Low torque pulsation and high-power control of permanent magnet motor with distributed electromotive force

This paper describes low torque pulsation and high-power control of permanent magnet synchronous motor (PM motor) with distorted electromotive force (emf). The experimental model of PM motor is a 40-kW, 190 r/min, salient-pole, six-phase machine. An individual single-phase transistor inverter is connected to each phase of PM motor as a power source. By adopting full pitch and concentrated winding in the armature of the motor, the rate of flux utilization and output torque per mass can be increased. This winding causes trapezoidal distortion in the phase voltage waveform at no load. For realization of high-performance control of PM motor, the current waveform should be determined so as to minimize torque pulsation and to maximize the output torque of the motor under the rated current. This paper proposes also the method to determine the optimum current waveform. The currents and emfs are expressed as N-dimensional vectors (N: the number of phases). Due to the characteristics of the particular structure of the motor, the armature reaction is small enough to be neglected. In this case, the optimum current vector can be derived under two conditions: (1) the direction of the current vector always agrees with that of the emf vector; and (2) the scalar product of the two vectors is held constant. Supplying the optimum current vector provides no torque pulsation and the nearly maximum output torque under the rated current. This method also can derive the new optimum current corresponding to open-phase operation. The validity of the method is confirmed experimentally. The characteristics of the experimental model of PM motor also are described in this paper.     

感应电动机直接转矩控制低速性能的改善

针对感应电动机直接转矩控制低速时转矩脉动大的问题,提出了一种改进的转矩预测法,仿真结果表明,该方法能有效地减小转矩脉动、改善定子磁链和电流波形,提高了起动的快速性,并减少了开关次数。     

基于转矩预测的直接转矩控制系统的实现

针对感应电动机直接转矩控制低速时转矩脉动大的问题,分析了转矩脉动的原因,并提出了一种转矩预测方法,实验结果表明,该方法能有效地减小转矩脉动、改善定子磁链和电流波形。     

Direct Flux and Torque Regulation in a PWM Inverter-Induction Motor Drive

A dc motor drive is controlled by varying the armature current and field current. The field is a measure of flux, and the armature current times field current is a measure of torque. Various approximate means of estimating the flux and torque levels in an induction motor exist. Most of these methods are sensitive to motor parameter value changes and do not work well near zero speed. Also, the harmonics in the motor voltage and current due to the nonsinusoidal inverter waveform cause errors in the estimated torque. A practical method has been developed to measure the flux level in an induction motor in the actual operating environment. Using the flux signals and stator current, the actual electromagnetic torque can be obtained. This torque signal responds correctly to motor saturation and inverter voltage waveform harmonics. The motor can be designed to operate without the customarily required flux margin, since the flux level is accurately controlled. The control strategy for use with these feedback signals does not require the use of a tachometer.     

圆形磁链的直接转矩控制仿真模型研究

在异步电机数学模型的基础上,利用Mat-lab/Simulink软件构建了串行起动圆形磁链的直接转矩控制调速系统。通过对在各种条件下直接转矩控制系统模型的仿真实验,对电机的电压、电流、转速、转矩以及磁链的仿真波形的分析,证明了串行起动圆形磁链的直接转矩控制的优越性和有效性。     

一种改进的离散空间矢量调制方法

针对异步电动机直接转矩控制(DTC)系统在低速时存在转矩脉动等缺点,提出了一种改进离散空间矢量调制的方法,仿真结果表明,该控制方法能有效地减小转矩脉动,改善定子磁链和电流的波形,改善电机的低速性能。     

谐波注入式九相永磁同步电机矢量控制策略

用绕组函数法分析了多相永磁同步电机绕组磁势波的谐波构成,提出注入适当的谐波电流可以提高输出转矩,并且降低铁芯磁饱和。在旋转坐标系下建立了九相永磁同步电机数学模型,通过分析电磁转矩的构成,定量地分析了谐波电流在提升电磁转矩中的作用。推导出了基于最大逆变器功率约束的最优谐波注入比。最后,在simulink下搭建了九相矢量控制系统的仿真模型,对比了注入谐波前后电机输出转矩及电流波形的变化,并验证了注入谐波时电机的动态特性。仿真验证了理论方法的正确性和谐波电流注入的可行性。     

An Iterative Learning-Based Modulation Scheme for Torque Control in Switched Reluctance Motors

This paper deals with an iterative learning approach for modulating the desired torque profile so as to obtain ripple-free torque in switched reluctance motors. Because of the highly nonlinear relation between torque, current, and rotor position for this motor, it is not possible to obtain a closed-form mathematical expression for current as a function of torque and rotor position. Thus, the current waveforms are conventionally computed by using the linear torque model of the motor, and it is well known that such a scheme results in high torque ripple. In this paper, a novel method is proposed to minimize the ripple. In this new scheme, the current is still computed using the linear torque model, but the value of the torque used for this is not the desired (specified) torque, but rather a modulated-desired torque that is obtained by repeated corrections to the desired torque from iteration to iteration. The conventional rectangular pulse profile is taken as the initial current waveform. The method requires much less a priori knowledge of the magnetic characteristics of the motor. The algorithms have been formulated for both one-phase-on and two-phase-on schemes, for a four-phase switched reluctance motor, in the light of the principles behind iterative learning. Based on the observations from the simulation results of these schemes, a modified scheme has been proposed by incorporating a suitable commutation process, often called torque sharing functions, in order to generate reasonably smooth current waveforms for the ease of tracking by the stator circuit of the motor. The performances of all the proposed schemes have been verified by computer simulation.     

定子双馈电双凸极电动机转矩脉动分析与抑制

对定子双馈电双凸极(SDFDS)电动机(以下简称电动机)的转矩进行了理论分析,探讨磁阻转矩对转矩脉动的影响.在用傅里叶级数近似逼近SDFDS电动机感应电动势的基础上,采用谐波消去法得到消除转矩脉动的理想电流波形,并在一台三相12/8极SDFDS样机上进行了实验研究.实验结果表明:与方波电流相比,利用理想电流控制电机能有效抑制转矩脉动,验证了所提方法的正确性和可行性.     

二相四绕组小容量无刷直流电动机稳态运行的分析模型

二相四绕组小容量无刷直流电动机，由于驱动电路结构简单，运行可靠和成本低，因而运用于大批量应用的场合。首次为这类电动机系统建立了较为精确的稳态分析模型，它考虑了旋转电压的实际波形和驱动电路的实际结构及某些参数，能真实反映电机的参数对运行性能的影向，为研究。设计和优化等问题提供了基础，对电流波形和机械特性等进行仿真计算和实验校核，验证了该模型的正确性。     

基于在线模糊神经网络建模的开关磁阻电机高性能转矩控制

针对开关磁阻电机(SRM)的转矩脉动问题,提出了一种新的SRM转矩控制方案。首先应用自适应模糊神经网络(ANFIS)对SRM静态转矩逆模型和磁链模型进行离线学习,然后根据转矩分配函数对各相转矩进行分配,利用ANFIS转矩逆模型求出期望转矩下的SRM优化相电流波形。考虑到离线模型的局限性和实时运行时电机中存在的参数变化等不确定因素,通过在线监督学习的方法调整ANFIS转矩逆模型和磁链模型的参数以提高模型的准确性。基于在线调整的ANFIS磁链模型设计自适应滑模控制器调节SRM相绕组中的实际电流跟踪期望相电流波形,从而实现其高性能转矩控制。     

梯形波相电流驱动下六相感应电机转矩研究

针对多相电机控制模式复杂性的特点,本文提出一种新颖的控制方式:六相感应电机梯形波相电流控制.该梯形波相电流由励磁电流和转矩电流组成,在该梯形波相电流驱动下六相定子绕组可以分为励磁绕组和转矩绕组,模拟直流电机实现励磁磁场和转矩的直接控制而不需要复杂的派克变换.本文主要通过理论分析计算、有限元分析和实验测量数据来研究梯形波相电流驱动下六相感应电机输出转矩性能,并对磁势解耦时的参数k进行了理论分析和计算.输出转矩的理论分析、有限元分析和实验结果是一致的,表明了分析模型的正确性以及该控制策略可以从真正意义上模拟直流电机的转矩输出性能.     

用谐波注入抑制永磁同步电机转矩脉动

气隙磁场的畸变和逆变器的非线性特性使永磁同步电动机（permanentmagnetsynchronousmotor,PMSM）电流中含有大量高次谐波,电流波形发生畸变,导致电机电磁转矩脉动。针对这一问题,提出了一种新颖的谐波抑制算法,在建立PMSM谐波数学模型的基础上,利用注入谐波电压的方式来抵消电机运行时电机电流中的谐波分量,改善电机电流波形,抑制电机电流谐波分量和电磁转矩脉动。通过仿真及实验验证了该算法的有效性。该算法不需要增加任何硬件和离线实验测量,具有较强的灵活性和适应性。     

基于梯形波相电流驱动的六相交流感应电动机性能

为了实现六相感应电动机的励磁磁场和电磁转矩直接控制,提出了梯形波相电流来驱动六相交流感应电动机,并对其性能进行研究.首先采用理论分析和有限元分析对气隙磁场和电动机的电磁转矩进行了计算.其次,利用所构建的六相电动机的实验装置对理论分析结果进行了佐证.该六相电动机控制策略的最大优点是可以实现励磁磁场和转矩电流的直接控制而不需要派克变换,另一个优点是通过六相定子分布,合成的磁场电流可以产生一个近似的方波气隙磁场,使电磁转矩的输出得到极大的提高.     

一种新型永磁同步电动机滑模变结构直接转矩控制系统

传统的转矩和磁链双滞环型永磁同步电动机直接转矩控制系统具有转矩脉动大、开关频率不恒定、运行噪音大等缺点。为此,基于滑模变结构理论及空间电压矢量调制技术,提出一种新型永磁同步电动机直接转矩控制策略。根据永磁同步电动机定子磁链定向坐标系中的数学模型及滑模变结构理论推导出定子磁链及转矩控制规律。实验结果显示新型直接转矩控制具有转矩动态响应迅速,稳态转矩脉动和磁链脉动低,电流波形光滑,驱动系统对参数变化不敏感。     

一种新型永磁同步电动机滑模变结构直接转矩控制系统

传统的转矩和磁链双滞环型永磁同步电动机直接转矩控制系统具有转矩脉动大、开关频率不恒定、运行噪音大等缺点.为此,论文基于滑模变结构理论及空间电压矢量调制技术,提出一种新型永磁同步电动机直接转矩控制策略.根据永磁同步电动机定子磁链定向坐标系中的数学模型及滑模变结构理论推导出定子磁链及转矩控制律.实验结果显示新型直接转矩控制...     

永磁无刷直流电机负载磁场及其电磁转矩的计算

该文在考虑齿槽影响的前提下，建立了永磁无刷电机电枢反应磁场的解析计算模型，求出永磁电机相绕组的自感和互感。在对水磁无刷直流电机空载气隙磁场和空载相绕组反电动势求解的基础上，结合永磁无刷直流电机主电路的拓扑结构，构造出电机绕组的场路耦合模型，由此计算出电机相绕组电流变化波形。在考虑齿槽影响情况下，计算出永磁电机在任意时刻的电枢反应磁场和负载气隙磁场，进而计算出永磁无刷直流电机产生的瞬时电磁转矩，以便定量分析永磁无刷电机的电磁转短被动和绕组换相引起的转矩被动，为分析永磁无刷直流电机的工作特性和振动噪声提供了可靠的依据。     

矢量控制永磁同步电动机低速轻载运行的研究

提出了削弱电压源型空间矢量脉宽调制逆变器死区效应的方法.给出因死区时间和开关器件开通、关断时间引起的误差电压矢量,依据误差电压矢量的表达式,采用降低载波频率和减小直流母线电压的方法削弱死区效应.分析了降低载波频率对磁链轨迹畸变和转矩脉动的影响,在低速空载情况下通过增大电机定子励磁电流分量获得连续电流波形,通过检测电流矢量角判断电流极性,对死区进行补偿.仿真并对比了不同载波频率下的转矩脉动,实验结果证明了所提出的方法能有效地降低电机转速,改善电流波形.     

等效正弦的分级变频软启动器研究与设计

针对传统软启动器起动转矩过小而无法满足重载起动的问题,利用分级变频原理,同时借鉴恒压频比的电机变频调速理论,提出了一种基于等效正弦的分级变频软启动控制方法,可以降低电机定子相电流的谐波含量,减小电机在分级变频软启动过程中的转矩脉动,达到平稳起动重载的目的。通过搭建基于等效正弦的7阶段控制系统仿真模型,验证了该理论的合理性。在此基础之上,研制了分级变频软启动器实验样机,试验结果表明,所提出的方法可有效的改善电机的起动电流波形,与仿真结果吻合。     

永磁无刷直流电机转矩波动的自抗扰控制

自抗扰控制器(ADRC)是在继承经典PID不依赖于对象模型优点的基础上,通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制器,性能优良且算法简单。在分析永磁无刷直流电机转矩波动研究现状的基础上,根据其自身特点以及自抗扰控制器的设计原则,提出了基于自抗扰控制器的永磁无刷直流电机转矩波动抑制方法。将电机等效为由2个非线性系统构成的串联对象,设计了2个一阶自抗扰控制器实现对电机的内外环控制,即外环控制转速并给出内环转矩参照值,内环控制转矩以抑制转矩波动,其实质是改善馈电电流波形。内环转矩子系统采用3个相同的扩张状态观测器(ESO)对三相转矩分别进行观测,进而得到电磁转矩估计值及转矩子系统的实时作用值,据此构造以逆变器直流侧电压为控制输入的转矩子系统一阶自抗扰控制器。实验结果表明,该控制方案不仅能够明显抑制电机运行中的转矩波动,而且电机具有良好的动态响应性能,控制系统具有较强的适应性和鲁棒性。