用谐波注入抑制永磁同步电机转矩脉动

气隙磁场的畸变和逆变器的非线性特性使永磁同步电动机（permanentmagnetsynchronousmotor,PMSM）电流中含有大量高次谐波,电流波形发生畸变,导致电机电磁转矩脉动。针对这一问题,提出了一种新颖的谐波抑制算法,在建立PMSM谐波数学模型的基础上,利用注入谐波电压的方式来抵消电机运行时电机电流中的谐波分量,改善电机电流波形,抑制电机电流谐波分量和电磁转矩脉动。通过仿真及实验验证了该算法的有效性。该算法不需要增加任何硬件和离线实验测量,具有较强的灵活性和适应性。     

基于比例谐振控制器的高凸极率永磁同步电机电流谐波抑制策略研究

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,PMSM)中,有一部分电机由于其转子结构的特殊设计,凸极比可以到达5到10倍甚至以上。这种高凸极率的设计在低速无位置控制、弱磁扩速等方面具有很大优势,但同时其调速系统的控制策略更为复杂,对其电机电流上谐波分量的抑制也更为困难。该文提出一种基于比例谐振(proportional resonance,PR)控制器的电机闭环调速控制方法,来抑制高凸极率PMSM的电流谐波,以改善电机性能。该文通过仿真和实验验证该控制方法的有效性。通过实验结果可知,基于PR控制器的谐波抑制策略在电流控制模式和电压控制模式下均能有效抑制高凸极率PMSM的电流谐波。     

永磁同步电机转矩脉动抑制方法

分数槽集中绕组永磁同步电机被广泛用于伺服控制系统。由于电机极槽配合以及制造过程中机械加工与装配误差等因素,所以永磁同步伺服电机输出转矩中会存在固有的周期性转矩脉动,影响伺服系统实现高精度的速度与位置跟随。因此,采用转矩观测器来估计由上述原因造成的转矩脉动,再将转矩脉动与位置信号通过一定处理,计算出相应的前馈转矩电流,补偿到电流指令端,对转矩脉动进行抑制,从而减小转速脉动。通过仿真和试验验证了抑制方法的有效性。     

基于PI的永磁同步电机转矩脉动抑制研究

永磁同步电机由于具有高效率、高转矩密度等优点而被广泛应用于各种要求高性能伺服控制的场合,但是其转矩存在较大脉动,限制了永磁同步电机在高精度场合的应用。所以研究永磁同步电机的转矩脉动抑制策略有着重要意义。在分析永磁同步电机系统结构和工作原理的基础上,建立了永磁同步电机的基波与谐波的数学模型,进而推导出基波与谐波的共同作用下电磁转矩的表达式,说明转矩脉动主要由6次分量与12次分量组成。以此为基础提出了一种基于PI控制器的转矩脉动抑制方法,通过向q轴注入额外的谐波电流,以抑制电机的转矩脉动。最后通过Matlab/Simulink仿真验证了此算法的有效性。     

基于比例积分-准谐振控制器的直驱式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

由于受逆变器固有的非线性特性和气隙磁通谐波等因素的影响,永磁同步电机定子电流中含有大量的高次谐波分量,这些谐波电流分量与转子永磁体磁场作用,使电机产生谐波转矩脉动,特别是在直接驱动系统中,转矩脉动更为严重。针对这一问题,从转矩脉动产生的机理出发,提出一种基于比例积分-准谐振控制器的转矩脉动抑制方法。该方法根据理想谐振控制器在谐振频率点处的增益为无穷大,可以对谐振频率点处的正弦信号实现零稳态误差跟踪控制,将谐振控制器与电流环PI控制器并联,对定子电流中的谐波分量进行补偿,改善定子电流波形,实现抑制转矩脉动的目的。仿真与实验结果证明了所提方法的正确性和有效性。     

永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动抑制研究

针对直接转矩控制系统不合理转矩脉动问题,依据永磁同步电机直接转矩控制理论,提出了基于12定子磁链扇区和12电压矢量的控制策略,分析了不同电压矢量在不同定子磁链扇区内对转矩的作用,给出了不合理转矩脉动产生的原因,并提出了一种新颖的开关表.理论分析和仿真结果表明这种控制策略可以最大程度上减小不合理转矩脉动范围.     

基于谐振数字滤波器的直驱式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

由于受逆变器的非线性特性、转子永磁体磁场谐波和齿槽转矩等因素的影响,永磁同步电机定子电流中含有大量的高次谐波分量,这些谐波分量与转子永磁体磁场作用,使电机产生转矩脉动,特别在直驱系统中,转矩脉动更为严重。针对这一问题,提出一种基于谐振数字滤波器的转矩脉动抑制方法。该方法基于理想谐振控制器在谐振频率点处的增益为无穷大,可以对谐振频率点处的正弦信号实现零稳态误差跟踪控制的特点,在文中设计了一个谐振数字滤波器,并把它串联在电流环PI控制器的输出端。通过谐振控制器产生谐波电压补偿信号,抵消电流环PI控制器输出电压中的谐波分量,实现对输出电压的数字滤波,从而减小定子中的谐波电流含量,实现对转矩脉动的抑制。仿真与实验结果验证了文中所提方法的正确性和有效性。     

永磁同步电机转矩脉动和振动噪声抑制

抑制转矩脉动和振动噪声是设计永磁同步电机的难点之一。通过对永磁同步电机齿槽转矩形成机理进行分析,考虑极弧系数和大小极磁极结构对齿槽转矩的影响。基于等效面电流法对永磁同步电机的气隙磁场进行建模。采用粒子群算法优化了永磁同步电机的极弧系数,利用大小磁极结构配置方式,降低了气隙电磁力谐波对转矩脉动幅值影响较大的阶次,从而实现抑制电机齿槽转矩的目标。将永磁体优化前后的转矩脉动和噪声幅值进行对比表明,该方法可有效地降低永磁同步电机的转矩脉动和振动噪声。     

基于谐振调节器的永磁同步电机电流谐波抑制方法

当永磁同步电机在转子磁场定向控制方法下运行时,由于电机齿槽以及逆变器死区效应等非理想因素的影响,d、q轴电流中会包含谐波。为了抑制电流谐波,该文采用在电流控制环上并联谐振调节器的方法对特定的谐波进行抑制。谐振调节器在给定的谐振频率下有无穷大的增益,因此可以对该频率的谐波进行完全抑制,但是当输入为阶跃信号时,电流响应会出现超调。为了消除超调,同时提高电流的动态响应速度,采用一种前馈控制方法,同时考虑数字控制延时的影响,达到了电流响应没有超调,快速跟踪的效果。为验证该文提出的方法,进行了仿真分析,并在1.25 kW永磁同步电机实验平台进行了实验,验证了该文方法对电流谐波抑制及动态响应速度的提升作用。     

矢量控制永磁同步电机的转矩脉动抑制研究

为满足永磁同步电机交流调速系统的高性能要求,需要对电机的转速在较宽的速度范围内进行精确估计和控制。然而电机低速运行时,位置传感器在检测过程容易受到噪声干扰,噪声叠加在反馈信号上进入调速系统,增大永磁同步电机的转矩脉动,需要信号处理技术来提高在每个采样瞬间的速度估计值的精度。为解决这一问题,在设计电机矢量控制系统的基础上,采用递推最小二乘法(RLS)自适应滤波器对噪声环境中的电机转速进行优化。仿真试验结果表明,与传统的PID控制方法相比较,在保证高速性能的情况下改善了电机转速控制的动态性能和低速性能,体现出方法的可行性和有效性。     

电动汽车用永磁同步电机转矩脉动抑制方法综述

在各类驱动电机中,永磁同步电机以其能量密度高,效率高、响应快等优势,广泛应用于电动汽车电驱动系统中。电机本体存在气隙磁场分布的非正弦特性、齿槽效应,逆变器存在死区时间和管压降等会引发电机的转矩脉动问题,导致电驱动系统产生大量电磁噪声。国内外学者提出了多种优化和改进措施,结合近年来国内外的研究成果,针对电机本体齿槽转矩脉动采用的斜槽法和分数槽法、针对电流谐波转矩脉动的迭代学习控制、重复控制法、附加转矩闭环控制和谐波电流注入法等,分析了各类方法的优缺点,为改善电动汽车的舒适性和电驱动系统的可靠性提供了理论参考。     

非理想磁链永磁同步电机转矩脉动抑制

针对非理想正弦波磁链永磁同步电机(PMSM)运行时存在的转矩脉动问题,提出一种考虑谐波磁链相角的转矩脉动抑制方法.通过推导考虑谐波磁链的转矩模型,构造出同时考虑转矩脉动和损耗最小化的目标函数,并采用遗传算法进行优化获得待注入系统的最优谐波电流指令.同时,该优化策略直接使用一个电角度周期内的转矩波形作为优化目标,将转矩以...     

补偿电流注入的永磁同步电机转矩脉动抑制方法

采用PWM技术后,在永磁同步电机中可能产生刺耳的电磁噪声,同时PWM谐波电流引起电机转矩脉动、涡流损耗增加及产生电磁干扰等问题。利用Maxwell有限元仿真,对永磁同步电机的定位转矩谐波分析,找出定位转矩中幅值较大的基波和主要谐波分量。通过注入补偿电流产生的转矩抵消定位转矩中的基波与二次谐波分量,从而达到抑制永磁同步电机转矩脉动的目的,仿真结果表明了方法的有效性。     

基于复合控制的永磁同步电机电流谐波抑制策略

当电机转速发生变化时,重复控制(RC)器控制的谐振频率将偏离电流谐波的频率,系统的谐波抑制能力会降低。针对该问题,分析了永磁同步电机(PMSM)的电流谐波数学模型和谐波产生原因,介绍了传统RC原理,并在传统RC的基础上,引入Fal函数,构建了一种基于Fal函数的复合控制策略,使传统RC在稳态过程中具有更好的效果。同时,对传统RC的内模进行改进,并将其嵌入电流环,进一步提高复合控制器的谐波抑制能力。最后以一台5.5 kW PMSM作为研究对象进行仿真分析和试验验证,结果表明了该方法的有效性。     

基于负载转矩观测的永磁同步电机抑制转速脉动控制方法

在电机调速系统中,需要抑制由负载转矩的周期性波动引起的转速脉动,单纯依靠转速调节器难以获得理想的转速脉动抑制效果。对于无法安装位置传感器的永磁同步电动机,只能通过软件观测转子的转速和位置,更加大了抑制转速脉动的控制难度。本文采用一种基于假设旋转坐标系的无位置传感器观测方法,对转子位置和转速进行观测,并通过转速信息进一步观测负载转矩中的周期性脉动分量。在此基础上,提出一种负载转矩电流前馈补偿方法,依据观测得到的负载转矩波动幅值对电动机转矩电流的给定值进行相应的前馈补偿,从而抑制转速脉动,明显提高了转速调节器的控制性能。通过带模拟空调压缩机负载实验,验证了所提方法的有效性。     

永磁同步电机直接转矩控制不合理转矩脉动

针对永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动问题,依据永磁同步电机直接转矩控制理论,建立了永磁同步电机直接转矩控制系统模型,并分析了电压矢量对转矩的作用,得出以下结论:当定子磁链幅值与转矩角变化矛盾时,一定条件下转矩变化与定子磁链幅值的变化一致;此时传统开关表选择的电压矢量对转矩的实际作用与系统期望值相反,从而产生了不合理的转矩脉动.仿真结果验证了理论分析的正确性.     

基于有限集电流预测控制的永磁同步电机转矩脉动抑制

永磁同步电机(PMSM)磁场定向控制策略鲁棒性差、动态响应速度慢,一般需要复杂的PID参数整定方法,并且很难在较大的速度范围内通过固定的一组PI参数获得较优的静动态性能。为了解决上述难题,提出一种有限控制集电流预测策略用于PMSM的电流环控制,该方法直接处理离散开关状态集合而无需复杂的空间矢量调制过程,利用快速转矩响应通过电流偏差构造价值函数对电机负载切换时转矩脉动进行优化。对控制延时进行补偿减小电流谐波畸变降低稳态转矩脉动。仿真结果表明:与传统的磁场定向控制方法相比,所提方法具有更好的静动态性能,且在低速、高速时该方法均可以有效的减小定子电流波动,抑制了电机的转矩脉动。     

基于谐波观测器的永磁同步电机谐波电流抑制策略研究

针对传统基于谐波注入的抑制策略只对特定的次电流谐波有效,而对其他幅值较高的低次谐波抑制效果不够理想的问题,在推导出与永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)、变流器及负载非线性等因素有关的电压、电流谐波解析表达式的基础上,提出一种新颖的基于谐波观测器的电流谐波抑制策略,通过对电压谐波的控制实现对PMSM/变流器系统中全频次低频电流谐波的有效抑制。所设计的谐波电流调节器通过与电流内环的基波电流调节器的并联,实现了对电流的基波分量和谐波分量的解耦控制,在不影响基波电流控制目标的前提下,实现了对于低频各次电流谐波的有效的抑制。为验证算法的有效性,在实验室搭建PMSM/变流器系统测试平台,进行电流谐波抑制策略的实验验证工作。动静态实验结果表明,该方法运算量小、实现方式简单,对各次低频电流谐波均有较为明显的抑制效果,可以有效的改善电流波形。     

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。