考虑电压饱和的感应电机复矢量电流解耦控制

在感应电机矢量控制系统中,传统电流PI控制器在电流频率增加较大时,d,q轴电流的耦合程度加深,出现电压饱和现象等问题限制了系统响应速度的提升。提出一种基于复矢量解耦的电流PI控制器,控制器采用复矢量解耦与抗电压饱和结合的控制算法,仿真和实验结果表明该调节器有效提高了电机的电流动态响应能力和加重载时的速度稳定性。     

一种异步电机的电流环解耦控制方法

在异步电机的矢量控制系统中,电流控制器处于内环,对系统响应的准确性和快速性有着重要影响。然而矢量控制经过坐标变换后,电流环中的d、q轴之间仍存在交叉耦合,并且随着同步频率增加耦合分量加大;另一方面,数字延时的存在使耦合加剧进一步降低了电流环特性,对于大功率低开关频率交流传动的影响尤其明显,严重时可能导致系统不稳定。为了实现良好的解耦控制,基于复矢量分析方法建立了更加精确完整的电机模型,提出一种电压解耦控制的电流控制器,在此基础上引入了延时及其补偿方法,并通过复矢量传递函数对控制策略的动态解耦性及鲁棒性进行了研究。仿真和实验结果表明所提方法有效提高了电机动态控制性能。     

基于复矢量的异步电机电流环数字控制

定子电流环控制在异步电机矢量控制系统占有非常重要的地位,直接关系牵引系统的转矩控制快速性和系统稳定性。然而,在大功率牵引传动系统中,为了降低开关器件的损耗,往往牵引逆变器的开关频率只有几百赫兹,这使得电流环带宽受限;另一方面控制环路中存在较大的延时,加剧了交流感应电机dq轴电流的交叉耦合程度,进一步降低了电流环的性能,严重时甚至导致系统不稳定。为了克服这些问题,进一步提高牵引感应电机的动态性能,首先在复矢量概念基础上,建立精确的含有延时在内的逆变器供电的异步电机的离散数学模型,接着分析了延时对异步电机数字矢量控制的影响,得到了克服延时的控制思路。在此基础上,在离散域中利用零极点对消原理,得到基于复矢量的电流数字控制算法。实验结果表明,在电机低开关频率数字矢量控制系统中的电流环中引入基于复矢量的纯数字控制算法,有效提高了电机的动态性能。     

基于复矢量的电流环解耦控制方法研究

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,PMSM)采用矢量控制后,可以实现电流静态解耦,但动态耦合关系依然存在,而且随着转速的升高,耦合作用的影响也越来越严重。传统的电压前馈解耦控制(voltage feed forward decoupling control,VFDC)对参数变化敏感,因此提出一种基于复矢量的电流环解耦控制策略。电机模型包含一个随速度变化的极点,因此电压前馈解耦控制器的固定零点很难保证全速度范围内的零极点对消;复矢量控制器包含一个随速度变化的虚轴零点,从而实现控制器的零点与被控对象的极点完全解耦。该文采用复矢量的分析方法建立了更精确的电机控制模型,并通过传递函数对解耦特性进行了分析,在此基础上给出了可用于仿真和实验的d-q轴的控制模型。仿真和实验结果表明复矢量解耦控制器有效提高了电流环的控制性能。     

永磁同步电机低载波比优化复矢量控制

永磁同步电机运行在低载波比情况下d,q轴电流耦合问题严重,同时系统延时较大无法忽略。传统PI电流控制器受限于器件开关频率无法实现较好的控制效果,解耦器因为延时问题解耦效果很差,同时对电机参数敏感。针对上述问题,这篇文章在传统复矢量电流控制器的基础上进行改进优化,进行了复矢量电流控制器的延时补偿,有效避免了电机高转速下电流控制器的失稳;同时考虑了较复杂状态下的复矢量电流控制器如何实现以及增加鲁棒性的问题。Matlab仿真实验证明了优化复矢量控制的正确性和有效性。     

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。     

低开关频率下异步电机电流环的数字控制

电流环数字控制在异步电机矢量控制系统中占有非常重要的地位,其性能的优劣直接影响电机转矩与磁链解耦控制效果、输出转矩响应速度,甚至牵引变流器–异步电机系统稳定性。而在大功率传动系统中,为降低开关器件损耗,牵引变流器开关频率通常较低,从而产生较大数字控制延时,加剧电机定子电流励磁分量与转矩分量之间的耦合程度。为解决上述问题,文章全面分析异步电机耦合因素,结合零极点对消原理提出一种改进型离散电流控制器,在离散时间域下,不仅确保电流环系统具有良好的动态响应,而且可以实现定子电流转矩分量与励磁分量的有效解耦。模型仿真与实验验证了改进型离散电流控制器的有效性与可行性。     

永磁同步牵引电机高速运行时再生制动研究

列车为防止在中性区趴窝,一般以较高速度驶入中性区。为确保辅助系统在中性区不断电,牵引电机需在高速区快速由牵引工况转换为再生制动工况。这里分析了永磁同步牵引电机高速区弱磁控制原理,给出了基于负直轴电流补偿弱磁控制框图,研究了列车进出中性区时永磁同步牵引电机交直轴电流工作区域。基于负直轴电流补偿弱磁控制策略研究了同步旋转d,q坐标系前馈/反馈解耦比例积分(PI)电流调节器和d,q坐标系复矢量电流调节器的控制器在高速弱磁区的再生制动性能。理论分析和仿真结果验证了d,q坐标系复矢量电流调节器在高速弱磁区具有更优异的控制性能。     

高速IPMSM离散滑模电流补偿解耦控制

内嵌式永磁同步电机(IPMSM)矢量控制系统中,由于坐标变换引入与速度有关的交叉耦合项和系统控制延迟的影响,使得高速IPMSM在数字控制中电流环解耦性能下降。针对传统离散复矢量电流控制器只适用于表贴式永磁电机,不适用于IPMSM;同时对电机参数变化敏感,不能满足系统鲁棒性的问题,根据IPMSM d,q轴电感不相等的特点,建立了相应的离散数学模型,并根据零极点对消原理提出了离散电流控制器。同时,为提高系统的鲁棒性和参数不变性,设计了带离散滑模电流补偿解耦控制器。通过仿真和实验加以证明,结果表明该控制策略能有效实现d,q轴电流解耦,同时提高了系统动态性能。     

感应电机在弱磁区的电流解耦控制研究

为了实现感应电机的宽范围调速,针对按转子磁场定向时,d,q轴电流的耦合效应,引入复平面矢量分析法,建立了感应电机的电压一电流矢量模型,分析了同步旋转PI控制器在解耦方面的不足,提出了评价耦合强度的频率函数.在复数传递函数的基础上,提出了一种电流矢量控制器,该控制器在确定系数后,无需电机参数,就可在宽调速范围内实现电流解耦控制.实验结果证明了该方法的有效性和正确性.     

基于合成矢量的双级矩阵变换器驱动感应电机电流控制策略

将双级矩阵变换器(two-stage matrix converter,TSMC)作为感应电机的驱动装置,针对传统矢量控制中感应电机参数变化造成控制系统解耦不充分的问题,提出了基于合成矢量的TSMC驱动感应电机电流控制策略。对TSMC与感应电机合成矢量的数学模型进行推导和合理的简化。利用合成矢量根轨迹法设计出一种基于复数比例–积分控制器的电流闭环控制系统,解决了随着系统频率增加控制系统控制性能大大下降的问题,并降低了常规解耦控制系统对电机参数的依赖性。仿真结果表明:TSMC能提供满足感应电机调速要求的高质量输出电压和电流,所提出的控制策略能有效改善控制系统的动态和稳态性能。     

低载波比下的永磁同步电机无传感器控制

提出一种适用于低载波比运行条件下的永磁同步电机无传感器控制方法。首先,分析了电流环在传统PI以及复矢量调节器控制下对系统解耦性能的影响,提出一种改进型复矢量调节器对系统电流环进行调节,有效提高系统低载波比运行下的解耦性能。其次,设计一种同步旋转坐标系下的全阶状态观测器,对电机转子位置进行有效观测。实验结果验证了提出控制方法的有效性和可行性。     

最少拍电流控制在海口动车牵引系统中的应用

在动车牵引系统中,逆变器输入电压较高（1800 V）,为了降低功率模块开关损耗和减少散热,牵引逆变器的开关频率通常较低,只有几百赫兹,而动车牵引异步电机的调速范围较宽,输出频率可达200 Hz,转速较高时的载波比较低。在这种情况下,由于每个电周期内的电流调节次数减少,常规电流PI控制器性能变差,无法达到系统要求。为此,将异步电机电压、电流等方程进行复矢量处理,建立了包含延时影响的离散数学模型,在此基础上,设计无差拍电流控制器。通过Simulink仿真及在海口动车线装车进行试验,试验结果表明基于复矢量的最少拍电流控制器在动车牵引异步电机运行过程中具有较好的动态及稳态性能,转矩/励磁反馈电流均能较好地跟随转矩/励磁给定电流。并且在牵引/制动过程中,电压和电流变化平稳,无明显振荡。     

新能源汽车永磁同步电机复矢量解耦补偿策略

在实际应用中新能源汽车采用的内置式永磁同步电机(PMSM)存在d,q轴电流动态耦合和控制延时两大问题。针对电流耦合问题,采用复矢量解耦的方式,根据零极点相消的原理,引入随速度变化的零点实现d,q轴动态解耦。针对控制延时的问题,结合新能源汽车应用场所中的不同工况,采用低载波工况双采样,高载波工况单采样的电流控制策略。通过台架实验结果表明复矢量解耦和延时补偿策略能有效提高电流环动态性能,提高电压利用率以及系统稳定性。     

离散电流控制在地铁永磁牵引系统中的应用

在地铁永磁牵引系统中,输出电压较高、电流较大,开关损耗和散热等条件受到限制,牵引逆变器的最高开关频率通常只有几百赫兹,而地铁永磁同步电机(PMSM)的调速范围较宽,输出频率可达300 Hz,载波比的变化范围较大.在这种情况下,常规电流比例积分(PI)控制器性能较差,难以满足系统要求.为此,根据复矢量分析方法,建立了包含延时影响的离散数学模型,在此基础上,设计离散电流控制器.通过仿真及在西安地铁2号线装车进行试验,试验结果表明基于复矢量的离散电流控制器在地铁PMSM运行过程中具有较好的动态及稳态性能,转矩(励磁)反馈电流均能较好地跟随转矩(励磁)给定电流,并且在牵引、制动过程中,电压和电流稳定变化,无明显振荡.     

基于频率自适应复矢量PI控制器的PMSM电流谐波抑制策略

逆变器非线性和电机反电动势谐波给永磁同步电机（PMSM）系统引入了电流谐波,在对其特性分析的基础上,将复矢量PI控制器用于电流谐波的抑制。在磁场定向矢量控制的d、q轴电流环中,将若干复矢量PI控制器与原有PI控制器并联,其中心频率随着电机转速自适应调节,PI控制器调节d、q轴中的直流分量,通过复矢量PI控制器在中心频率处的高增益无静差跟踪控制d、q轴中不同频率的交流量,从而达到抑制电流谐波的目的。仿真和试验结果表明,复矢量PI控制器对电流的5、7等频次的谐波具有良好的抑制效果。     

低载波比下永磁同步电机电流环内模解耦控制

电机高速或低开关频率运行时呈现低载波比运行特征,会加重定子电流在两相旋转坐标系下的耦合程度,严重时会导致电流环失稳。为有效提升永磁同步电机(PMSM)低载波比运行时的电流控制效果,在电流环复矢量建模的基础上,引入数字和角度延时表征低载波比运行影响。针对传统解耦控制方法的不足,设计适用于PMSM低载波比运行的电流内模解耦控制方法,深入对比分析不同解耦控制方法的性能。实验结果表明,所研究的电流内模解耦控制方法不仅能在低载波比时具有良好的电流解耦控制性能,而且在定子电感参数失配时具备良好的控制鲁棒性。     

永磁同步电机变频调速系统的内模控制

永磁同步电机是典型的非线性多变量强耦合系统,在同步旋转坐标系下dq轴电流存在耦合,传统的PI控制器无法实现解耦,提出一种基于内模控制原理和空间矢量算法相结合的高性能永磁同步电机解耦控制方法,用内模控制策略控制理想电机模型,对定子电流交叉耦合电势动态解耦,提高系统的动态响应性能,同时在整个电流闭环过程中对参数摄动和外扰动具有良好的鲁棒性,这种方法不需要额外的电机参数和检测硬件,实验结果验证了方法有效可行。     

永磁同步曳引机变频调速系统的内模控制

永磁同步曳引机是典型的非线性多变量强耦合系统,在同步旋转坐标系下dq轴电流存在耦合,传统的PI控制器无法实现解耦,提出一种基于内模控制原理和空间矢量算法相结合的高性能永磁同步曳引机解耦控制方法,用内模控制策略控制理想电机模型,对定子电流交叉耦合电势动态解耦,提高系统的动态响应性能,同时在整个电流闭环过程中对参数摄动和外扰动具有良好的鲁棒性,这种方法不需要额外的电机参数和检测硬件,试验结果验证了这种方法有效可行。     

一种新颖的基于内模电流控制的矢量控制系统

无速度传感器矢量控制系统中存在两个关键性的问题,即速度辨识的稳定性问题和控制器结构问题.本文提出一种新型的基于模型参考自适应的内模电流控制的矢量控制系统.首先,利用MRAS理论,保证了观测器的全局稳定性,然后通过内模控制实现动态解耦,克服了PI控制不能动态解耦和其他解耦方法中对参数敏感的问题.仿真结果表明:系统对参数变化具有较强的鲁棒性,取得较好的解耦效果和系统控制性能.