电动车用开关磁阻电机转矩控制器设计与优化

电动汽车用开关磁阻电机转矩动态特性对电动汽车整车动力性能与乘坐舒适性能起着至关重要的作用。为了降低开关磁阻电机转矩脉动,提高其平均转矩,达到优化转矩动态特性的目的,在MATLAB/Simulink环境中建立了开关磁阻电机非线性动态模型;利用动态模型仿真数据确立了电机转矩动态性能与转速、关断角之间的函数关系;以降低转矩脉动,提高平均转矩为目标,建立了最优关断角与转速之间的函数关系;设计了基于可变关断角的转矩优化控制器。仿真结果表明,本文建立基于可变关断角的转矩优化控制器能很好地降低转矩脉动,提高平均转矩,达到了优化开关磁阻电机转矩动态特性的目的。     

电动车用开关磁阻电机驱动系统多指标同步优化

为了提高电动汽车用开关磁阻电机综合性能,在获得开关磁阻电机磁链特性曲线的基础上建立了其非线性动态模型;以改善平均转矩,降低转矩脉动,提高电机效率为目标,提出了一种多指标同步优化开关角度的方法,建立了最优开通角、关断角与转速、负载转矩之间的函数关系;设计了基于可变开通角、关断角的驱动系统优化控制器;定义了均方根电流比例系数、转矩平顺度比例系数和等效功率比例系数3个概念,将多指标同步优化策略与平均转矩最优化策略进行了对比分析,分析及实验结果表明:利用多指标同步优化开关角度的方法建立的转矩优化控制器能很好地平衡平均转矩、转矩脉动和电机效率3个参数指标,达到了优化开关磁阻电机转矩动态特性的目的。     

电动车用开关磁阻电机驱动系统转矩脉动优化设计

开关磁阻电机驱动系统的转矩脉动严重影响了电动汽车的性能。为了达到电动汽车用开关磁阻电机转矩脉动优化的目的,在Matlab/Simulink环境中建立了开关磁阻电机非线性动态模型;利用动态模型仿真得到的转矩数据分析了开通角和关断角对转矩脉动的影响规律;以降低转矩脉动为目标,得到了电机转矩脉动最优化开通角以及最优化关断角与转速之间的关系;设计了基于开通角和关断角可随转速变化的优化控制器。通过优化前后对比分析表明,本文建立的优化控制器能有效抑制开关磁阻电机的转矩脉动,为电动汽车用开关磁阻电机驱动系统的优化提供一定的参考价值。     

单转向两相开关磁阻电机控制

研究了单转向两相开关磁阻电机的控制方法。首先,根据被控电机的结构及参数提出了该电机的线性化模型,并给出了电感及转矩的计算公式;然后,研究了电机的起动控制方法,提出了基于电流分配函数的低速运行控制算法,设计了基于神经网络的关断角优化高速控制策略,并给出了神经网络的学习过程及样本训练数据的获取方法;最后,通过实验样机的测试,给出了起动、低速及高速运行时的电流波形,并通过不同关断角控制方案的效率测试,证明了设计的神经网络关断角优化控制策略在全转矩范围内具有效率优势。     

关断角优化的开关磁阻电机高速控制

首先基于开关磁阻电机的线性模型分析了该类电机高速运行时的控制方法;通过线性模型的分析,得出关断角对电机效率具有重要意义;提出了基于神经网络的关断角优化转速闭环控制策略,给出了神经网络模型的结构及训练方法,并设计了神经网络训练样本数据的获取方法;通过实际样机实验数据的比较测试,验证了设计的基于神经网络关断角优化的开关磁阻电机高速控制策略的正确性。     

电动汽车用开关磁阻电机驱动系统设计及优化

为了达到车用开关磁阻电机驱动系统动态特性优化的目的,建立了其动态仿真模型,分析了负载转矩、开通角、关断角对转矩脉动及电机效率的影响及其规律.以降低转矩脉动,提高电机效率为目标,提出了一种双指标同步优化开关磁阻电机控制参数的方法,建立了基于负载转矩与电机转速的可变开通角、关断角控制参数模型.针对不同优化策略结果的对比分析以及实验结果表明,提出的双指标同步优化策略能很好地降低转矩脉动,提高电机效率,达到了优化开关磁阻电机驱动系统动态特性的目的.     

开关磁阻电动机自优化控制系统研究

为了减小开关磁阻电动机的起动转矩和电流,采用控制开通角和关断角的方式来对起动时的电流和转矩进行自优化。以四相8/6极开关磁阻电动机为研究对象,通过对起动阶段的电流连续检测,建立了一组电流优化下的开通角;通过对起动阶段的转矩连续检测,建立了一组转矩优化下的关断角。最后根据电机的运行状态,在MATLAB仿真环境下建立模型,自动对开通角和关断角进行控制来实现对电流和转矩幅值的自动优化。仿真结果表明自优化下的电流和转矩幅值得到了优化,系统动静态性能良好。     

六相12/10结构SRM非线性模型与最优开关角仿真分析

在分析六相12/10结构SRM的结构和工作原理的基础上,推导了其电感、磁链、相转矩和平均转矩非线性数学模型,采用数字化计算方法对电磁转矩进行了计算,给出了计算流程图;仿真得到了不同转速下最大平均转矩与开关角的三维关系图和不同转速下最优开通角、最优关断角和最大平均转矩的二维曲线图.理论分析和仿真结果表明:所建立的SRM非线性数学模型正确可行,平均转矩最大化的方法可以有效增加六相12/10结构SRM的起动转矩,优化转矩-速度特性.     

基于关断角补偿的开关磁阻电动机转矩脉动抑制仿真

针对开关磁阻电动机(SRM)转矩脉动大的问题,采用模糊控制器对开关磁阻电动机的关断角进行实时补偿,实现SRM关断角自动调节,从而达到减小转矩脉动的目的。采用Matlab／simulink仿真软件,构建SRM控制系统的仿真模型,进行仿真实验。实验证明了该方法的可行性和有效性。     

基于非线性模型的开关磁阻电机关断角对系统性能的影响

关断角是开关磁阻电机驱动系统中一个十分重要的控制参数,尤其是在电机的优化运行阶段,关断角的微小变化往往会影响到电机的性能指标,如有效输出转矩、转矩脉动系数、电流及转速等。基于开关磁阻电机的有限元非线性模型对系统的饱和与非线性电磁特性进行了研究,在Simulink环境下建立开关磁阻电机系统的非线性动态仿真模型,将有限元计算的静态电磁数据导入到系统模型中。在此基础上,针对关断角参数进行了仿真研究,分析了关断角对开关磁阻电机系统转矩脉动、有效输出转矩的影响。结果表明：综合考虑各性能指标,合理选择关断角有助于实现开关磁阻电机系统的优化运行,从而提高电机的运行效率。     

开关磁阻电机角度最优控制

针对开关磁阻电机离线计算或随着负载、转速的变化线性地改变开通、关断角,且在实际运行中不可能是最优的问题,提出了在稳态时使驱动系统的性能指标转击巨／安培最优的开通关断角在线控制方案。给出了一种调整开关角的实现方法,建立了基于最小二乘法预测改变开关角后相应电流值的数学模型,详细地寻找最优转岳巨／安培的流程图。试验结果表明,实际开通关断时刻较离线计算值有所变化。证实了该在线调整方法的必要性和有效性,且该寻优过程不易陷入局部振荡。     

永磁式双凸极电机新型开通关断角控制策略的电流比研究

在永磁式双凸极电机新型开通关断角控制策略的基础上,对换相期间的电流控制模式进行研究,结合理论推导,得出换向相的最优电流比。根据有限元分析的电感和磁链数据,构造永磁式双凸极电机调速系统非线性仿真模型,对不同电流比在不同负载情况下进行大量仿真研究,给出不同负载下电流比与转矩脉动率的变化曲线。通过仿真和实验验证了理论推导的正确性。与电流比较小时相比,最优电流比下新型开通关断角控制在低速时出力大,转矩脉动较小,转速比较平稳。     

基于高转矩电流比的开关磁阻电机DITC优化控制

针对开关磁阻电机在直接瞬时转矩控制(DITC)中电流上升初期峰峰值过高而导致转矩脉动增大和电机效率减小的问题,提出了一种基于脉宽调制(PWM)的DITC优化策略.该策略在传统DITC的基础上,依据最大转矩电流比(MTPA)的思想,分析得到电感斜率的变化点为转矩电流比最大的点,以此对每相机械角进行扇区划分,在新划分的区间...     

基于BP网络的电动汽车用无刷直流电机转矩角控制技术研究

无刷直流电机低速下存在电枢反应,影响电机出力,并造成转矩脉动;而高速下又需要弱磁控制,以拓展恒功率范围.因此,转矩角控制是至关重要的因素.转矩角控制的目的是寻找最佳电流超前相角,由于电流超前相角与转速、转矩的非线性问题,传统的确定该角度的方法都是基于某种假设,因此与实际运行情况存在相当的差异,难以应用于工程实践当中.BP神经网络具有强大的非线性映射能力,可以解决转矩角控制中的非线性问题.针对全转速范围,提出了基于BP网络的无刷直流电机转矩角控制技术,将实验数据作为训练样本利用动态全参数自适应学习算法进行离线训练,网络收敛后用作在线控制.实验结果表明,该方法可以使无刷直流电机及控制系统在全转速范围内运行于高效区,满足电动汽车对驱动系统的要求.     

非线性模型的开关磁阻电动机转矩脉动抑制

针对开关磁阻电动机SRM(Switched Reluctance Motor)转矩脉动大的问题,基于SRM的磁化特性,分析了SRM的非线性模型.采用Matlab/Simulink仿真软件,对SRM、功率变换器及其控制系统建立了动态仿真模型,并用模糊控制器对SRM的关断角进行实时补偿,实现SRM关断角自动调节,达到减小转矩脉动的目的.仿真实验中,转矩脉动系数从补偿前的0.673 0降低到补偿后的0.257 4,证明了该方法的可行性和有效性,为实际SRM控制系统的设计和调试提供了有效的手段和工具.     

基于Maxwell 2D的永磁辅助同步磁阻电机的参数化建模及分析

根据永磁辅助同步磁阻电机(PMASRM)复杂的结构特点,基于ANSYS Maxwell 2D软件平台,介绍参数化绘制几何模型的过程,并对结构参数进行优化设计。对恒转矩区间采用最大转矩电流比(MTPA)控制策略、恒功区间采取弱磁控制求解电机电压、电流、内功率因数角、转矩的具体步骤进行了详细说明,为同类电机设计提供了较为实用的分析手段。     

A new technique for multidimensional performance optimization of switched reluctance motors for vehicle propulsion

This paper presents a new and simple search technique to determine the optimum control parameters, such as turn-on and turn-off angles, current set level, etc., of a switched reluctance drive. Thanks to this new technique, several drive performance quantities such as efficiencies, torque ripple, energy consumption, torque per ampere, etc., can be optimized simultaneously over the entire torque- or power-speed operation range of the drive. In prior work, these performance quantities were sequentially optimized, one at a time, this despite reported evidence that improving one performance quantity, such as efficiency, can have a negative impact on others, such as torque ripple. The technique was successfully used offline to determine the optimum firing angles for achieving highest drive efficiency with lower torque ripple in a 102-kW switched reluctance motor drive intended for electric vehicle propulsion. The performance prediction and test results are found in good correlation.     

永磁同步电机效率改善策略比较研究

基于永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)平台,针对最小损耗模型和最大转矩电流比两种效率改善策略进行了比较研究。前者通过计算PMSM的铜损和铁损,建立了最小损耗模型,求得最优励磁电流,进而给出最优定子磁链指令值Ψs*。后者利用Lagrange乘子法推导出了最大转矩电流比(MTPA)时输出转矩与最小定子电流之间的关系式,利用曲线拟合的方法求得最优励磁电流,进而给出最优定子磁链指令值Ψs*。仿真实验表明,两种控制策略都能够在保持良好性能的基础上提升运行效率,且最大转矩电流比方法要优于最小损耗模型法。     

Increasing the dynamic torque per ampere capability of inductionmachines

The objective of this paper is to present a novel means of increasing the dynamic torque per ampere capability of induction machines. The method developed is based on use of an indirect field oriented controller (IFOC) for the induction machine. It is well known that IFOC allows the rotor flux amplitude to be controlled by the d-axis component of stator current. It is also well established that the flux-producing component of the stator current may be controlled independent of the torque-producing component of the stator current. The principal constraint, however, is that the amplitude of the peak current (the vector amplitude) is limited by the power electronic switch ratings. This constraint implies that optimal partitioning of the current components should be possible. Previously used methods have optimized steady state efficiency or steady state torque per ampere. This paper identifies a dynamic method which achieves transient torques over 35% greater than the prior methods. The limitations of the method and its sensitivity to detuning is also examined