐标系下的反电动势进行积分。为了抑制反电动势的积分环节带来的积分饱和和直流漂移问题,设计了截止频率可以自动调节的低通滤波器来代替积分器。对于在低速时低通滤波器所带来的磁链幅值衰减和相位超前问题,利用饱和反馈对观测误差进行补偿。最后通过锁相环进行位置的估计。搭建了MATLAB/Simulink仿真平台。仿真表明:该方法能够实现对IPMSM全速度范围内的转子位置的高精度估计。     

基于田口法的内置式双层永磁体转子结构的设计与优化

采用多层永磁体转子结构的内置式永磁同步电机具有较大的凸极比,可以充分利用转子的磁阻转矩,在电动汽车等领域得到了越来越广泛的应用。内置式多层永磁体转子结构的参数较多,组合灵活,其设计和优化是电机设计的一个难题。本文针对某180kW调速永磁同步电机的转子设计,选用"V一"型双层永磁体转子结构,引入田口法,选取合适的磁路参数和目标优化参数,建立田口实验正交表,然后利用有限元方法分析不同磁路参数组合下的电机性能。在此基础上,评估各磁路参数对各目标优化参数的影响,进而确定了转子结构方案。本方法对双层永磁体转子结构设计具有一定的指导意义。     

基于模糊控制的IPMSM调速系统研究

在分析IPMSM数学模型的基础上,提出了一种新型的IPMSM调速系统模糊控制方法;运用模糊逻辑分析和设计了控制器,建立了仿真模型,并针对不同运行情况对基于模糊控制的IPMSM调速系统进行了仿真分析。仿真结果验证了该模糊控制方法的有效性,实现了IPMSM调速系统的自适应控制,达到了高精度的控制要求。