IPMSM低载波比下新型PWM预测控制

在大功率牵引传动控制系统和永磁同步电机(PMSM)高速运行的场合中,开关器件的开关频率受开关损耗的影响和数字控制器计算能力的限制,仍然无法大幅提高.在低载波比下针对内置式PMSM(IPMSM)由于数字控制延迟导致耦合程度加剧和纹波电流过大的问题,在考虑逆变器延时的情况下对IPMSM重新建立复矢量模型,并推导出新的离散化模型,在此基础上建立了低载波比下的新型脉宽调制(PWM)预测控制器.通过对比传统比例积分(PI)控制器,仿真和实验结果表明改进的PWM预测控制器在低载波比下的性能优势更加明显.     

永磁同步电机电流环控制耦合分析

在永磁同步电机(PMSM)高频运行和控制载波比低的情况下,由于电机阻抗耦合和数字控制延时的影响,d,q轴电流耦合加重导致电流失稳。在此搭建了同步坐标系下复系数传递函数表达的电流环控制模型,并在此基础上提出一种带角度补偿的复系数PI控制器,解决了耦合导致的PMSM电流环失稳问题。实验结果验证了该方法的可行性和算法的正确性。     

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。     

高速永磁同步电机解耦控制——低载波比数字延时与Smith预估控制

永磁同步电机(PMSM)运行在高速工况时,由于逆变器的开关频率受限使得载波比较低,会出现数字延时加剧的问题,直接影响了系统的控制性能,甚至造成系统失稳。针对低载波比工况下的数字延时问题,首先对数字延时环节进行精确的复矢量建模,并基于转速及电流环带宽的根轨迹、闭环零极点图及波特图分析数字延时对系统性能的影响,并给出考虑延时后系统的临界失稳转速。结合复矢量解耦策略,提出一种改进的基于Smith预估控制的解耦延时补偿电流控制策略,能够避免高速低载波比工况下系统失稳的问题,提高了电流环的稳定性,同时具有较好动态响应能力和解耦性能。采用Simulink仿真对比验证了所提的解耦延时补偿控制策略的有效性。     

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。     

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。     

高速低开关频率下永磁同步电机的解耦控制

针对在同步旋转坐标系下,电流反馈控制依赖电机参数的问题,提出一种利用电流环输出估计电感值方法。然而在低开关频率下,数字延时在同步旋转坐标系中可以等效为角度延时和时间延时两部分,其中角度延时会影响电流环的输出,造成辨识电感出现误差。通过绘制系统零极点分布图可发现时间延时会影响电流环的解耦性能。为了消除数字延时的不利影响,通过引入超前相位角消除角度延时对电感辨识的影响,又提出具有预测控制的电流反馈控制消除时间延时,实现了电流环转矩分量和磁链的解耦控制。最后通过仿真和实验验证所提方法的可行性和有效性。     

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。     

低开关频率下的同步电机非线性鲁棒控制

通过降低开关频率可提高中压变频器功率,但会造成定子电流励磁分量与转矩分量耦合。为解决此问题,在永磁同步电机(PMSM)直接反馈线性化控制基础上,充分考虑变频器在低开关频率下的延迟特性,结合不确定模型鲁棒问题的标准分析方法,设计了一种基于仿射非线性系统的鲁棒控制器。该控制器能在低开关频率下实现对定子电流励磁分量与转矩分量的动态解耦,仿真及实验验证了鲁棒控制器的有效性与可行性。     

基于相位补偿的高频Vienna整流器解耦控制方法

针对三相三线制Vienna整流器控制频率与输入电压频率比值较低时dq轴耦合加剧的问题,采用基于复系数传递函数的方法,推导了Vienna整流器电流环的开环传递函数。在同步旋转坐标系下,建立了考虑数字控制延时后的电流环复系数控制模型,对该模型的分析与研究表明,考虑数字控制延时后,传统电流前馈解耦方法不能实现完全解耦。为解决此问题,提出了一种带相位补偿的电流前馈解耦控制方法。该方法将输出的控制信号乘上延时对应的相位补偿量后作为新的控制信号,以消除延时对控制环路的影响,有效提高了电流环的性能。最后搭建了1 000 W的Vienna整流器仿真与实验平台进行验证,仿真与实验结果证明了所提控制策略的有效性。     

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。     

高速PMSM无传感器角度误差分析及补偿方法

在永磁同步电机(PMSM)无传感器数字控制系统的高速弱磁阶段,受脉宽调制(PWM)开关频率限制,载波比随弱磁转速升高不断降低,与基速相比系统存在更大的数字信号延时。延时导致的转子位置角度观测误差及电压矢量相位滞后影响了电流的解耦性能,进而影响电机高速弱磁时的动态性能和稳定性,严重时导致电机失控。针对此问题,此处提出一种PMSM高速运行下的转子位置角度误差及电压矢量相位滞后补偿策略,该策略实现简单可靠,可提高PMSM无传感器高速弱磁运行时的稳定性。仿真和实验结果验证了该补偿策略的有效性,且具有一定的应用价值。     

基于复矢量解耦的电流环动态性能改进策略

永磁同步电机模型经过坐标变换之后,d、q轴之间可以实现静态解耦,但动态调节过程中仍然存在交叉耦合问题,且转速越高耦合越严重。另外,电流环内存在的延时会加剧d、q轴耦合,影响电流环动态性能。针对上述问题采用复矢量解耦方法,在电流调节器中引入一个随转速变化的零点,使得此零点可以与电机模型中的极点完全抵消,实现了d、q轴完全解耦,且此方法对电机参数不敏感。为减小电流环延时,在分析延时产生原因的基础上改进了电流采样方式,并且采用双采样双更新策略,延时减小62.5%。仿真结果表明所提方法有效提高了电流环动态性能。     

低速大转矩PMSM无速度传感器转矩脉动抑制

传统高频信号注入法在获取转子位置信息时,使用滤波器会造成电流环响应与位置估计延迟的问题,而且由于大功率控制器的低开关频率、逆变器非线性因素和伴随着高频注入会带来周期性的转矩脉动的问题。为解决上述问题,采用一种无滤波器基波电流与高频电流分离方法,通过简单的数学运算可以将基波电流和高频电流分离,减少转子位置估计过程中的相位延时,提高永磁同步电机(PMSM)无速度传感器控制精度和动态性能;为抑制这些周期性转矩脉动,采用电流环比例积分-谐振(PIR)控制器抑制周期性谐波电流,从而抑制转矩脉动。搭建了低速大转矩PMSM实验平台,对所提高频方波注入法和PIR控制进行验证,结果表明了控制策略的正确性和有效性。     

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。     

带延时补偿的永磁同步电机自适应无差拍电流预测控制

针对永磁同步电机(PMSM)的电流控制易受系统延迟、参数失配等因素影响,导致电流跟踪性能下降的问题,提出一种带延时补偿的自适应无差拍电流预测控制算法。在传统无差拍电流预测控制器(DPCC)基础上,针对参数失配引起电流跟踪性能下降的问题,改进了基于仿射投影算法的模型自适应补偿方法,设计了一种具有延时补偿的自适应电流控制算法。最后通过仿真试验,验证了所设计的带延时补偿的自适应无差拍电流预测控制对系统参数失配具有自适应补偿能力,可以有效消除系统延时的影响,提高电流环跟踪性能。     

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。     

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。     

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。     

基于复矢量调节器的低开关频率同步电机控制

为提高中压大功率变频器出力,需要降低器件的开关频率,这会导致脉宽调制(pulse width modulation,PWM)响应滞后,影响定子电流磁化分量和转矩分量间的动态解耦效果。受低开关频率制约,常规的比例积分(proportionalintegral,PI)及前馈补偿PI调节器难以满足系统要求。为改善这一问题,在对电励磁同步电机进行复矢量信号建模的基础上,充分考虑信号采样的延迟和开关器件在低开关频率下的惯性特性,结合经典的控制理论分析方法,设计了一种新颖的基于复矢量的电流调节器。该调节器能在低开关频率下实现对定子电流磁化分量和转矩分量的有效解耦,动稳态性能良好。Matlab仿真及DSP实验验证了该调节器的有效性与可行性。