方波工况下基于q轴电流误差的异步电机转子磁场定向误差校正策略

在异步电机的控制中,转子磁场定向控制以其高转矩控制精度和快速的动态响应速度得到非常广泛的应用,但是在交流电力机车等大功率应用领域,电机在弱磁区通常采用方波控制,电机电压失去调节能力,造成传统的矢量控制算法失效。该文对异步电机方波控制策略进行了研究,提出一种方波工况下异步电机转子磁场定向角度误差的实时校正策略,该方案中采用电流开环控制,通过分析磁链角度误差对电机d、q轴电压指令值与实际值的影响,进而利用电机模型提出通过q轴电流参考值和反馈值的误差消除方波工况下转子磁场定向角度误差。仿真和实验都验证该方案能够对各种原因引起的转子磁场定向角度的误差起到很好的校正效果,使电机转矩输出在方波下仍然具有高稳态精度和快速的动态响应速度。     

异步电机弱磁区转矩最大化策略

异步电机工作在弱磁区时,转矩随着转速的升高急剧下降,在转子磁场定向系统中,充分利用电机和逆变器的最大电压、电流限制,无需d轴电流控制器,通过调节q轴分量,稳定高速失步状态,实现弱磁区转矩最大化。异步电机在电压极限状态遇到干扰时,通过旋转定子电压矢量产生动态电压边缘,提高系统的瞬态响应。当异步电机运行在弱磁区,铁损增大,影响电机的磁链水平和转矩输出,引入铁损补偿机制,确保弱磁区的转矩最大化。仿真和实验证明,该控制系统能实现异步电机弱磁区转矩最大化,且具有很强的鲁棒性。     

方波工况下牵引电机参数不准对矢量控制性能的影响

针对电力机车牵引电机在方波控制方式下电机电压失去调节能力,造成传统的矢量控制算法失效的问题,采用一种基于电流开环控制的改进型矢量控制方案。在此基础上,针对牵引电机参数不准对改进型矢量控制性能的影响,包括转子时间常数估算误差与定向角度误差,电机磁链和实际输出转矩之间的关系,定向角度误差与电机实际d,q轴电压之间的关系以及电机互感估算误差对控制性能的影响等进行详细的理论分析,从而可以为研究方波下改进型矢量控制的磁场定向角度校正措施提供一定的参考依据。仿真和实验结果证明了理论分析的正确。     

BSG微混系统电机控制策略的研究

针对BSG微混动力汽车系统的要求,采用混合励磁爪极同步电机作为系统电机。结合起动-发电一体化工作模式,介绍了基于空间电压矢量控制的控制策略。起动部分的控制策略为电动运行策略,根据运行工况分别进行增磁和弱磁控制,在增磁控制策略下,励磁电流作用为增磁以提高转矩;弱磁控制策略下,采用励磁电流和直轴电流协调控制以抵消永磁体磁场,提高转速。发电策略采用电压电流双闭环的控制策略,励磁电流作用为调节磁场来满足可控整流的要求,从而实现母线电压稳定。根据电机的数学模型对控制策略进行了仿真分析和样机测试,仿真和实验结果表明:在起动状态下,该控制策略具有在增磁区大转矩、在弱磁区宽调速范围的特性;在发电状态下,该控制策略可以使母线电压在宽转速范围内维持稳定,具有优良的调磁调压能力。     

基于专家控制器的电动汽车感应电机弱磁区优化控制研究

由于感应电机驱动系统采用数字控制器和脉宽调制输出会伴随着数字延迟的问题,加之参数可能存在的扰动,使得传统的间接磁场定向控制方法在感应电机高速弱磁区的控制性能降低。针对此问题,提出了一种基于专家控制器和模糊推理机制的感应电机弱磁区优化控制策略。考虑到传统间接磁场定向控制中电流调节器在弱磁区若没有获得适合的电流参考指令,则可能会产生高频振荡乃至失稳。因此,在传统方法的基础上将转速闭环输出的电流参考先送入到专家控制器,专家控制器基于数据库和模糊推理,对电流参考进行修正,其中模糊推理机制基于简单的高斯函数逻辑实现。最后,构建了感应电机驱动试验平台,开展了电机在弱磁区的高速驱动试验,试验结果验证了新型控制策略的有效性。     

一种基于无功功率的异步电机矢量控制转子磁场准确定向方法

当转子磁场定向的异步电机矢量控制系统工作存高频弱磁区时，由于电机参数变化等多种因素影响，导致磁场定向不准，甚至危及电机可靠运行。为了保证磁场定向的准确，提出一种根据无功功率对转子磁场观测位置进行校正的控制方法，即以无功功率闭环来校正转子磁链的观测位置。同时，采用给定d轴电流的方法来保证系统不受磁链观测幅值不准的影响。实验证明，该方法改善了弱磁高速区的控制性能，使功率、电压均基本保持恒定，大大提高了矢量控制系统对电机参数特别是转子时间常数的鲁棒性。     

考虑参数变化的永磁同步电动机弱磁控制研究

永磁同步电动机的弱磁控制是通过增加定子直轴负向电流,利用直轴电枢反应使电机气隙磁场减弱,达到等效于减弱合成磁场的效果以实现弱磁增速的目的,这就造成弱磁运行时,转速越高对应的直轴负向电流越大,即电枢反应越严重.直轴电枢反应严重影响着直轴同步电感,同时交轴电流也在一个较大的范围内变化,交轴电流的变化也影响着交轴同步电感和永磁体产生的磁链.当电机参数在运行过程中发生较大变化时,便造成了转矩给定值和实际系统的转矩输出能力之间存在一定的偏差,使得系统无法跟踪指令值,导致整个系统性能下降.当电机参数发生变化时,为了提高系统的控制性能,本文提出了转矩模糊控制器,从而使给定转矩较好的跟踪电机实际转矩输出能力.     

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。     

电动汽车用感应电机最大转矩电流比策略研究

提供了一种电动汽车用感应电机最大转矩电流比控制策略,用以实现全转速范围内转矩电流最优控制。转矩电流正交分解和弱磁环同时工作,通过引入开关时间量判断条件获取直轴电流参考值,既保证了全转速范围内转矩电流比最优,又保证了弱磁区和非弱磁区的平滑切换。通过弱磁区最大滑差频率和控制器输出峰值电流限制交轴电流参考值上下限幅值,保证系统在深度弱磁区稳定可靠运行。该控制策略保证了感应电机全速度范围内的最优转矩电流控制,并且解决了弱磁区和非弱磁区频繁切换时输出电流畸变的问题,使蓄电池能量达到最高效利用,对电动汽车的发展具有深远意义。通过仿真和试验测试,验证该控制策略的有效性。     

感应电机弱磁区转矩输出与电流动态性同步提升控制策略EI北大核心CSCD

弱磁控制技术是感应电机高速驱动的核心技术之一,传统弱磁方案存在直流母线电压利用率低与电压饱和问题,造成弱磁区感应电机输出转矩不足与电流动态性变差的问题。为提升弱磁区电压利用率并抑制电压饱和,同步提升弱磁区输出转矩与电流动态性,文中提出优化的六边形电压拓展策略。首先,设计随电压矢量旋转实时更新的六边形电压给定以实现六边形电压拓展,并定量分析六边形拓展电压下的最大转矩提升;进一步分析六边形电压运行情况下,零电压裕量状态造成的电流动态性问题,提出励磁电流优先控制的优化方案。最后,通过对比实验验证所提出方法的有效性。     

感应电动机转子磁场定向下的弱磁控制算法

电动汽车、数控机床等应用领域要求感应电动机具有宽范围的恒功率弱磁调速能力。提出一种感应电动机弱磁状态下电压和电流轨迹控制的新方法。在满足电机和驱动器最大电压和电流约束条件的前提下,该方法可实现全速度范围内的最大转矩输出。此方法不需要查表运算,对电机参数的依赖性较低。通过对SVPWM方法中得到的零电压矢量作用时间的积分,可得到d轴电流的给定值,从而实现最大转矩电流比（maximum torque per ampere,MTPA）控制区与弱磁区之间的平滑过渡。在5.5 kW系统上对所提弱磁方法进行仿真和实验验证,实验结果证实了该方法的可行性。     

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。     

基于电流边界限制条件的异步电动机弱磁控制

在空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制策略下,通过分析异步电动机电流限制圆与电压限制圆的特性,结合电动机调速的实际应用情况,提出了一种基于电流边界限制条件的弱磁控制策略。该方法在调节励磁电流后能够使输出转矩电流逼近转矩电流限制条件,进而使定子电流矢量逼近电流限制圆。相对于电压闭环弱磁控制,该法可以将最大励磁电流作为励磁电流初始值,提高恒转矩区转矩的输出能力。在弱磁区不需要考虑电压裕量的问题,可以充分利用电压的输出能力,提高弱磁区转矩的输出能力。鉴于励磁电流调节过程的非线性,同时引入了模糊PI控制器,使得调节过程更加精确,具有更好的动、静态特性。     

电动车用感应电机弱磁控制研究

针对弱磁阶段电机转矩下降的问题,在弱磁阶段电压控制策略的基础上,通过适当的选择漏感,提出了一种简化的电压控制策略。采用该方法能够使电机在整个弱磁阶段输出转矩保持最大,并确保非理想磁场定向条件下的转矩和升速性能。利用Maflab建立感应电机驱动系统模型仿真,将仿真结果与传统的弱磁控制进行比较,可以看到转矩性能较传统的方法有20％的提高,证实了此方法的可行性。     

永磁同步电机改进弱磁策略

常规矢量控制方式下永磁同步电机调速系统不会对电机气隙主磁场作弱磁调理,限制了永磁同步电机调速能力。采用电压反馈弱磁能够提升PMSM的调速能力,但是传统弱磁控制策略在深度弱磁区域给定的电流较大,容易导致实际电流无法跟踪给定电流,电流与输出转矩波动大,甚至存在调速系统失控的风险。改进后采取在深度弱磁区域中加入q轴电流误差积分的弱磁控制环节。仿真和实验验证了改进后的弱磁控制策略能够有效地抑制电流和转矩的波动问题。为了进一步改善电机速度响应性能,速度环采用模糊PI控制器,减小速度响应时的超调量和调节时间。     

基于台架标定的IPM电机复合弱磁控制技术

内置式永磁(IPM)电机在基速以上需要进行弱磁扩速,为弥补负i_d补偿法高速稳定性差的不足,提出一种基于台架弱磁标定查表法+负i_d补偿法的复合弱磁控制技术。详细分析了台架弱磁标定方法和数据处理方式;电机运行区域判断和d,q轴电流指令由转矩指令和实际转速根据查表得到。负i_d补偿法以逆变器最大输出电压为参考值构建弱磁环,输出d轴去磁电流,使异常工况下d,q轴电流指令落到电压极限椭圆内。实验结果表明,该方法具有良好的动态响应特性,系统稳定性高。     

永磁同步牵引电机高速运行时再生制动研究

列车为防止在中性区趴窝,一般以较高速度驶入中性区。为确保辅助系统在中性区不断电,牵引电机需在高速区快速由牵引工况转换为再生制动工况。这里分析了永磁同步牵引电机高速区弱磁控制原理,给出了基于负直轴电流补偿弱磁控制框图,研究了列车进出中性区时永磁同步牵引电机交直轴电流工作区域。基于负直轴电流补偿弱磁控制策略研究了同步旋转d,q坐标系前馈/反馈解耦比例积分(PI)电流调节器和d,q坐标系复矢量电流调节器的控制器在高速弱磁区的再生制动性能。理论分析和仿真结果验证了d,q坐标系复矢量电流调节器在高速弱磁区具有更优异的控制性能。     

基于电流矢量角的IPMSM最大转矩电压比深度弱磁控制

电机处于高速轻载工况下,为了使电机效率最佳,需要控制电机电流工作点从最大转矩电压比(MTPV)轨迹沿着电压极限椭圆切换至普通弱磁区.基于直轴电流差的MTPV控制算法能够实现该电流轨迹控制,但是切换过程不平滑,伴随着电流和转矩震荡.在超前角弱磁法的基础上,提出一种基于电流矢量角的MTPV控制算法,利用电流矢量角查表得到MTPV轨迹上的电流矢量幅值,以此作为约束条件来实现MT-PV控制,由于未使用开关来完成电流轨迹切换,MTPV轨迹至普通弱磁区实现平滑切换,电流和转矩平滑过渡.Matlab/Simulink仿真验证了所提算法的有效性.     

轻轨车辆永磁同步电机弱磁控制研究

针对轻轨车辆用永磁同步电机弱磁区控制方式开展研究,分析了永磁同步电机在弱磁区运行时电压极限圆和电流极限圆的变化趋势,讨论了弱磁区电机电流给定方式,设计了可用于恒转矩调节的弱磁控制器并说明其基本原理.对弱磁控制器中出现的比例积分(PI)调节器饱和现象采用抗饱和解决方案,对弱磁区脉冲调制方式进行分析,采用混合脉冲调制方式解决了弱磁区电压脉冲数量较少的问题.试验表明,所提弱磁控制器能够保证轻轨车辆永磁电机弱磁区稳定运行,易于工程化实现,满足轻轨车辆运行时转矩输出要求.     

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。