基于田口法+磁极偏移的IPMSM转矩脉动优化设计

IPMSM的转矩脉动作为一项重要的性能指标,直接影响电机的控制精度和稳定运行,因此对IPMSM的转矩脉动优化设计至关重要。田口法是一种简单、有效的多目标优化方法,同时磁极偏移可以有效削弱电机的齿槽转矩以及降低转矩脉动,结合这两种方法本文提出了应用田口法+磁极偏移对IPMSM的转矩脉动进行优化设计。通过对比分析了未优化、磁极偏移优化和田口法+磁极偏移优化3种设计方案的仿真结果,验证了田口法+磁极偏移优化设计方案的转矩脉动优化效果为最佳。     

基于SVM-CSO算法的PMSM齿槽转矩优化

为了削弱永磁同步电动机的齿槽转矩,首先推导齿槽转矩的解析表达式,使用Ansys分析25组削角尺寸下的齿槽转矩,以此为样本空间,利用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)获得目标函数,通过纵横交叉算法(Crisscross optimization algorithm,CSO)算法求解得到最优的削角尺寸。最后与有限元软件仿真结果对比,验证了本方法的正确性,为削弱齿槽转矩提供一种新思路。     

基于加权平均田口法的PMLM优化设计

针对常规田口法在多目标优化方面的不足,采用加权平均田口法,将多目标优化转化为单目标优化,应用于高加速度永磁直线电机(PMLM)。本文基于有限元模型,以平均加速度、推力波动为优化目标。首先,采用进化算法优化,获得平均加速度和推力波动的Pareto前沿。然后采用加权平均田口法进行二次寻优,所得结果对端齿宽度进一步优化以降低推力波动。结果表明,与原始电机相比,优化方案的推力波动减少了60.92%,而平均加速度从10.79 g降到10.00 g。优化方案再采用斜极设计,进一步降低了推力波动。     

利用蚁群算法辨识PMSM伺服系统负载转矩和转动惯量

提出用蚁群矢量移动算法同时辨识永磁同步电动机(PMSM)伺服系统负载运行时的转动惯量和负载转矩,以便速度环的PI参数整定和转矩补偿。其原理是把蚁群的平面矢量移动正交分解成水平和垂直两个方向,分别和转动惯量及负载转矩对应,每只蚂蚁的位置对应一种转动惯量和负载转矩组合的可能解。运用采样得到的d轴电流和速度序列数据,基于最小方差原理,建立蚂蚁信息素散发模型,使得蚂蚁位置与实际转动惯量和负载转矩越接近,蚂蚁散发的信息素越大。根据蚁群总信息素分布情况,计算蚁群的理想分布期望,与实际蚁群分布比较后,启发蚁群矢量移动,并朝最优方向聚集,收敛点为辨识最优解。精心选择蚁群的规格化分布区间,把动态的蚁群分布区间转化成规格化区间,改善收敛速度。仿真和实验表明,能同时辨识转动惯量和负载转矩,误差小;蚁群规模变大,误差更小,调整后的伺服系统动态性能变好。     

基于磁链误差改进算法的PMSM直接转矩控制

针对永磁同步电动机DTC系统转矩脉动较大的问题,采用电压空间矢量调制技术,设计了一种基于磁链误差改进算法的直接转矩控制系统(改进型SVM-DTC系统),该方法由磁链误差计算单元计算定子磁链参考值与观测值之间的误差,通过空间电压矢量调制得到有效参考电压,从而输出逆变器控制信号。这样在一个开关周期内选择最合理的空间电压矢量来完全补偿电机转矩和定子磁链的观测值与参考值之间的误差,减小电磁转矩脉动。仿真结果表明,该方案既有效减小了电机转矩脉动,又保持了直接转矩控制快速动态响应的特性。     

基于田口法的磁通反向电机的优化设计

磁通反向电机是一种新型双凸极电机,具有广阔的应用前景。本文推导了正弦交流供电方式下,三相FRM的电磁功率和主要尺寸之间的关系,结合已有设计经验确定了一台450 W三相FRM的基本尺寸。在此基础上,文章以电机输出转矩最大化和转矩脉动最小化为优化目标,采用田口法对选定的优化参数设计了正交试验,分析了各优化参数对优化目标的影响,从而确定了优化方案。有限元仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于田口法的内嵌式永磁电动机的优化设计

首先基于传统的电机本体设计方法,获得一台15 kW、102 V的内嵌式永磁电动机的基本设计参数,然后利用基于等效磁路法的RMXPRT软件对该内嵌式永磁电动机的一些重要设计参数进行优选,得到较为理想的参数范围。最后,引入一种新颖的优化方法——田口法,以内嵌式永磁电动机的气隙长度、永磁体厚度与宽度、磁桥长度和宽度作为优化变量,以效率和磁钢用量作为优化目标对电机进行优化设计。确定最优方案后将其导入到电磁场有限元分析软件Maxwell进行仿真,以对所设计电机进行合理性分析。优化后效果明显,对实际应用具有一定的指导意义。     

基于模糊推理田口法的IPMSM多目标优化设计

内置式永磁同步电机（IPMSM）已广泛应用在电动汽车、城市轨道交通等领域,高转矩密度、宽调速范围和低振动噪声等是IPMSM设计时需要兼顾的重要性能指标。提出基于模糊推理田口法的IPMSM多目标优化设计,以解决平均转矩、转矩脉动和弱磁扩速范围多个优化目标之间的制约和冲突问题。在田口正交实验设计的基础上,利用模糊推理将多个优化目标转化为单一目标,从而获得电机的最优设计参数组合。有限元仿真表明,所提出的优化设计方案与优化前和传统田口法比较,各性能指标均得到较大的提升,验证了模糊推理田口法的有效性和先进性。     

基于田口法的永磁同步推进电机优化设计

以无人水下航行器推进用内置式永磁同步电机为研究对象,利用传统的等效磁路法和经验公式,初步确定永磁同步电机设计基本电磁参数,并用RMxprt和Maxwell进行初步的校核,确定了各优化参数及取值范围。在保证输出转矩的前提下,以相关尺寸参数槽型参数、直接影响成本的永磁体宽度和厚度、隔磁桥宽度为优化参数,以高效率、永磁体用量少、转矩脉动小为优化目标,通过田口法对内置切向式永磁同步电机优化设计,得出电机多目标优化设计的方案。有限元仿真分析结果验证了该方法的合理性和有效性。     

基于负载转矩观测的PMSM直接转矩反步控制

基于永磁同步电机数学模型,考虑永磁同步电机的非线性特性,提出了一种新颖的反步法控制策略设计转矩和磁链非线性控制器,使电机具有快速的速度和转矩响应性能,并且能有效减小转矩和电流脉动。针对负载转矩扰动的问题,设计了负载转矩Luenberger状态观测器以减小扰动对系统的影响,并采用线性矩阵不等式对反馈增益进行求解。通过仿真可以看出,所设计的控制器使系统具有良好的动静态特性,负载转矩观测器能准确估计负载变化,使系统对负载扰动具有较强的鲁棒性。     

基于田口法的双余度永磁同步电机优化设计

双余度永磁同步电机有两个余度单元,具有容错率高、体积小、功率密度大等特点,在航空航天、国防、机器人等领域得到广泛应用。针对双余度电机的多目标优化设计问题,基于其典型工作模式,提出二次田口法迭代的多目标优化设计方法。首先,依据双余度度永磁同步电机的应用需求,确定优化目标参数;在初始设计参数基础上,筛选出对目标优化参数影响大的尺寸参数作为优化因子。其次,首次应用田口法筛选出双余度模式下的准最优参数;进而在单余度模式下再次应用田口法对准最优参数进行二次优化;综合两次优化结果确定最终优化参数。最后,通过有限元仿真分析对优化前后的目标参数变化进行验证分析,证明了所提出方法的有效性,也拓宽了对于该类电机的多目标优化设计思路。     

PMSM基于负载转矩观测器GA-EKF方法

为了构成永磁同步电机(PMSM)电流、转速矢量双闭环系统,提出用算法扩展卡尔曼滤波(EKF)来估计PMSM的转子位置和转速。针对传统EKF参数的问题,提出一种基于负载转矩观测器的PMSM遗传算法(GA)-EKF位置(速度)辨识方法。其中,用GA对EKF协方差的选取过程进行优化,同时将负载状态观测器观测出的负载转矩作为负载转矩补偿输入,同速度调节器的输出一起作为电流调节器的控制变量。仿真及实验结果表明所提新方法缩短了系统协方差参数的选取时间,提高了转速辨识精度和抗负载扰动能力。     

基于GPR-PSO模型的PMSM齿槽转矩抑制

齿槽转矩是永磁电机特有的问题之一,是电机设计过程中必须考虑以及解决的关键问题。为了抑制表贴式永磁同步电动机(PMSM)的齿槽转矩,以PMSM齿槽转矩幅值为目标,以极弧系数、偏心距、磁钢充磁方式、定子槽口宽度为变量,研究了通过GPR-PSO模型方法来进行抑制齿槽转矩。利用正交实验设计安排了变量的配对,以一款48槽8极PMSM为例进行仿真,形成关于齿槽转矩幅值与变量的样本数据集。通过高斯混合回归模型(GPR)对该样本数据集进行拟合,构建拟合函数,检验了拟合模型的精度。以构建的拟合函数为适应度函数,通过粒子群算法(PSO)进行寻优,得到最优解,削弱了PMSM的齿槽转矩。结果表明,GPR-PSO模型能有效降低电机的齿槽转矩。     

基于模糊逻辑的PMSM转矩谐波反馈控制

为了应对永磁同步电机(PMSM)驱动系统的转矩脉动问题,设计了一种基于模糊逻辑和转速谐波反馈的PMSM转矩脉动优化控制策略。控制方案中使用转速谐波幅值和增量作为闭环模糊逻辑电流控制器的输入,以达到控制转矩脉动的目的,由于采用的是电机转速测量,故不依赖于电机参数,且避免了一些系统非线性因素影响,从而鲁棒性较好。分析了PMSM输出转矩谐波和转速谐波的相关性,并基于分析建立了转矩谐波数学模型,方便了控制器的设计。基于PMSM驱动系统实验室平台,进行了不同负载工况下的驱动试验,试验结果验证了该控制策略的有效性。     

基于十八区段的PMSM高性能转矩控制

传统直接转矩控制采用6扇区的圆形磁链控制,扇区边界处电压矢量对定子磁链的作用效果不对称的问题,导致磁链和转矩脉动大,而且在考虑定子电阻压降时,电压矢量选择表存在误差。针对上述问题,推导了定子电压矢量对磁链的控制公式,分别分析了忽略和考虑定子电阻压降影响时的定子磁链性能,提出了十八区段控制方法及改进的电压矢量选择表。比较传统直接转矩控制和十八区段直接转矩控制的系统性能,结果表明十八区段直接转矩控制在保持算法简单、动态响应迅速的基础上,能够有效地降低磁链和转矩脉动。     

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。     

基于Taguchi-BBD方法的PMSM齿槽转矩抑制

针对由永磁同步电机(PMSM)中磁钢与定子铁心之间相互作用而产生的齿槽转矩引起的电机振动与噪声、输出转矩波动、影响控制精度等问题,以一款48槽8极的PMSM为例,提出采用田口方法(Taguchi)与基于Box-Behnken设计的响应面法(BBD)相结合的方式以抑制PMSM的齿槽转矩。为了提高计算效率,首先利用Taguchi对齿槽转矩幅值相关的初选优化变量,即定子铁心槽口宽度、极弧系数、磁钢厚度、偏心距、磁钢充磁方式五个变量,安排了正交试验,并进行了最优目标变量的局部搜索以及对齿槽转矩影响比重较大的初选优化变量进行筛选,得到复选优化变量。其次,利用BBD对复选优化变量安排响应面试验,采用最小二乘法对响应面函数进行拟合回归,并对模型回归结果的有效性和拟合程度进行方差分析,最终利用BBD对最优目标变量进行全局搜索,得到最优解,抑制了PMSM的齿槽转矩幅值。研究结果表明,通过Taguchi-BBD的方法,能有效抑制PMSM的齿槽转矩。     

基于模型预测的PMSM直接转矩控制转矩脉动抑制方法

针对传统直接转矩控制方法转矩脉动大的问题,提出了一种基于预测控制减小转矩脉动的方法。首先对定子磁链矢量扇区进行了更加细致的划分,增加了可选有效电压矢量的数量,进而提高直接转矩控制的自由度。在此基础上,分析了零电压矢量对定子磁链幅值与转矩的影响,将零电压矢量加入到控制过程中,最后通过预测控制方法选择最优电压矢量。仿真结果表明,所提方法可有效降低转矩脉动,转矩脉动最大可降低61%,同时所提方法与传统直接转矩控制方法相比,具有更好的动态响应性能。     

基于灰色预测模型的PMSM转矩优化控制算法研究

通过对永磁同步电动机闭环控制系统电流环模型不确定部分进行分析,建立了灰色模型来实现电流跟随性的改善。在此基础上结合转矩常数Kt在线辨识策略,通过对电压量控制精度的改善来提高Kt计算的准确性,进而使得转矩控制精度得到改善。通过Matlab软件对算法进行仿真,结果表明采用灰色预测模型进行补偿控制同传统的PID控制方法相比,电流跟随性得到了提高,对转矩的控制达到了比较高的精度。     

基于UDUTUKF的无传感器PMSM直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制系统(DTC),提出一种不需要计算平方根的Unscented卡尔曼滤波(UKF)算法,即UDUTUKF滤波算法,对定子磁链、转子速度和转子位置进行精确估计并得到电磁转矩估计值,建立了基于UDUTUKF的无传感器PMSM直接转矩闭环控制系统.对比了UDUTUKF和EKF的估计误差,仿真结果表明基于UDUTUKF的无传感器PMSM直接转矩闭环系统具有快速的转速和转矩响应特性.UDUTUKF的估计误差低于EKF的估计误差,且误差收敛速度比较快.