永磁同步电机无位置传感器带速重投研究

带速重投是轨道牵引永磁同步电机无位置传感器控制系统的关键技术。当永磁同步电机运行在一定转速下,通过将三相逆变器所有下桥臂短路,根据短路电流可以获取电机的转速及转子位置信息。在此基础上,提出了一种带速重投时短路时间的选取方法,提高了电机在不同转速下转子位置估算的准确性,并分析了忽略电机电阻压降计算短路时交直轴电流响应对估计结果准确性的影响,实验结果验证了上述方法的有效性。     

PMSM断电-重投时的冲击电流研究

当原有机车牵引用的感应电机利用永磁同步电机代替时,由于永磁同步电机在经过分相绝缘子时永磁体的存在会产生高的反电动势使断电后重投瞬间出现不可控冲击电流。针对该问题在永磁同步电机三相瞬态数学模型的基础上,对其瞬态冲击电流产生原因进行了分析研究,该分析过程主要是建立在带谐波的PWM调制波的基础之上。根据分析结果,对重投时的控制条件和控制方法进行了探讨性研究,如对给定转速进行了一定的限制,对逆变器重投瞬间的电压幅值和相位进行了一定的控制,利用滑模控制的强鲁棒性和抗干扰性代替了PID控制。最后,设计了一种使重投瞬间冲击最小的滑模控制系统。经实验和仿真对比分析,验证了瞬态冲击产生机理分析的有效性及设计的控制系统在抑制断电-重投瞬间电流冲击强度的积极作用。     

基于自适应零电压矢量双脉冲法的永磁同步电机带速重投策略

在某些特殊应用场合，永磁同步电机运行过程中可能发生断电，需要其在旋转状态下重新启动，即带速重投，准确的初始位置/转速观测是带速重投的基础。针对传统零电压矢量脉冲法在高转速下初始位置/转速观测时脉冲宽度和脉冲间隔无法自动调节的问题，研究零电压矢量脉宽和脉冲间隔自适应调节策略。通过比较实时监测的短路电流矢量幅值与所设置的临界值，进行零电压矢量脉冲宽度自适应调节；根据零电压矢量单脉冲法的转速预估结果，实现脉冲间隔自适应调节。实验结果表明，所研究的自适应零电压矢量双脉冲法能够针对不同的初始转速自适应确定合适的脉宽和脉冲间隔，有利于提高高转速下初始位置/转速观测和带速重投性能。     

基于信号注入的极低速PMSM无速度传感器控制

介绍了一种极低速段永磁同步电机无速度传感器矢量控制方法.该方法基于低频信号注入,通过注入低频定子电流信号,利用产生的电压响应估计电机转速,不依赖于永磁同步电机的非理想特性,仅利用基波模型就可实现转速估计.因此,该方法不仅适用于内埋式永磁同步电机,还适用于表面式永磁同步电机.通过理论分析及大量的仿真实验证明,提出的低频信号注入方法可以很好地实现表面式永磁同步电机在极低速甚至零速区的无速度传感器矢量控制.     

适用于高速永磁同步电机的带速重投策略

为提高永磁同步电机(PMSM)高速运行时转子速度和转子位置辨识精度,减小重投时电流冲击,此处提出了一种改进短路电流法.该方法在电机惰性运行工况下,逆变器下桥臂注入3次零电压矢量,合理设置注入脉冲间隔,采样电机三相定子电流.根据两次短路电流矢量相角变化,推测第3次短路电流矢量相角的所有可能,将测量所得到的第3次短路电流矢量相角与推测结果对比,获得电流矢量在第2,3次零电压矢量间隔期间的真实旋转角度和旋转方向,计算得到电机转速和转子位置.最后,在4.8 kW PMSM实验平台进行实验,实验结果验证了该方法的有效性.     

真空干泵用屏蔽电机无速度传感器带速重投控制系统

针对真空干泵用屏蔽电机带速重投的工程问题,设计基于正弦脉宽调制(SPWM)的调制波模拟器和无速度传感器带速重投系统。该系统将定子绕组空间划分为6p(p为极对数)个扇区,提出利用标准化后的三相定子残压计算扇区内平均转速的方法,同时对电机定子坐标系进行修正,使定子电流空间矢量轨迹接近于理想圆形,抑制重投时电流冲击、转矩脉动和转速波动。设计调制波模拟器,与变频器内部的调制波模块协同完成电机预重投及重投过程。通过模型仿真和22k W罗茨真空干泵机组实验,验证了该定子坐标系修正法及扇区内转速估算法在泵类工程中具有较好的适用性,预重投阶段的转速稳定时间控制在0.6s以内,重投阶段的冲击电流平均减小51.27%。     

大惯量负载永磁同步电机断电-寻优重投控制系统

针对大惯量负载永磁同步电机断电-重投时存在大的电流和转矩冲击问题,设计了一种闭环的断电-重投瞬间最小冲击寻优重投的综合控制系统。从瞬态出发,将电机涡流等内部瞬变参数等效为阻尼绕组进行分析,对原有隐极永磁同步电机模型进行了改进。在新的数学模型的基础上,分析了重投瞬间冲击产生的原因和给定转速对控制电流和转矩冲击的影响;根据分析结果,对闭环控制中的给定转速进行一定的要求,同时设计了一个电压模拟控制器和寻优控制器;最后经过实验和仿真对比,说明了分析的有效性和设计的寻优控制系统在减小冲击方面的积极作用。     

标量控制大惯性永磁同步电机的重起控制研究

传统的永磁同步电机飞车重起控制方案存在对电机参数鲁棒性低和转子位置估计误差较大的缺点。针对该问题,提出了一种标量控制大惯性永磁同步电机的通用重起控制策略。首先,对传统的永磁同步电机重起算法进行了分析,并量化计算了电机电感参数变化和电流传感器误差导致的转速和转子位置估计误差,然后设计了使用由3个零序电压脉冲构成的序列对电机转速和转子位置估计的新型算法。和传统方法相比,新方案提高了对电机参数的鲁棒性,同时由于不使用估计的转速计算转子位置角,避免了误差放大,还可以有效地限制零序电压脉冲的占空比来避免电流过大保护。最后搭建了永磁同步电机驱动试验平台进行了试验研究,试验结果验证了新型控制策略的有效性。     

基于转矩限制的IPMSM矢量控制系统MTPA柔性控制

电传动工程机械在实际应用中,工况复杂多变,不同工况下电流变化大,以电传动工程机械用永磁同步电机为研究对象,针对内置式永磁同步电机最大转矩电流比控制策略,提出了一种转矩限制方法,在电机系统调速过程中通过对目标转矩进行限制,避免电流突变和冲击,在提高电机控制系统效率的前提下,保证了系统的稳定性,实现电机的柔性控制。通过建立仿真模型进行对比分析,结果表明,电机控制系统在该控制策略下转矩响应良好,电流大幅度波动现象被有效限制,从而验证了策略的可行性,为研究电传动工程机械用永磁同步电机高性能控制奠定了理论和实验基础。     

永磁同步电机转子初始位置检测方法

永磁同步电机(PMSM)转子初始位置的准确预测,对电机启动过程的控制有着重要的影响,而在无传感器下精准辨识转子初始位置对电机控制有着诸多好处。提出了一种基于脉冲电压矢量法的高精度永磁同步电机初始位置预测方法。该方法在分析了永磁同步电机转子位置对磁路饱和程度影响的基础上,通过在电机任意两相中加入正反向脉冲电压,测量无电流相的感应电压,获得感应电压幅值与转子位置的关系。利用测试数据训练神经网络来拟合这种关系,构成转子初始位置估算装置。通过仿真实验表明,这种方法可以克服采用电机集中参数模型所带来的各种误差,具有极高的预测准确性。     

有轨电车用永磁电机同步调制技术研究

永磁同步电机相比于异步电机以其自身的明显优势在轨道交通领域有着越来越广泛的应用。本文针对有轨电车用永磁电机脉冲调制方式,分析了现有的永磁电机脉冲同步调制技术的难点及存在的问题。结合有轨电车用永磁电机的特性以及工程实际,提出了一种简单有效的脉冲同步调制方法。该调制方法以空间矢量脉宽调制（SVPWM）的基本理论为基础,低速下采用异步调制模式,高速下采用五段式和七段式混合同步调制的模式,针对不同的调制区间采用不同的载波比构建电压脉冲。实验证明,本调制方式可以实现电机在高速区的同步调制,输出电压脉冲稳定,不同载波比切换过程中无冲击,易于工程化实现。     

基于优化SVPWM方法的伺服控制的研究

简单介绍了空间矢量脉宽调制( SVPWM)算法的原理及流程,提出SVPWM的控制方式存在功率开关器件的开关损耗问题和对公共电网所产生的谐波干扰问题,因此采用最小开关损耗的零矢量分配方法的优化策略对这两点不足进行弥补,通过计算确定了优化永磁电机性能的可行性.最后搭建实验平台,对提出的新方法进行实验,实验仿真结果清晰地表明...     

永磁同步电机的模型预测控制研究

模型预测具有动态响应快速和电流跟踪精确等优点,广泛应用于功率变流器领域。采用模型预测电流控制策略,主要研究永磁同步电机的控制,解决传统PI控制器动态响应慢、有超调等问题。整个实验平台以TMS320F28335为控制器,设计了永磁同步电机控制实验,分析了电动机电流环的稳态和动态响应以及转速的动态跟踪性能。实验验证了模型预测在永磁同步电机控制中的优越性能。     

Field-programmable Gate Array Based Fuzzy Sliding-mode Controller for a Permanent Magnet Synchronous Motor Drive

Abstract—In this article, a field-programmable gate array based fuzzy sliding-mode controller is proposed to control a permanent magnet synchronous motor drive. First, the dynamics of a permanent magnet synchronous motor is derived, and the vector control scheme is introduced in the current loop. Next, to improve the performance of the permanent magnet synchronous motor drive, a fuzzy sliding-mode controller with an integral-operation switching surface is proposed and applied to the speed loop, in which a fuzzy inference mechanism is adopted to generate the reaching control signal. Further, an integrated hardware design method is developed to implement the field-oriented vector current controller and the proposed fuzzy sliding-mode speed controller on a single field programmable gate array chip. Finally, a prototyping platform based on an Altera field-programmable gate array is established to evaluate the ability of the proposed fully integrated solution in terms of control quality and time/area performances. The preferable performance of the proposed field-programmable gate array-based fuzzy sliding-mode control approach for permanent magnet synchronous motor drive is verified by the experimental results compared with the conventional proportional-integral control and sliding mode control schemes.     

PMSM控制系统中的开关频率优化与控制研究

提出一种用于永磁同步电机(PMsM)控制系统的基于电压空问矢量脉宽调制的(SvPwM)的开关频率优化方 法,即在高速时按照开关器件选择调制频率,在低速时进一步提高调制频率,以充分利用开关器件的开关频率.从而获得更好的低速性能.分析了开关频率选择的约束条件,给出了样机实验的构建和实验过程.实验结果验证了该方法的可行性和有效性.     

永磁同步电机矢量控制的两种实现方法比较

永磁同步电机矢量控制技术在工业界得到了广泛的应用。矢量控制可以采用电压法和电流法实现。前者采用SPWM技术生成逆变器开关信号,后者采用电流滞环控制技术生成逆变器开关信号。本文在表面式永磁同步电机和内置式永磁同步电机矢量控制平台上对这两种实现方法进行实验,在实验结果基础上分析比较了两者的控制特性。     

基于恒定开关频率的永磁同步电机直接转矩控制

通过定子磁链及其给定幅值和定子电流来估算恒定开关周期内加在电机定子绕组上的参考电压,同时利用空间电压矢量调制方法使逆变器处于恒定的工作频率,开关频率越高,控制性能越好。仿真结果表明该方法有效。     

面装式永磁同步电机无差拍直接转矩控制

为解决永磁同步电机传统直接转矩控制脉动大、开关频率不恒定,以及现有永磁同步电机无差拍直接转矩控制计算复杂、电压矢量解不唯一的问题,在电压源逆变器受限的情况下,针对表贴式永磁同步电机提出了一种简化无差拍直接转矩控制,计算出的电压矢量由空间电压矢量脉宽调制方法实现,保证逆变器开关频率恒定,该方法计算简单,无需计算二次方程。考虑到控制系统的延时,对电流进行预测计算,同时为提高定子磁链和电磁转矩的计算精度,设计采用观测器方法对定子磁链观测。仿真和实验结果表明,永磁同步电机的转矩和磁链脉动明显减小,动态性能好。     

预测控制在永磁同步电机控制系统中的应用

永磁同步电机通常采用矢量控制方法,这种方法的缺点是参数的变化、负载扰动等因素对系统的稳定性、可控性影响较大,该文通过分析永磁同步电机的数学模型,在对其数学模型进行线性化简化的基础上,提出了一种永磁同步电机的预测控制策略,仿真结果表明,利用该法建立的永磁同步电机调速系统,具有良好的控制效果。     

基于有源阻尼的大功率永磁牵引电机电流控制

相比于异步电机,永磁同步电机具有功率密度高、效率高、可轻量化等优点,在大功率牵引传动领域得到了越来越多的研究。由于牵引变流器中二次谐振回路的存在,永磁电机的电压和电流在特定的定子频率点会产生振荡,影响系统的稳定运行,而传统的永磁电机电流控制方法无法有效抑制此振荡。为此,提出了一种基于有源阻尼注入方法的新型电流控制策略,实现了大功率永磁牵引电机在宽转速范围内转矩的稳定发挥,半实物仿真和试验结果验证了此方法的可行性。