纯电动汽车用内置式PMSM的MTPA-FW控制算法对比研究

以一台25 kW电动汽车用内置式永磁同步电机作为被控对象,分别使用梯度下降法、电流超前角β法对比分析,实现了弱磁控制。在整个控制系统中,2种算法均使用了电流、转速和电压三闭环反馈控制,以定子相电压Us对变频器直流侧母线电压Udc的利用率为基础,采集电流调节器ACR输出的交/直轴电压U_(dq),与定子相电压最大值Usmax相比较组成反馈电压控制环,经积分调节器,最终得到修正后的交/直轴电流。与反馈的交/直轴电流比较后的差值,作为电流调节器ACR的输入。在t=0.2 s时刻,负载转矩由80 Nm阶跃到20 Nm,转速由额定转速3000 r/min阶跃到最高转速12000 r/min,由转速曲线可以看出,采用2种不同弱磁调速算法,均可以实现具备4倍弱磁调速能力。仿真证明了弱磁控制算法的合理性,实现了电磁转矩与转速的快速跟踪,以及较小的电流与转矩纹波,并初步搭建了动力系统平台,为后续试验提供理论依据。     

基于预测自适应律的PMSM滑模控制

针对永磁同步电机在系统参数摄动和外部负载扰动下鲁棒性差的问题,设计了一种基于预测自适应律的滑模速度控制器。通过预测自适应律在线估计系统扰动变化值,并据此进行实时电流补偿,从而抑制转速波动,提高系统的抗扰动能力。仿真结果显示,该控制方法可实现快速、准确跟踪1000r/min的速度指令,调节时间为0.02s,稳态误差为0.9r/min;加入10N·m的负载扰动时,基于预测自适应律滑模控制的转速波动最大值为18r/min,与PI控制相比减小了81%。仿真分析表明,基于预测自适应律的滑模控制方法能有效抑制由系统扰动引起的转速波动,使系统具有更好的速度控制精度和鲁棒性。     

高空电推进系统的积分滑模反演速度控制

针对高空电推进系统用永磁同步电机的转速跟踪控制问题,提出一种基于反演的积分滑模控制器.对控制器所采用的数学模型、控制算法、稳定性条件等进行研究.在反演法的基础上,将积分因子引入速度环,对转速误差进行补偿;采用指数趋近律构造电流误差的滑模面方程,以减小反演法对系统参数的敏感性;设计全局Lyapunov函数保证控制器的渐进收敛;基于SIMULINK和dSPACE实验平台完成反演和积分滑模反演控制系统的仿真和实验分析.仿真和实验结果表明,相比于反演控制,当参考转速由300 r/min上升到400 r/min时,积分滑模反演控制系统的转速动态响应时间由0.2s减小到0.1s;突加1N·m负载时,转速超调由8 r/min减小到2 r/min,在系统参数摄动条件下,电机稳态运行时无转速静态误差.     

基于遗传算法优化PID 算法的船舶柴油发动机转速控制方法

为满足新时期对船舶柴油发动机的性能需求,提高工作效率,根据PID控制技术,结合遗传算法,研究了 一种船舶柴油发动机转速控制方法.分析船舶柴油发动机的基本性能,基于PID控制器,设计船舶柴油发动机转速控 制的基本架构,建立船舶柴油发动机动力学模型,利用PID控制算法,构建船舶柴油发动机转速PID控制的数学模 型,应用遗传算法,优化调整转速控制参数,实现船舶柴油发动机转速的实时、精准控制.仿真试验结果显示,对于 发动机恒定转速突然施加负载、突然卸下负载的２种状态,试验组方法的控制时间分别为1.87s、3.07s,最大超调 量分别为－51r/min、30r/min,具有实时性与稳定性,满足实际工程需求.     

基于级联多电平逆变器的大功率异步电动机控制系统设计

针对大功率异步电动机的非线性、强耦合和多变量等特性,采用级联多电平逆变器结合自抗扰控制技术设计了一种大功率异步电动机直接转矩控制系统。利用载波移相脉宽调制方法获取级联多电平逆变器开关控制信号,以减少定子磁链和转矩的幅值脉动;通过速度控制器对负载扰动进行估计和补偿,以消除负载扰动引起的跟踪误差;基于自抗扰控制原理设计了速度控制器、转矩和磁链控制器;基于自适应控制原理设计了一种磁链观测器,用于定子磁链和转矩估计;最后,采用Matlab进行了仿真实验。仿真结果表明:基于级联多电平逆变器的大功率异步电动机直接转矩控制系统可以有效地消除负载、转速等参数突变对系统控制性能的影响,系统响应速度快、跟踪性能好以及具有较好的鲁棒性能。     

单相自起动永磁同步电动机仿真与分析

采用磁路计算与有限元分析相结合的方法,设计了一台220 V、55 W、额定转速3 000 r/min的单相自起动永磁同步电动机。借助电磁场有限元分析软件,对电机空载磁场、反电势、电机负载性能及电机起动过程进行了仿真分析。设计达到预期效果,对单相自起动永磁同步电动机的设计与仿真具有一定的参考价值。     

基于专家PI的永磁同步电机弱磁调速技术

针对汽车电子助力制动系统在刹车过程中助力电机快速、准确的位置响应需要,提出了一种基于专家PI控制器的弱磁调速技术。在考虑速度误差与速度误差变化率的基础上,设计了一个专家PI控制器,根据制定的控制规则在转速响应的不同阶段改变速度环PI控制器的参数,结合前馈弱磁控制策略,对助力电机进行速度和位置跟踪控制。通过实验验证了所提出的方法有位置响应速度快、转速调节范围宽的优点。     

基于PR控制器的永磁同步电动机弱磁控制

介绍了永磁同步电动机的数学模型,并对其弱磁原理进行阐述.因传统的调速控制经解耦后常采用PI调节器,引入与温度和电路参数有关的交叉耦合项和前馈补偿项,影响了控制系统的鲁棒性,特别是在额定转速以上的弱磁运行时影响更大.分析了比例谐振PR控制器特点,并提出一种基于改进PR控制器及转子磁链定向的移相弱磁控制策略.仿真结果表明,所述的控制策略能实现永磁同步电动机的高倍弱磁扩速,具有良好的鲁棒性和动态性能,验证了该方法的正确性.     

端口受控哈密顿方法的永磁同步电动机弱磁扩速

针对隐极永磁同步电动机的弱磁扩速问题,提出了一种基于端口受控哈密顿(PCH)的弱磁扩速非线性控制新方法。系统的平衡点采用分段式求取,在基速以下采用最大转矩/电流原理求出,在基速以上采用弱磁方法求出。对于工程中常见的负载转矩未知时的情况,设计了负载转矩观测器。仿真结果表明,系统的弱磁扩速效果好、速度响应快,具有良好的抑制负载转矩扰动能力。     

基于GSO-BFA算法的PMSM自适应模糊滑模控制

为研究永磁同步电机(PMSM)在无速度传感器工况下的速度跟踪估计,以PMSM的工作原理为基础,建立内埋式PMSM的数学模型。基于自适应模糊微分积分滑模(AFDI-SMC)鲁棒性强的优点,提出了在萤火虫-细菌觅食(GSO-BFA)融合算法优化滑模控制器参数条件下采用旋转高频电压注入法对电机转速进行估计的无速度传感器控制方案,并分析了电机在高、低速运行时特点。实验结果表明,采用GSO-BFA融合算法优化滑模控制器参数并结合高频电压注入法的自适应模糊滑模控制系统在高速(2000 r/min)负载工况下的绝对误差为60 r/min,转速相对误差为3%,稳定运行时转子位置最大误差约为4°电角度(合2°机械角度);低速(50 r/min)负载工况下的绝对误差为8 r/min,转速相对误差为16%,稳定运行时转子位置最大误差约为5°电角度(合2.5°机械角度)。     

基于负载转矩观测器的直驱式永磁同步电机新型速度控制器设计

为减小采用传统PI速度控制器控制时直驱式永磁同步电机转速的超调量,提出了一种新型速度控制器。同时,针对负载转矩和电机参数变化等扰动因素对系统控制性能的影响,设计了负载转矩观测器,并将观测的转矩值转换为负载电流引入到电流调节器的输入端,对新型速度控制器的输出进行补偿。仿真与实验结果表明,所提出的新型速度控制器可有效减小转速的超调量,提高转速的跟踪性能和系统的抗负载扰动能力;设计的负载转矩观测器能够对负载转矩进行准确的观测;采用的负载转矩前馈补偿控制方法进一步提高了系统的抗负载扰动能力,验证了该文所提基于负载转矩观测器的新型速度控制器的正确性和有效性。     

具有弱磁调速的直流电机速度系统鲁棒控制器的设计

针对具有弱磁调速的直流电机速度控制系统被控对象中存在较大的参数时变性及具有负载扰动不确定性的问题,首先构造了一个适当的增广被控对象,将其转化为一H∞标准设计问题,并利用H∞鲁棒控制理论,设计了速度控制系统的鲁棒状态反馈控制器,进而利用二自由度鲁棒跟踪设计方法设计了速度鲁棒跟踪控制器。仿真研究结果表明,本文所设计的速度鲁棒跟踪控制系统,不仅对于电机的参数时变不确定性有较好的控制效果,而且可以有效地抑制电机负载扰动的影响。     

问与答

问:有一台他励直流电动机、额定电压U_n为200V,额定功率为45kW。当电机在额定电压下运行时,转速为900r/min,电枢电流I_n为270A。若励磁电流保持不变、负载转矩与转速的平方成比例,电枢电阻为0.04Ω,电刷压降为3V,忽略电枢反应,试求转速为600r/min时电机的端电压。答:根据题意绘出电路图如图1。由图1得额定运行时的电枢反电势E_n为:     

新型的内嵌式永磁同步电机弱磁转速控制

在基本转矩前馈控制系统的基础上,提出了一种新型的永磁同步电机的弱磁控制算法。由于电流调节器的饱和使得定子电流进入弱磁控制,因此在这种新的弱磁控制算法的基础上,设计出一种新的定子电流误差观测器用以辨识电流调节器的饱和情况。另外,在弱磁区利用转速观测器观测定子电流变化,利用差值控制器以达到使定子电流矢量由常规的弱磁控制轨迹转向最大输出的电压极限轨迹（VLMO）的目的。仿真结果表明：相应产生的VLMO控制模式能够优化弱磁控制策略,控制算法能有效实现弱磁控制下的转速调节。     

基于FPGA和DSP的高性能伺服控制器设计

针对高性能伺服控制器对复杂的控制算法以及较小延时的需求,研究了一种基于FPGA和DSP的高性能伺服控制器设计方法。FPGA完成电流环、坐标变换、空间脉宽矢量调制、电流位置读取,DSP则负责速度环、位置环和上位机通信,使系统既能实现复杂的控制算法,又能将延时控制到最小,从而保证控制器的最佳性能。此外,详细介绍了两者之间的通信方式以及三环控制器设计。试验数据结果表明,伺服控制器速度环带宽能达到100 Hz,额定转速下稳速精度在1 r/min以内,定位精度能达到0.02°,证实了该控制器结构的实效性。     

火电机组OPC超速保护动作特性分析

火电机组超速保护系统(OverspeedProtectController简称OPC)是一种抑制发电机组超速的保护控制,其作用是在汽轮机出现超速时,关闭所有调节汽门,防止汽轮机转速进一步升高。它取代了传统液压调节系统的微分器,对发电机跳闸、甩负荷、103%额定转速限制更精确可靠。OPC主要功能是:当汽轮机转速达到3090r/min(额定转速的103%)时关闭所有调节汽门,汽轮机转速恢复至3000r/min后,重新开启调节汽门维持汽轮机转速在3000r/min;发电机跳闸后快速关闭所有调节汽门,汽轮机转速恢复至3000r/min后,重新开启调节汽门维持汽轮机转速在3000r/min。尽管OP…     

基于龙伯格观测器的BLDC滑模控制系统仿真研究

针对无刷直流电机（BLDC）负载频繁改变导致电机调速性能差的问题,提出了一种基于负载转矩观测器的速度滑模控制方法。速度环采用滑模变结构控制方法,基于改进指数趋近律设计了速度滑模控制器;同时为了减小负载转矩扰动对电机运行状态的影响,基于龙伯格观测器设计了负载转矩观测器,通过观测器来估计实际的负载转矩并将观测器的输出前馈给速度滑模控制器来抵消负载转矩扰动的影响。为了验证提出方案的有效性,在MATLAB/Simulink仿真环境上搭建了仿真模型并进行了仿真分析,仿真结果表明基于负载转矩观测器和速度滑模控制器的无刷直流电机系统有着优异的性能,与传统PI控制相比,抗扰能力强、恢复时间短、转速响应快,证明了提出方案的有效性。     

大七孔水轮发电机设计

大七孔水轮发电机的额定转速为1000r/min,是目前国内转速最高的水轮发电机.本文重点介绍发电机的定子、转子和轴承的设计.     

基于模糊控制的内置式永磁同步电机弱磁调速算法

针对内置式永磁同步电机矢量控制系统提出了一种新的弱磁控制策略,通过构建模糊控制器分析内置式永磁同步电机运行时的电流转矩分量和转速反馈量,得到电机直轴电流弱磁分量。运用Matlab GUI工具箱设计了模糊控制器,并在Simulink中对基于模糊控制的矢量控制系统进行了仿真,结果表明电机弱磁效果明显、调速范围得到有效拓宽,且系统具有较好的动态性能。     

水轮机起动特性不良的原因与处理

电站水轮机额定转速600r/min,每次自动开机过程中,在机组达到额定转速时,平衡表仍指示有150mA的开机电流,致使机组转速继续升高,直到636r/min才逐渐下降至额定转速,同时平衡表所反映的开机电流逐渐下降为零,电液转换器恢复到平衡状态。