五相永磁同步电机缺相运行的建模与控制

为提高五相永磁同步电机(PMSM)控制系统的可靠性,减小定子绕组发生开路故障时电机输出转矩的脉动分量,提出了五相PMSM缺相运行时的容错控制策略。从矢量空间解耦的角度,建立了含有3次谐波磁场的五相PMSM缺相运行时的数学模型。根据瞬时功率守恒原理,对故障前后的电磁转矩进行分析,提出了平均转矩保持不变的容错控制策略,通过重新分配各相电流的幅值和相位,实现了控制系统的满负荷运行;为了使电机在缺相故障时仍能提供平滑转矩,提出了脉动转矩保持为零的容错控制策略,实现了控制系统的无扰运行。采用转子磁场定向的方法,通过对旋转坐标系下的交直轴电流和零序电流进行控制,实现了对电机输出转矩的补偿。实验结果表明,所提出的容错控制算法能够有效改善五相PMSM在定子绕组发生开路故障时的运行性能。     

多电压矢量的永磁同步电机模型预测控制

为了进一步提高电机控制的动态性能,减小电流和磁链脉动,结合磁场定向控制和直接转矩控制的优点,研究了一种多电压矢量的永磁同步电机模型预测控制策略。利用电流状态方程和二阶欧拉法对定子电流进行预测,通过控制目标函数得到最佳的开关状态。搭建仿真平台,比较不同控制方式下的转速响应及定子电流、磁链脉动。仿真结果表明,该控制策略响应速度快,电流和磁链脉动小,取得了良好的控制效果。     

三相永磁同步电机断相容错控制

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的容错能力,减小定子绕组断路故障时电机电磁转矩的脉动,提出了三相永磁同步电机断相容错控制策略。基于故障后正常相绕组电流与电压之间的关系,建立了三相PMSM一相绕组开路时的数学模型。通过分析故障前后电机的电磁转矩,提出了电磁转矩输出不变的容错控制策略,通过调整非故障相电流的幅值与相位,计算前馈零轴电压,保证一相绕组开路故障时电机的正常运行。为了提升电机故障下电磁转矩输出的平稳性,提出前馈零轴电压与中线电流闭环修正相结合的容错控制策略,实现了电机控制系统故障条件下的无扰动运行。采用转子磁场定向的方法,通过在旋转坐标系下交直轴电流控制器上增加前馈零轴电压和中线电流闭环修正,实现了一相绕组开路时的转矩脉动的补偿。实验结果表明,该文提出的容错控制算法可以有效减小三相PMSM在定子绕组发生开路故障时的电机电磁转矩脉动,提高电机控制系统的容错性能。     

永磁同步电机两种磁场定向控制策略的比较

简要分析了永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)矢量控制和直接转矩控制的基本原理.矢量控制基于转子磁场定向,利用解耦思想将电机电流分解为转矩电流和励磁电流,并分别加以控制,从而获得高性能的控制效果.直接转矩控制基于定子磁场定向,以电机转矩为控制对象,通过实时观测电机转矩和定子磁链,利用滞环控制器和开关选择表控制逆变器功率器件的开关状态,输出合理的电压矢量,达到对转矩和定子磁链控制的目的.以TMS320LF2407A为控制芯片,并采用智能功率模块,搭建了实验平台,对这两种控制策略的初步实验测试结果表明,直接转矩控制的动态响应特性与矢量控制相差不大,但存在明显的电流和转矩波动.     

基于模型预测和谐振调节器的PMSM电流控制

为了提高永磁同步电机(PMSM)的控制性能,提出了一种基于模型预测控制(MPC)和谐振调节器的电流控制方法。首先,通过建立预测模型和滚动优化,设计PMSM电流预测控制器。然后,针对电流谐波造成的电机转矩脉动问题,在模型预测电流控制方法基础上引入了谐振调节器。实验结果表明,所提方法具有良好的电流动态性能和电流跟踪特性,且能有效地改善电流波形,减小转矩脉动。     

基于定子磁场定向的永磁辅助同步磁阻电机无差拍直接转矩控制

针对永磁辅助同步磁阻电机(PMASynRM)直接转矩控制(DTC)转矩脉动较大的问题,研究了基于PMASynRM的无差拍直接转矩控制（DB-DTC）方案。该方案将有效磁链的概念引入PMASynRM,〖JP2〗提取转子位置信息应用于DB-DTC,提高了电机的运行性能;采用了基于定子磁场定向的无差拍转矩控制方法以简化计算和有效抑制转矩脉动。搭建基于定子磁场定向的无差拍直接转矩磁链控制（DB-DTFC）模型并在MATLAB/Simulink软件上进行仿真试验,验证了该算法可以有效减小磁链和转矩脉动,具有较好的动态和稳态性能。     

基于二阶滑模算法的永磁电机直接转矩控制

针对传统直接转矩控制(DTC)方法低速控制精度差、转矩脉动大、开关频率不稳定等问题,提出了一种基于二阶滑模控制的永磁电机DTC方法。该控制方法基于二阶滑模控制原理,将传统磁链控制器与转矩控制器以滑模控制器替代,对空间电压进行矢量调制,提高了开关频率的稳定性,获得了良好的动态稳定性,改善了电机输出性能。仿真与试验结果表明,该控制方法能够有效减小电流脉动与转矩脉动,同时提高了控制系统的抗干扰能力,实现了电机的快速动态响应,具有较强的鲁棒性能。     

基于MPHFE的PMSM转矩脉动优化控制策略

为了按照选定的谐波次数优化永磁同步电机（PMSM）驱动控制系统的谐波转矩,设计了一种新颖的最少参数谐波磁链估计器（MPHFE）以进行电机谐波磁链的在线估计,从而实现了PMSM转矩脉动优化控制。所提出的MPHFE中无需使用电机电感、电阻和定子电流及导数等参数即可完成谐波磁链的估计,从而无惧参数扰动,具有极强的鲁棒性。MPHFE是通过磁场定向控制器和自适应前馈控制器组合作用将谐波电流强制为零实现的,即可以直接从估计的谐波反电动势中获得谐波磁链,无需其他电机参数参与运算。进一步将估计的磁链与电机谐波转矩综合模型结合使用,以确定消除谐波转矩的注入定子电流值。开展了PMSM不同工况下的测试,实验结果验证了所提出的方法能显著降低PMSM的转矩脉动。     

一种永磁无刷直流电动舵机四象限控制

分析了无刷直流电机(BLDCM)相电流和转矩的关系,得到了控制相电流就可以控制转矩的结论。在此基础上,提出了一种新型的无刷直流电动舵机四象限控制方法,该方法根据不同的转子位置计算反馈电流,并将反馈电流与给定电流滞环比较得到正/反转信号,通过该信号调节相电流以达到控制转矩的目的。本文还分析了BLDCM的换相转矩脉动,得到电机低速运行时,令2α=αt就可以保持非换相电流不变、消除换相转矩脉动的结论;在此基础上,指出了该四象限控制方法通过对相电流的控制能够减小电机低速换相转矩脉动。仿真和实验验证了该四象限方法能够实时、有效地控制相电流,减小电机低速运行时非换相电流的脉动,同时也能够满足系统的动态性能指标。     

永磁同步电机的无差拍电流预测控制

传统磁场定向控制在同步旋转坐标系下使用PI调节器对电机的直交轴电流分别进行控制,存在PI参数整定复杂,电流动态响应较慢等缺点。为了提高电机电流的动态性能,介绍一种无差拍的预测电流控制算法。首先介绍无差拍电流预测算法,推导出永磁同步电机的预测控制模型,然后对算法的稳定性进行分析,得出算法的稳定区间,采用一种鲁棒控制方法使得该控制算法在电机参数误差时也能大范围稳定,最后通过仿真对该算法进行验证。     

永磁同步电机有限控制集模型预测转矩控制系统研究

建立了基于定子磁链x-y坐标系的永磁同步电机(PMSM)有限控制集模型预测转矩控制(FCS-MPTC)系统,仿真验证了系统的有效性和可行性。针对磁链和转矩预测模型较为复杂的问题,提出了磁链和转矩的简化预测模型。理论分析、仿真和试验结果验证了FCS-MPTC的简化模型与常规模型控制效果相当,可明显减小计算负担,提高系统实时性能。将电压矢量幅值和角度作为FCS-MPTC的控制变量,设计了变幅值变角度的备选电压矢量集合。仿真结果表明该备选电压矢量集合可有效减小稳态转矩脉动,但动态性能不及传统备选电压矢量集合。基于不同备选电压矢量的特点,提出了根据系统状态自适应动态变化的备选电压矢量策略。仿真结果表明,该控制策略在静动态下均可取得良好的控制性能。     

基于迭代滑模和扰动观测器的永磁同步电机转速控制

为了提高永磁同步电机（PMSM）控制系统的转速跟踪精度和鲁棒性,抑制其周期性转矩脉动,提出了一种基于积分滑模控制和迭代学习方法的PMSM单环控制策略。控制器采用单环滑模控制策略替代了传统的转速-电流级联控制,简化了控制系统的结构,提高了系统动态响应,通过引入迭代学习控制有效抑制了因电流谐波而导致的转矩脉动,提高了转速稳态控制精度。此外,针对系统存在的外部负载扰动、模型和参数不确定性等,设计了双重扰动观测器估计系统扰动量,提高了系统的鲁棒性。最后,针对所提复合控制策略进行了试验验证。试验结果表明,所提出的控制方法具有良好的动态性能、抗干扰能力和稳态控制精度。     

永磁同步电机模型预测磁场定向控制技术

针对永磁同步电机磁场定向控制(FOC)策略中PI电流控制环存在超调、交直轴电流耦合等不足,提出了一种基于模型预测以及FOC技术的模型预测磁场定向控制(MP-FOC).MP-FOC优点在于:利用模型预测控制技术取代了传统FOC控制技术中的所有PI环,从而提高了电机的稳态以及动态性能;由于所提方案避免了PI环所带来的的不足...     

基于直接电流控制的BLDCM换相转矩脉动抑制

无刷直流电机传统的脉宽调压控制方式存在较大的换相转矩抖动,限制了它在高精度伺服控制系统中的应用。该文详细分析了无刷直流电机非换相电流与输出转矩与之间的关系,并以该电流为控制对象,研究了一种直接电流控制方式,结合两相导通控制模式,实现对电流的直接控制,进而控制转矩抖动。利用MATLAB软件将该控制方法与脉宽调压控制方法作对比仿真分析,仿真及实验结果证明,该控制方法能有效解决相电流及转矩波动较大的问题,并具有更好的负载响应速度和稳态性能。     

DTC与MPTC自适应切换的表贴式永磁同步电机控制策略

针对传统表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC)备选电压矢量数目多,计算负担较大等问题,将传统MPTC的7个备选电压矢量精简为1个由开关表输出的电压矢量和1个零电压矢量。仿真结果表明:该控制策略可有效减小转矩脉动和平均开关频率,消除了转速阶跃下的磁链脉动,并将MPTC的运算次数降低到2次或者0次,减少了系统的运算负担。为了进一步提升系统动态特性,提出根据系统状态将直接转矩控制(DTC)与MPTC自适应切换控制的策略。系统处于稳态时,采用基于开关表的MPTC;系统处于动态时,采用DTC。仿真结果表明:该策略结合了MPTC和DTC的优点,在保持控制效果的同时,提高了转矩动态响应,消除了动态下磁链脉动。     

基于新型趋近律和混合速度控制器的IPMSM调速系统滑模变结构控制

为了提高内置式永磁同步电机(IPMSM)调速系统的动、静态性能,提出了一种基于新型变速趋近律的滑模控制器,该新型趋近律基于反双曲正弦函数,根据系统状态量,采取变带宽趋近方式,可有效抑制系统的稳态转矩脉动。为解决滑模控制中电机起动时响应速度快与起动电流大的矛盾,提出了一种基于PI和滑模控制(SMC)的混合速度控制器(HSC),该混合速度控制器中滑模控制基于新型趋近律,通过控制器输入值的大小选择控制方式,有效解决了上述矛盾问题,且该控制器可进一步提高系统的响应速度并能进一步抑制稳态转矩脉动。通过仿真和实验,验证了该速度控制器和该新型趋近律的可行性以及有效性。     

换相期间无刷直流电机转矩脉动的抑制策略

无刷直流电机的转矩脉动是影响其性能的重要因素.针对换相期间的转矩脉动进行了分析,重点研究了非理想反电势、关断相和开通相相电流变化速率不等这两个因素引起的转矩脉动,为了抑制这两个因素引起的转矩脉动,提出了分段控制的策略.该策略集成了转矩直接控制和重叠换相法的优点,可以有效抑制由非理想反电势、关断相和开通相相电流变化速率不等引起的转矩脉动.通过仿真分析验证了该方法和其中两种方法单独应用时的差异,证明了分段控制策略在换相期间抑制转矩脉动的有效性.     

基于恒定开关频率空间矢量调制的异步电机间接转矩控制

介绍了间接转矩控制的基本原理,通过一种新型的全阶状态观测器能同时准确观测定子磁链和转子磁链,并加入弱磁控制算法,将间接转矩控制扩展到全速度范围.本文对此方案进行了仿真分析和实验验证,仿真及实验结果表明,定子磁链轨迹为圆形,定子电流为正弦波,谐波小,转矩脉动小,动态响应快,且开关频率恒定,噪声小.仿真和实验结果证明了本文实现的全速度范围异步电机间接转矩控制方案是可行的,系统具有良好的动静态性能,在具有较高开关频率的中小功率应用场合有着非常好的应用前景.     

基于混合控制集预测控制的永磁同步电机电流脉动抑制方法

模型预测控制(MPC)技术近年来在高动态性能电机驱动系统中应用广泛。为了克服传统MPC技术中有限控制集(FCS)造成的稳态电流脉动问题,提出了一种基于混合控制集(MCS)预测控制的永磁同步电机(PMSM)电流脉动抑制方法。分析建立PMSM预测控制系统离散数学模型,并分析电压矢量精度与电流脉动之间的关联性;在此基础上,MCS-MPC将电压源型逆变器有限的有效电压矢量数,扩展为多个以占空比形式存在的虚拟电压矢量,并基于上述虚拟电压矢量完成MPC优化问题在线求解;此外,考虑到MCS-MPC系统的参数敏感性问题,对MCS-MPC系统反馈噪声问题进行分析讨论。最后,搭建双15 k W PMSM对拖样机测试平台进行试验分析,分析内容包括MCS方法动态跟踪特性、电流脉动稳态效果。试验结果表明所提出的MCS-MPC方法在保留了传统预测控制技术高动态响应的基础上,可有效降低PMSM稳态电流脉动幅度和运行噪声。     

永磁同步电机瞬时功率控制

基于对电机输入瞬时有功无功功率的分析，提出一种新的永磁同步电机瞬时功率控制方案。分析表明，输入瞬时有功功率决定了定子侧磁场幅值变化速率，而输入瞬时无功功率则决定了定子侧磁场旋转速率，可以通过控制电机输入瞬时有功无功功率来控制电机磁场和输出转矩，以获得快速的转矩动态响应和稳定的稳态转矩。在Simulink中进行了此永磁同步电机瞬时功率控制方案仿真，包括动态和稳态运行仿真，在仿真结果的基础上，分析了瞬时功率对磁场和输出转矩快速性和稳定性的影响，仿真结果表明瞬时功率控制方案是一种高性能的控制方案。