基于谐振数字滤波器的直驱式永磁同步电机转矩脉动抑制方法

由于受逆变器的非线性特性、转子永磁体磁场谐波和齿槽转矩等因素的影响,永磁同步电机定子电流中含有大量的高次谐波分量,这些谐波分量与转子永磁体磁场作用,使电机产生转矩脉动,特别在直驱系统中,转矩脉动更为严重。针对这一问题,提出一种基于谐振数字滤波器的转矩脉动抑制方法。该方法基于理想谐振控制器在谐振频率点处的增益为无穷大,可以对谐振频率点处的正弦信号实现零稳态误差跟踪控制的特点,在文中设计了一个谐振数字滤波器,并把它串联在电流环PI控制器的输出端。通过谐振控制器产生谐波电压补偿信号,抵消电流环PI控制器输出电压中的谐波分量,实现对输出电压的数字滤波,从而减小定子中的谐波电流含量,实现对转矩脉动的抑制。仿真与实验结果验证了文中所提方法的正确性和有效性。     

基于谐振控制器的谐波削极型永磁同步电机转矩脉动抑制策略

随着永磁同步电机在高性能伺服控制场合中的广泛应用,对其输出转矩平滑度的要求也随之提高。然而,电机结构设计的非理想、逆变器的非线性特性以及恶劣的运行工况都会导致永磁同步电机的输出转矩存在较大的脉动。针对逆变器非线性、低载波比等造成的电流谐波产生的转矩脉动,该文利用谐振控制器减小电流谐波,从而有效地降低了电机转矩脉动。为验证算法的有效性,搭建了基于dSPACE的控制平台,通过对谐波削极型永磁同步电机样机的实验可知,谐振控制器能够有效补偿谐波削极型永磁同步电机定子谐波电流,进而有效地降低电机转矩脉动。     

非理想反电动势无刷直流电机的转矩脉动抑制仿真研究

在伺服系统中要求电机转速平稳,抑制转矩脉动是实现转矩平稳的关键,而非理想反电势会引起较大转矩脉动。为了有效平滑无刷直流电机转矩,分析了两种不同的方法：根据定子电流和反电势与转矩表达式的关系,对于一台给定的电机,只要其反电势一定,通过优化定子电流就可以消除主要的转矩谐波分量,从而达到减小转矩波动的目的;通过坐标变换在厶=0时求解产生恒定电磁转矩所需的q轴电流,并在dq坐标系下通过矢量控制对q轴参考电流进行跟踪实现转矩脉动抑制。利用MATLAB／SIMULINK仿真平台建立系统的仿真模型,对系统模型进行仿真和分析并比较了这两种方法的特点,为实际电机的控制提供了研究方向。     

定子电流矢量定向下PMSM转矩脉动抑制方法

齿槽转矩和谐波转矩均会引起永磁同步电机输出转矩脉动,导致电流波形畸变。基于永磁同步电机电磁转矩的磁共能模型,提出一种基于定子电流矢量定向闭环I/f控制的永磁同步电机转矩脉动抑制方法。综合考虑气隙磁场畸变、齿槽转矩和电流畸变等多种因素,推导电机转矩脉动最小化条件下的最优定子谐波电流约束条件,利用反推控制原理构建了谐波抑制控制器。此外,还设计了一种带遗传因子最小二乘算法的永磁同步电机转速辨识方法。仿真和实验表明,设计的转速辨识算法能在较宽范围内实现电机速度辨识,所提控制方法提升了系统的控制精度,改善了电流波形,有效抑制了电机运行时的转矩脉动。     

基于注入分段式谐波电流抑制开关磁阻电机转矩脉动的控制策略

开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)较大的转矩脉动问题制约了其广泛应用,抑制SR电动机转矩脉动的研究是近年来研究领域的热点之一。该文介绍一种注入一系列分段谐波电流的控制策略,该控制策略采用向初始矩形参考电流中注入多次谐波分量,使之生成相应的额外转矩,来补充或消除原参考电流产生的转矩脉动。为使得谐波电流注入下SR电机转矩脉动降低的更加灵活与有效,将注入的n次正弦谐波电流分量等分成n段,通过调节相应段的谐波分量系数,独立控制各分段区间参考电流波形,进而控制电机输出转矩。新的控制策略在电流斩波控制下可较好的实现抑制转矩脉动的目标。最后,通过仿真与实验验证上述所提方法的实用性及有效性。     

永磁同步电机基于双积分器模型实现的改进离散准谐振控制器设计EI北大核心CSCD

因逆变器非线性和电机本体设计缺陷所带来的电流谐波会导致转矩脉动和损耗增加,影响电机控制性能甚至缩短使用寿命。基于双积分模型实现的准谐振控制器能较好地抑制电流谐波,但因积分器采用欧拉离散会带来谐振点的偏移和相位滞后等问题,影响谐波抑制效果。针对此问题,该文改进传统的基于双积分模型实现的准谐振控制器,提出双积分器零极点解耦校正模型,以达到谐振点准确跟踪、控制器稳定裕度高的目的,且计算量较小;为避免因加入准谐振控制器导致电流控制系统失稳,将所提出的改进离散准谐振控制器放入整个电流控制系统中,分析其稳定性并给出控制参数选择依据,并考虑到电流控制系统的采样和更新延迟。最后,通过台架实验对比验证所提出的改进离散准谐振控制器在谐波抑制性能上的有效性。     

基于改进自抗扰控制的共直流母线开绕组永磁同步电机转矩脉动抑制策略EI北大核心CSCD

由于存在零序路径,共直流母线开绕组永磁同步电机会在运行过程中产生零序电流,影响系统效率和稳定运行。传统的零序电流闭环抑制方法调制范围有限,不能充分利用双逆变器系统的调速范围,且交叉耦合、逆变器死区等因素会导致零序电流不能被完全消除。为抑制零序电流和三次谐波反电势相互作用产生的转矩脉动,该文首先提出一种基于改进自抗扰控制的抑制方法,通过并联谐振单元将扩张状态观测器改进为通用积分型扩张状态观测器,以实现对频率较高转矩脉动的准确观测;然后,通过自抗扰控制律对该转矩脉动进行补偿,所提方法能够有效抑制零序电流和三次谐波反电势产生的转矩脉动,尤其是高调制比、零序电压不能被准确合成时,转矩脉动抑制效果明显。最后,在1kW开绕组电机驱动平台上验证所提方法的抗扰能力和鲁棒性。     

双馈风电机组电网背景谐波运行与谐波抑制策略研究

针对电网背景低次谐波引起的双馈风电机组定子电流畸变、功率及电磁转矩脉动,建立了能够反映电网5、7次谐波电压下双馈发电机的特征谐波模型,揭示了电网背景谐波电压对双馈发电机功率与电磁转矩脉动的影响机理。通过双馈发电机控制目标分析,提出了基于比例-积分-谐振(PIR)调节转子电流内环的双馈发电机双闭环控制策略,有效地消除了双馈风力发电机定子输出电流中的5、7次谐波和电磁转矩脉动。在Matlab/Simulink中建立了1.5 MW双馈风电机组仿真模型,实现了风电机组谐波运行与抑制的全过程仿真。利用电网谐波发生模拟装置,进行了双馈机组谐波运行与抑制现场试验,仿真与现场试验证明了理论分析的正确性与谐波抑制策略的有效性。     

基于多级滞环控制器的表贴式双三相永磁同步电机低电流谐波直接转矩控制策略EI北大核心CSCD

双三相永磁同步电机采用的传统直接转矩控制策略往往伴随着较大的转矩脉动和谐波电流。为了解决上述问题,该文提出基于多级滞环的直接转矩控制策略,该策略采用24种矢量组合的电压合成方案,可根据开关表在α-β平面输出多种电压等级。同时,提出的控制策略还可基于比例谐振控制器调制z1-z2平面电压,实现闭环谐波电流抑制。实验结果表明,在同等开关频率下,所提控制策略可以有效降低电流谐波和转矩脉动。     

适用于缓解双馈感应发电机电磁转矩脉动的新型矢量控制

针对电网电压谐波含量要求,提出一种基于矢量控制的定子电流谐波抑制拓扑结构,重点解决双馈异步发电机DFIG(doubly-fed induction generator)电磁转矩的脉动问题。所提控制器即谐波矢量控制HVC(harmonic vector control),能够抑制电流谐波。电网电压5、7、11、13次谐波分量,由于定子串联阻抗低,导致发电机电流谐波分量为同次,且相对振幅较高,因此,HVC已被测试用于此类电流谐波成分的控制,不需要谐波滤波器来估计定子电流的谐波含量。最后,经过仿真和实验分析,证明了所提控制的适用性和有效性。研究结果表明,该控制器的稳态误差接近于0,此外,HVC可作为DFIG中的谐波滤波器,并可根据应用要求选择谐波。     

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。     

模糊控制调节电压矢量占空比的永磁同步电机直接转控制系统

设计了模糊控制调节电压矢量占空比的永磁同步电机直接转矩控制系统,采用开关表选择电压矢量,采用模糊控制器调节电压矢量的占空比。仿真结果表明模糊控制调节电压矢量占空比的永磁同步电机直接转矩控制系统运行良好,可以实现永磁同步电机驱动系统的四象限运行。与直接转矩控制和传统模糊直接转矩控制相比,模糊控制调节电压矢量占空比的直接转矩控制策略可有效减小磁链和转矩脉动,降低电流谐波含量,但增大了平均开关频率。     

基于FT-FD-MA滤波器的电机谐波-转矩脉动抑制控制

针对永磁同步电动机谐波电流和转矩脉动抑制问题,本文提出了基于固定采样间隔-固定深度滑动平均(FT-FD-MA)滤波器的电机谐波/转矩脉动抑制控制方法。首先理论分析了滑动平均滤波器的频率特性及其用于电机控制的优劣,在此基础上,将运行平均算法与滑动平均算法相结合提出FT-FD-MA算法,并理论分析其频率响应特性;然后提出基于FT-FD-MA的低通滤波器和高通滤波器,前者用于平均速度控制,可有效抑制转矩脉动,后者用于电流谐波抑制,可显著降低谐波电流。最后,实验验证了本文方法的有效性和可行性。     

基于形态学滤波器的谐波电流抑制方法

针对由电动汽车驱动系统中异步电机谐波电流引起的转矩脉动问题,本文提出一种基于形态学滤波器谐波电流抑制方法。首先对电机产生谐波电流进行分析,然后对电流控制器以及形态学滤波器进行设计,并分析滤波器不同参数设计对信号处理的影响,以及对该滤波器结构元素进行优化。基于此,提出形态学滤波器谐波电流抑制方法。最后,通过在异步电机驱动系统中,与无滤波器和巴特沃斯滤波器抑制方法进行不同转速的比较验证结果表明本文所提谐波电流抑制方法可以有效提高谐波电流抑制性能。     

模糊自适应控制在永磁同步电机直接转矩控制的应用

提出了一种新的永磁同步电机直接转矩控制方法。永磁同步电机直接转矩控制中,没有任何一个逆变器开关矢量能够产生恰好的定子电压,使该电压可以产生所期望的转矩和磁通变化,因而产生了较大的转矩和磁通脉动,并且逆变器的开关周期不恒定。这种脉动通过控制正反电压矢量作用时间可以降低,提出了一种自适应模糊控制器确定占空比的方法。该控制器输出部分的比例因子可以根据转矩的变化趋势经自适应机构的模糊规则库在线调整,不仅可以使永磁同步电机直接转矩控制系统保持恒定的开关频率,而且可以有效地减小磁链和转矩脉动,特别是低速时的转矩脉动。仿真验证了自适应模糊永磁同步电机直接转矩控制策略的有效性。     

基于MPHFE的PMSM转矩脉动优化控制策略

为了按照选定的谐波次数优化永磁同步电机（PMSM）驱动控制系统的谐波转矩,设计了一种新颖的最少参数谐波磁链估计器（MPHFE）以进行电机谐波磁链的在线估计,从而实现了PMSM转矩脉动优化控制。所提出的MPHFE中无需使用电机电感、电阻和定子电流及导数等参数即可完成谐波磁链的估计,从而无惧参数扰动,具有极强的鲁棒性。MPHFE是通过磁场定向控制器和自适应前馈控制器组合作用将谐波电流强制为零实现的,即可以直接从估计的谐波反电动势中获得谐波磁链,无需其他电机参数参与运算。进一步将估计的磁链与电机谐波转矩综合模型结合使用,以确定消除谐波转矩的注入定子电流值。开展了PMSM不同工况下的测试,实验结果验证了所提出的方法能显著降低PMSM的转矩脉动。     

永磁同步电机有限集模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测直接转矩控制(DTC)转矩脉动大、功率元件开关频率不恒定等问题,将两电平逆变器的8个电压空间矢量作为有限控制集,应用到PMSM DTC中。设计考虑转矩误差、最大转矩电流比及电流约束的成本函数,利用成本函数来估算有限集合中各电压矢量的占空比,从而求得逆变器的最优电压矢量作为系统控制量。与传统模型预测控制方法相比,该方法的电流谐波和转矩脉动显著降低,且转矩动态性能也得到改善。仿真试验结果验证了所提出的控制方案有效性。     

Torque ripple minimization of a switched reluctance motor by using continuous sliding mode control technique

This paper proposes a new method to minimize torque ripple of a switched reluctance motor (SRM), which is based on the control of the sum of the square of the phase currents by using only two current sensor and analog multipliers. In addition, the sliding mode control (SMC) technique has been applied to SRM speed control loop that compensates the low frequency oscillations on the torque output. The applied sliding mode controller adjusts the value of the reference current to keep the speed of the motor constant. The proposed sliding mode continuous controller performs better than PI and Fuzzy controllers and is also more robust to the external disturbances. The results show that the continuous sliding mode controller is effective compared to PI or Fuzzy controllers in reducing the torque ripple of the motor, compensating for the nonlinear torque characteristics and making the drive insensitive to parameter variations as well. Since, mutual inductances have an important disturbance effect on the torque ripple, mathematical model of the SRM has been derived in presence of them. It has been used a completely analog system to implement the proposed algorithm. Also, a mechanical sensor has been used to sense the rotor position. Simulation and experimental results are given to validate the proposed method for the self and mutual inductances and current measurements.     

双三相永磁同步电机合成电压矢量直接转矩控制

针对传统多相电机的直接转矩控制算法在运行过程中存在转矩脉动和大量电流谐波的问题,提出了一种基于合成电压矢量的改进直接转矩控制算法。利用双三相永磁同步电机电压矢量丰富的特点,结合高阶滞环控制器的优点,在电机运行时减小转矩脉动。以电压矢量在谐波平面的电压分量等于零为约束条件,构造三组合成电压矢量。使用合成电压矢量替代传统电压矢量,达到降低电流谐波的效果。仿真结果表明,改进的直接转矩算法可以有效减小谐波电流和转矩脉动,具有良好的运行性能。     

感应电机磁链与转矩无差拍控制

为了降低感应电机模型预测转矩控制(MPTC)系统的转矩脉动、进一步减小磁链脉动,提出一种磁链和转矩无差拍控制策略。仿真结果表明：磁链和转矩无差拍控制下,感应电机系统运行良好。与MPTC相比,所提策略的转矩脉动均方根差（RMSE）降低87.84%,磁链脉动RMSE降低97.83%,电流总谐波失真（THD）降低94.21%。与转矩无差拍模型预测控制相比,所提策略的转矩脉动略有增大,但磁链脉动RMSE降低96.77%,电流THD降低90.03%。实时性试验结果表明：磁链和转矩无差拍控制计算简单,实时性好,计算耗时为MPTC的4.79%、转矩无差拍模型预测控制的5.29%。