基于虚拟信号和高频脉振信号注入的无位置传感器内置式永磁同步电机MTPA控制

为了降低传统内置式永磁同步电机(IPMSM)低速无位置传感器控制系统中的铜耗,该文提出一种基于虚拟信号和高频脉振信号注入的最大转矩电流比(MTPA)无位置控制技术,以提高电机的转矩输出能力和系统效率.为避免两种控制算法相互干扰,与传统虚拟信号注入MTPA控制策略不同,该文提出的方法在估计的dq轴上注入直流信号,通过功率计算来跟踪MTPA工作点.该MTPA策略不会引起额外的损耗且不依赖于电机参数.与此同时,由于注入信号为直流信号,无位置传感器控制精度并不会受到影响.实验结果表明,所提方法在不同负载转矩、不同转速等工况下,能够在准确追踪MTPA工作点的同时准确地在线估计转子位置.     

一种改进的内置式永磁同步电机最大转矩电流比控制方法

为了优化内置式永磁同步电机（IPMSM）的驱动控制性能,一种结合公式法和高频信号注入法的改进最大转矩电流比（MTPA）控制方案被提出。该方法能够提高系统的动态性能,同时对电机参数变化具有鲁棒性,实现了快速、精确的MTPA控制。采用的公式法无需使用拟合或泰勒级数近似,在工程上更易实现,也更加精确,采用的高频信号注入法直接将高频信号注入到α、β轴电压中,选择注入信号的频率时无需考虑电流环带宽的影响。仿真结果验证了所提改进MTPA方法的有效性。     

考虑磁路饱和的IPMSM电感辨识算法及变参数MTPA控制策略

内置式永磁同步电机(IPMSM)d、q轴电感会随着磁路饱和程度的不同而发生改变,这会降低最大转矩电流比(MTPA)控制的有效性。考虑到定子电流引起的磁路饱和及交叉饱和效应的影响,提出了相应的d、q轴电感辨识算法和变参数MTPA控制策略。采用基于旋转高频电压注入的d、q轴电感辨识算法可在其他电机参数未知的前提下得到不同负载条件下的d、q轴电感;变参数MTPA控制策略能够充分利用标幺值化处理的优势,在转矩-最优电流控制表不变的基础上,只需根据实际d、q轴电感更新电流基值和转矩基值便可克服电感变化带来的不利影响,并实现一定转矩条件下的最佳MTPA控制。最后在电机控制实验平台上通过实验对提出的电感辨识算法和变参数MTPA控制策略的可行性和有效性进行了验证。     

一种新颖的分段式优化最大转矩电流比算法

为了充分利用最大转矩电流比(maximum torque per ampere,MTPA)算法对永磁同步电机控制的高效性特点,该文提出了一种新颖的分段式优化MTPA算法,将其应用扩展至电机全速范围。在低速区,提出了带有虚拟电压(virtual voltage,VV)控制量的准线性解耦MTPA算法,该算法线性化电压外环并消除电感耦合影响,将传统MTPA扩展至弱磁I区,提高了电机单位电流利用率,简化了控制器的设计。在高速弱磁区,提出基于最小值寻找(minimum value searching,MVS)的动态MTPA算法,在当前运行状况下实时寻找最优电流矢量,消除了电机参数变化带来的轨迹不准确性,通过对d轴电流的在线调整,提高了该算法抗负载转矩扰动的能力。仿真和实验结果表明,所提出的方法对于提高MTPA算法在工程实践中的应用具有合理性。     

基于虚拟信号注入的MTPA控制稳态误差分析

基于虚拟信号注入的内置式永磁同步电动机最大转矩电流比控制中,采用的算法仍包含了定子电阻和d轴电感。当参数与电机实际值出现偏差时,就会导致MTPA控制角产生误差。根据虚拟信号注入法的基本原理,推导出由参数偏差引起的MTPA误差角表达式,对定子电阻和d轴电感偏差引起的MTPA误差角进行了理论分析和仿真研究。结果表明,在运行转速不是很低的情况下,由电阻偏差引起的误差角不大,d轴电感偏差是产生MTPA误差角的主要原因。     

自寻优最大转矩电流比矢量控制连载之二：同步磁阻电机虚拟双极性信号注入法控制

最大转矩电流比(MTPA)控制可以有效提升同步磁阻电机(SynRM)的效率。虚拟信号注入法是近年来实现MTPA控制的研究热点之一,现有的虚拟单极性方波信号注入法仍存在一定稳态误差,并且存在无效计算时间。提出一种虚拟双极性方波信号注入法,在单极性方波的基础上增加负极性信号,填补了单极性方波的无效计算时间,消除了单极性方波注入法存在的稳态固有误差,实现精准MTPA控制。通过理论仿真和硬件实验,将虚拟双极性方波注入法与现有的虚拟单极性方波注入法进行比对,验证了该方法具有更高的稳态精度,且具有良好的动态性能,能够实现SynRM的高性能MTPA控制。     

宽转速范围永磁同步发电机电流矢量控制

为了实现永磁同步发电机(PMSG)在宽转速范围内和变负载条件下的高性能稳压控制,提出一种基于PWM整流器的PMSG电流矢量控制策略。PMSG输出的不稳定交流电经过PWM整流器变换成稳定的直流电,这样的直流发电系统具有高功率密度、高效率和能量、可双向流动等优点。所述的电流矢量控制策略,具体是在PMSG低速时采用最大转矩/电流比(MTPA)控制,中高速时通过一个电压外环实时补偿d轴弱磁电流,使得PMSG系统能够根据转速和负载变化及时地分配和控制d、q轴电流。仿真和实验结果验证了该控制策略的正确性和有效性,实现系统在宽转速范围的高性能稳压输出。     

一种永磁同步电机谐波电流抑制算法

针对永磁同步电机(PMSM)控制时由于电机齿槽效应和变频器的非线性特性会在电机电流中引入大量的低次谐波,从而产生大量谐波损耗以及转矩波动等问题,此处提出一种基于补偿电压注入的PMSM谐波电流抑制算法。通过电流闭环算法提取谐波电流并计算出相应的补偿电压后注入到原矢量控制算法中,通过实验验证所提算法对5,7次低次电流谐波具有有效的抑制作用,算法易于实现且鲁棒性好。     

基于最小二乘法的永磁同步电机最大转矩电流比控制

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)采用最大转矩电流比(MTPA)控制策略,对电机参数较为敏感的问题,在线利用基于最小二乘法的电感辨识方法得到d,q轴电感,并拟合得到电感与d,q轴电流的三维曲面,以实现电机不同转速、不同负载多种工况下的变参数MTPA控制.控制过程中根据测量电流拟合出该时刻对应的电感值,将该电感值代入M...     

基于虚拟损耗功率电流补偿的PMSM节能控制

为了减小电机的损耗,提出了一种基于虚拟损耗功率的具有快速动态响应的永磁同步电机（PMSM）最小损耗控制算法。将一个微小的直流信号以数学的方式叠加在d轴弱磁电流中,重构出电机叠加小信号后的损耗功率,即虚拟损耗功率。利用虚拟损耗功率与实际损耗功率设计了d轴弱磁电流的实时补偿控制器,最终使d轴弱磁电流收敛到电机的最小损耗工作点。由于微小的直流信号并没有直接注入电机驱动系统中,避免了信号注入导致的系统动态性能恶化以及电机损耗增加等问题。实验结果表明了所提最小损耗控制策略具有快速的动态响应,减小了电机的损耗功率。     

一种改进滑模控制器的永磁同步电机MTPA控制研究

为改进PI控制器在永磁同步电机中的速度调节性能,提出新幂指数趋近律的滑模控制器的永磁电机MTPA矢量控制策略,在传统的指数趋近律中增加了新的幂次趋近律,提高系统的收敛能力,同时减小抖动.在永磁同步电机中引入补偿式最大转矩电流比的控制策略,根据电机中电流变换,得到控制过程中的转矩,利用获得的转矩作为补偿信号,提高q轴电流...     

内嵌式永磁同步电机最大转矩电流比控制研究

对内嵌式永磁同步电机的最大转矩电流比(MTPA)控制进行了研究,根据内嵌式永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型,用极值原理建立dq轴电流与电磁转矩的表达式,实现了内嵌式永磁同步电机的MTPA控制方法。该方法在相同的电磁转矩下,使输入电流幅值最小,减小了电机损耗,降低了逆变器的容量,提高了系统运行效率,改善了系统的动态性能。用仿真对内嵌式永磁同步电机的MTPA控制进行了验证。     

基于改进多虚拟信号注入的永磁同步电机MTPA控制

内置式永磁同步电机为充分利用磁阻转矩,常采用MTPA控制策略,直接公式计算MTPA控制策略易受参数变化影响,一些研究者提出了虚拟信号注入MTPA控制策略。传统多虚拟信号注入MTPA控制需要四路虚拟信号注入,计算量较大。文章提出一种新的多虚拟信号注入MTPA控制策略,将传统四路虚拟信号注入减少到两路,极大减少了运算量,同时不影响MTPA控制精度。仿真结果与实验结果验证了该方法的有效性,在不影响MTPA控制精度的条件下,显著减少了计算量,具有更好的应用价值。     

基于最大转矩电流比控制的永磁同步电机模型预测控制

由于永磁同步电机(PMSM)具有诸多优点,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)控制的永磁同步电机模型预测控制方法,使磁阻转矩利用率最大化。利用离散化的数字处理技术,深入研究了多个优化目标的典型问题,其中包括:开关状态约束、MTPA优化、最大电流限制及延时补偿策略等。MATLAB/Simulink仿真数据证明:该控制系统实现了MTPA控制并且动态响应过程十分迅速,而且显著提升了PMSM模型预测控制系统的工作效率,对电机参数产生的波动显示出较强的鲁棒性。     

计及磁饱和的车用永磁同步电机MTPA控制技术

永磁同步电机具有较高的效率和功率密度,在电动汽车驱动系统中广泛应用。电机的d、q轴电感是设计控制系统的重要参数,但重载情况下受磁饱和及交叉饱和影响严重。传统控制技术忽略磁饱和效应,导致转矩控制的精确性不足。采用有限元法分析电机负载时的磁饱和情况,计算考虑磁饱和及交叉饱和的d、q轴电感参数。以此为基础,拟合d、q轴电感和电流关系。设计计及磁饱和的最大转矩电流比MTPA(maximum torque per ampere)控制,使d、q轴参考电流计算中使用的电感随电机电流变化。通过对比,证明计及磁饱和的MTPA控制能够实现输出转矩的精确控制,提高永磁同步电机的动态响应性能。     

改进虚拟信号注入永磁同步电机MTPA控制

虚拟信号注入最大转矩电流比(MTPA)控制能够自寻优到电机MTPA工作点,相比于传统的公式法受到电机参数变化的影响较小。但传统的虚拟信号注入控制策略需要经过复杂的坐标变换过程,从d-q坐标系转到极坐标系,再由极坐标系转回d-q坐标系进行解算,运算量较大。本文提出一种新的虚拟信号注入方法,可以避免原虚拟信号注入方法所需的复杂的坐标变换过程,简化了运算过程。并且新的虚拟信号注入方法可以避免原虚拟信号注入方法因忽略电磁转矩泰勒展开的高阶偏导项而引入的误差。在不同工况下对电机进行了仿真和实验,验证了所提虚拟信号注入MTPA控制策略的动静态性能。实验结果表明所提方法不影响控制精度,同时可以显著减少程序运算量,具有更好的实用价值。     

电动汽车用永磁同步电机宽速域抗干扰滑模控制

针对电动汽车内置式永磁同步电机(IPMSM)的宽速域鲁棒抗扰转速跟踪问题,提出了一种高性能IPMSM非线性控制技术。其中采用最大转矩电流比(MTPA)方案和弱磁方案实现了IPMSM的宽速域运行,并通过泰勒展开对算法进行了化简。考虑消除虚拟控制器的微分噪声,引入二阶滑模微分器对其导数进行了估计,并设计了误差补偿信号。此外,为了提高系统在宽速域运行下的抗干扰能力,设计了一种扰动观测器估计负载转矩,对控制器进行了前馈补偿,并结合积分滑模控制(SMC)增强了系统的鲁棒性。最后,通过李雅普诺夫稳定性判据证明了系统的稳定性。基于FPGA搭建了IPMSM硬件在环(HIL)平台,验证了本文设计的控制器具有优异的抗干扰能力和鲁棒性。     

永磁同步电机虚拟信号注入MTPA控制方法

提出了一种虚拟信号注入(VSIC)来实现最大转矩电流比(MTPA)的方法。该方法通过在反馈电流信号中叠加小幅值的高频正弦分量,并以泰勒级数展开的方式分析出电磁转矩与电流矢量角之间的内在联系,进而配置合理的低通、带通滤波器截止频率,即可提取出MTPA电流对应的角度信息。整个过程无需任何永磁同步电机(PMSM)参数,同时有效避免了传统高频信号注入方法存在的转矩脉动、高频噪音、附加损耗等弊端。基于25 kW的双PMSM对拖平台完成系统样机实验,验证了VSIC效率优化方法的可行性和高效性。     

基于ESO的PMSM二阶滑模无差拍预测电流控制

针对永磁同步电机(PMSM)传统矢量控制系统的比例积分(PI)控制器易受电机参数和负载扰动的影响,导致调速系统鲁棒性差的问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的PMSM二阶滑模无差拍预测电流控制(DPCC)策略。首先设计了基于ESO的二阶滑模速度控制器,并运用李雅普诺夫函数证明了其稳定性,在消除抖振的同时,提高了速度控制器的鲁棒性;然后,在电流环控制器中,采用DPCC,结合ESO对总扰动量D进行估计并分别对d轴和q轴进行补偿,提高了电流环的鲁棒性;最后进行了仿真和半实物实验验证,仿真及实验结果表明所提算法能够实现快速精确控制,明显提高了系统的鲁棒性。     

自寻优最大转矩电流比矢量控制连载之四：同步磁阻电机同构电感建模的虚拟信号注入法控制

在虚拟双极性方波信号注入的基础上,提出基于同构电感的参考转矩模型,能够更好模拟实际情况。设计相位摇摆法进行同构电感辨识。考虑到该算法不具备启动机制,配合提出基于均势参数的自启动机制。研究表明,基于同构电感重建的转矩模型因为考虑了参数非线性变化,能实现性能更优的最大转矩电流比(MTPA)控制,并且相位摇摆法与自启动机制的配合改善了系统的动态跟随性能。