永磁交流伺服系统电流环带宽扩展研究

在数字控制交流伺服系统中,制约电流环带宽的因素主要包括功率器件的开关频率和A/D采样时间、计算处理、PWM占空比更新等数字控制延时。开关频率的提高会带来开关损耗的增加,因此,在不改变功率器件开关频率的前提下扩展电流环的带宽很有必要。在同步旋转坐标系下的电流解耦控制基础上,分析了永磁交流伺服系统中电流采样和占空比更新方式产生的延时对电流环带宽的影响,并提出了带宽扩展策略,在一个载波周期内实现定子电流的双次采样和PWM占空比双次更新。在保持开关频率不变的情况下,理论上可扩展电流环带宽1倍以上,从而可以大幅提高永磁交流伺服系统的动态性能,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和方法的有效性。     

基于无差拍控制的PMSM电流预测控制算法

在传统的离散化矢量控制系统中,由于电流采样和PWM占空比更新等数字延时的存在,限制了PMSM控制系统在动态过程中对电机电流的控制能力.为了提高系统电流环性能拓展其带宽,在同步旋转轴系下,基于无差拍控制原理,提出了一种对电机电流的离散化预测控制算法.在理论上消除了矢量控制系统中的各种数字延时,提高了电机电流的控制能力.最后使用1台750 W的永磁同步伺服系统验证了这种算法的性能,实验结果表明永磁同步电机电流预测控制算法有效地提高了伺服系统电流环的动态性能和稳态精度.     

一种改进型永磁电机数字电流滞环控制方法

基于永磁容错电机最优转矩控制系统,提出了一种改进型数字电流滞环控制算法。对传统数字滞环电流的跟随和脉动进行了数学分析,并推导了在一个采样周期内,通过改变占空比D可以使电流跟踪更好,谐波减少。仿真和实验结果表明,取D<1的恒定占空比与传统数字滞环(D=1)相比,电流跟踪性能得到改善,正弦度更好,验证了该算法的可行性和优越性,该方法也适用于一般永磁电机数字电流滞环控制系统。     

基于FPGA的三轴交流伺服系统电流环设计

电流环带宽拓展是设计高性能伺服系统的关键问题之一。电流环的带宽受到开关频率、传感器采样延时和主控芯片计算延时等影响。受限于种种因素,功率管的开关频率很难提高,采取克服时延的办法解决电流环带宽拓展的问题。首先建立永磁同步电机的数学模型,提出一种基于FPGA和微控制器STM32的三轴伺服驱动器的硬件方案,然后给出电流环中的部分子模块的设计要点,并详细阐述了各模块在执行时序上的规划方法。实验结果表明,所设计的三轴伺服系统电流环带宽频率均能达到1.2 k Hz左右,并且系统具有良好的调速响应能力。     

基于SiC-MOSFET的永磁同步电机电流环带宽扩展

在数字控制永磁同步电机伺服系统中,电流环带宽的制约因素主要包括逆变器的开关频率、A/D采样延时、计算处理延时和PWM更新延时等。本文使用SiC-MOSFET作为功率逆变器搭建了永磁同步电机控制数字平台,提升开关频率。并在此基础上,减少数字控制延时和采样延时,提升了电流环带宽。     

永磁同步电机电流环频率响应改进策略研究

针对永磁同步电机矢量控制电流环内存在的固有延迟环节,如电流采样、占空比计算、逆变器死区效应及数字控制延时等。在同步旋转坐标系下引入电流解耦项jωrL,分析制约电流环频率响应能力的主要迟滞因素,并对比不同电流采样时刻与脉宽调制(pulse width modulation,PWM)占空比更新时序对电流环频率响应的影响。提出了一种新的电流采样时机和更新输出PWM信号模式,在半个载波周期内优化采样、计算和输出时序,减小了电流环固有延时等待时间。在载波频率不变的前提下,提高电流环动态加速过程中电流的跟踪性能。仿真和实验结果与理论分析基本吻合,电流环的频率频带带宽提高了近一倍,表明该策略的有效性和正确性。     

基于∑-△采样的双回路PI电流环带宽拓展策略

针对永磁同步电机(PMSM)采用∑-△采样法引入延迟导致电流响应存在较大超调、系统动态性能差的问题,在同步旋转d,q坐标系下的电流解耦控制基础上,分析并配置Sinc3滤波器获取高精度反馈电流,并在原有比例积分(PI)控制研究基础上,分析电流采样及占空比更新方式产生的环路延迟对带宽性能的影响,提出了改进PI控制环路结构及硬件实现时序的方法.该方法考虑PI算法特性及Sinc3滤波解调特点,通过设计抽取率不同的双采样通道,结合即时采样即时更新策略,设计电流环时序图并在现场可编程门阵列(FPGA)中实现.仿真及实验结果表明,提出的电流环控制结构能在不改变开关频率的前提下拓展带宽3倍以上,大幅提升交流伺服系统控制性能,满足高性能应用场合需求.     

振镜伺服系统带宽提升方法研究

激光振镜系统中一般要求电机需满足2°/200 Hz高频响应,传统PID控制方法难以满足小惯量、低幅值、高频率的电机控制要求。因此,为提高位置环、电流环带宽及系统响应速度,研究和应用了多采样更新策略、电流预测控制算法、基于多采样死区补偿算法,多种控制方式融合并应用于定制永磁同步电机,在振镜伺服系统中实现200 Hz位置环的低幅值高频正弦振动。提出的前后向差分方法实现电流预测控制算法和基于多采样死区补偿算法过程重合,未明显增加计算量。所提方法在Matlab/Simulink中验证了可行性和正确性,并搭建实验平台验证了该方法的有效性,取得良好的控制效果,对于伺服系统的高频响应应用具有借鉴意义。     

一种显著增加变换器电流环带宽的新方法

大容量电力电子变换器中,开关器件的工作频率较低,相当于电流环中有很大的延时环节,影响了电流环动态和稳态性能.首先建立了电流环的数学模型,给出电流调节器PI参数的整定方法,得到电流环带宽的设计值.接着分析了控制系统中电流环的时序,指出由计算导致的延时是电流环中最主要的延时环节.然后提出了一种新的电流环时序,通过适当限制电压输出能力,使计算出的PWM即时更新,可以消除计算延时,据此设计出的电流环带宽可以达到传统电流环的3倍左右.实验表明,该方法切实可行,而且随着微处理器运算速度的不断提高,该方法对电压输出的限制将进一步减小,会有更加广泛的应用前景.     

并联三相PWM变换器零序环流带宽扩展

三相PWM变换器并联系统运行时会产生环流。为解决并联系统环流问题,本文提出一种零序电流环带宽扩展策略。在分析并联模块环流模型的基础上,详细研究了变换器的参数差异和数字控制器的延时对零序电流环带宽的限制,利用电压零矢量前馈控制消除了变换器参数差异和运行状态不同对零序电流环带宽设计的限制,并结合单个载波周期内双次电流采样双次PWM更新方式(DSDU)有效增加了零序电流环的带宽。该方法不需要提高系统的开关频率,具有动态响应快和环流抑制效果好的优点,能够在并联模块滤波电感不同及给定电流不同的情况下,获得较好的环流控制效果。实验结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。     

永磁同步电机伺服系统改进型无差拍电流控制算法

高性能电流环是提升永磁同步电机伺服系统性能的重要保证和基础,在控制过程中,电流环通常易受延迟环节、采样误差等因素影响,需具备较强的抗扰动能力。基于此,本文研究了一种带电流校正环节的改进型无差拍电流控制算法。该方法以传统无差拍电流控制算法为基础,对电流采样环节进行改进。将k时刻的电流采样值与k时刻的电流预测值进行加权处理,作为新的电流反馈值,再进行无差拍控制,以抑制采样误差对电流控制的影响,进而提升稳态过程中电流的抗扰动能力。并针对一台永磁伺服系统样机,进行了MATLAB仿真和实验,验证了本文方法的正确性和有效性。     

永磁同步电机驱动系统离散域电流环设计

在高速或大功率电机驱动中,载波比较低,数字控制延迟问题更为突出,造成电流环控制性能下降,严重影响到系统整体的控制性能和稳定性。本文建立永磁同步电机的离散数学模型,通过对连续域和离散域下电流环零极点的对比分析,揭示传统采用连续域设计电流环再进行离散化方法的存在的问题,在离散域下直接进行电流环的分析和设计,能够提升电流控制性能。低载波比下的对比实验表明,离散域设计的电流环较常规方法设计的电流环具有更好的稳定性和控制性能。     

永磁同步电机伺服系统电流环的研究

介绍了永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)矢量控制的原理和伺服系统的硬件结构.为构成高性能的伺服系统,设计了电流环调节器并选择合适的参数.针对电机电枢反电势使电机在高转速时出现电流环性能变差的问题,在PWM调制器中采用过调制技术,使得实际电流能准确快速跟踪给定电流.实验和仿真结果表明,电流环性能较好,经过补偿后的系统稳定.所采取的过调制技术能有效地抑制反电势的影响.改善并提高电流环的性能,为实现高性能永磁同步伺服系统奠定了基础.     

基于FPGA的永磁同步电机电流环带宽拓展的比较研究

分析了电流环的数学模型,导出了电流环闭环传递函数,得出带宽的大小与系统延时的大小成反比。传统基于数字信号处理器的PMSM电流环的延时比较大,转速变化越大,带宽的影响越明显,而采用现场可编程门阵列FPGA控制的PMSM,可以将电流环的延时缩小一倍,进而改善速度环的响应能力并试验验证理论分析。     

电容电流瞬时值反馈控制逆变器的数字控制技术研究

采用电容电流反馈的双闭环瞬时值控制的逆变器具有输出波形正弦性好、动态响应快、输出外特性硬和稳态精度高等特点。该文基于状态观测器，对电容电流反馈瞬时值控制电路的数字实现方法进行研究，提出了基于电容电流反馈的解耦控制方法；设计了电流内环数字控制器，提出了一种电容电流采样时序，采用该采样时序可以真实反映电容电流开关周期内的电容电流平均值；提出了基于PWM逆变桥离散化模型的电容电流观测方法，可对电容电流做出准确观测，补偿数字控制器的采样延时和计算延时；提出了瞬时值电压控制外环的滤波方法，以提高输出电压的稳态精度。仿真和实验结果表明，该方案可以达到模拟电路实现双环控制的效果。     

永磁同步电动机调速系统的模糊PI智能控制新方法

在分析永磁同步电动机 (PMSM )数学模型的基础上 ,利用Matlab软件建立了控制系统的仿真模型 ,提出了一种新型的模糊PI控制方法。在PMSM双闭环调速系统中 ,电流控制采用滞环电流调节器 ,而转速控制通过采用常规PI控制和模糊控制相结合的方法来实现。仿真结果表明 ,这种新型的模糊PI智能控制方法响应快、无超调、鲁棒性强、抗干扰能力好 ,较传统PI控制具有更好的动、静态特性     

基于自适应FIR算法的交流伺服系统前馈控制

永磁同步电机(PMSM)交流伺服控制系统中由于电子器件的开关引起相电流非正弦变化,经坐标变换得到的交直轴电流含有谐波成分,引起电流环振荡及电磁转矩脉动。在分析相电流与交直轴电流高次谐波关系,以及交直轴电流高次谐波对电磁转矩影响的基础上,提出了一种基于自适应FIR滤波器的交流伺服系统前馈控制策略,并在该方法的基础上提出了变步长因子算法,根据误差值改变步长因子,在提高滤波器收敛速度的同时减小超调。该算法与传统的一阶低通滤波器相比,相位不滞后,灵敏度更高,且系统稳定。改进后的控制策略有效地降低交直轴电流谐波,抑制电流环振荡及电磁转矩脉动,提高PMSM交流伺服控制系统稳定性及动态响应。通过仿真与试验证明了该方法的可行性。     

永磁同步电机伺服系统参数自整定策略

针对传统PI控制存在的缺陷以及永磁同步电机伺服系统运行过程中转动惯量变化的问题,提出了永磁同步电机转动惯量在线辨识PI自整定的控制方法.在伺服系统运行过程中,通过模型参考自适应算法在线辨识转动惯量,对系统中的电流环、速度环以及位置环进行参数整定.建立伺服系统仿真模型,并与传统PI控制方法进行对比.研究结果表明,参数自整...     

直驱风电系统三电平变流器的设计与仿真

多电平逆变器适合大容量、高压的场合,得到了越来越多的应用。本文对三电平逆变器SVPWM调制手段进行了深入研究,同时对三电平逆变器中点电位平衡的问题也进行了探讨。由于中点电位的不平衡是钳位式三电平逆变器运行过程中比较严重的问题,对此本文分析了大、中、小矢量对中点电位的影响,找到哪些矢量能够影响中点电位的波动,并得出通过对成对小矢量的作用时间分配能够控制中点电位的结论。最后通过对系统的仿真,验证了算法的可靠性。