无刷直流电机输出转矩的非线性偏最小二乘回归估计

针对无刷直流电机直接转矩控制系统中,电机输出转矩估计或观测存在需检测电机状态信号难以精确地检测、观测或计算等不可避免的难题,提出一种利用电机线电流和转速两个易检测信号进行电机输出转矩估计的方法。该方法首先基于拉丁超立方抽样方法确定建模数据,确保离散数据的可靠性;然后通过核函数将建模数据中的自变量变换到特征空间,将自变量与因变量之间的非线性关系在特征空间中线性地展开;最后在特征空间中利用偏最小二乘回归方法建立电机输出转矩的估计模型。通过对转矩估计精度和控制系统性能进行分析及实验验证,证明了所提转矩估计方法能准确地估计电机输出转矩,确保电机直接转矩控制系统的性能,该方法具有较强的实用性。     

开关磁阻电动机直接转矩控制的研究

直接转矩控制(DTC)在交流电机驱动系统中是一种较完善的控制理论.事实证明它能很容易的控制电机的转矩和转速,并能减小转矩脉动.但是以前通常认为交流DTC方案不能应用于非正弦激励的SR电机.将直接转矩应用到开关磁阻电机的控制上,解决了SR电机转矩脉动问题.仿真及实验结果表明,这种控制策略不但可以有效地抑制SRM转矩脉动,同时控制简单、实时实现时只用低成本的微处理器即可.     

基于无源性的感应电机控制系统设计

感应电机的无源性控制方法从能量的角度分析电机控制系统,具有形式简单、无奇异点、鲁棒性好等特点.本文给出了感应电机的欧拉方程并将感应电机系统分解为电气和机械两个无源子系统的反馈并联,从而说明在设计控制器时只需要考虑电气子系统,简化了控制算法.在此基础上,利用无源性控制原理,设计了电机的转矩和转速控制器.该控制算法具有全局稳定,系统鲁棒性较好的特点.仿真和实验结果均证明了用此算法构成的感应电机控制系统能很好地跟踪速度给定,具有较好的动静态响应能力.     

基于查表法的电励磁双凸极电机建模研究

为了研究电励磁双凸极电机(DSEM)的控制策略,必须建立精确控制模型。DSEM定转子均为双凸极结构,存在明显的边缘效应和高度的局部饱和现象,其磁链和转矩均为电枢电流、励磁电流及转子位置角的非线性函数,难以采用常规方法建立精确控制模型。在深入分析电机电磁特性的基础上,通过有限元仿真分别建立磁链与转矩关于电流与转子位置角关系的数据表。采用Simulink三维查表法,分别对DSEM磁链函数和转矩函数进行建模,并与电压方程一起构成DSEM仿真模型。针对模型各个环节进行了分析验证,以励磁绕组滞环斩波空载反电动势及电枢电流采用不对称控制策略为例,将仿真结果与有限元仿真及试验结果进行了对比,验证了所建模型的精确性、有效性及建模方法的可行性。     

一种开关磁阻电机非线性磁链与转矩建模方法

开关磁阻电机(SRM)由于磁化曲线高度饱和非线性的特点,造成传统的电机性能分析和建模方法很难运用到SRM中。根据SRM磁链曲线的特点,提出了一种带修正因子的反正切函数来建立SRM模型的方法。在获得SRM 5个特殊转子位置处的9个磁链数据点的基础上,利用傅立叶级数分解和反正切函数来拟合SRM的磁链特性,并推导出电感和电磁转矩模型。该模型函数表达式简单、系数修改方便、计算精度高,并且能够直观的反映SRM的磁链、电感和转矩变化情况。以一台550 W、6/4极SRM为例,进行了仿真与实验比较,结果表明该模型能够很好的反映SRM的实际工作状况,验证了所建模型的精确性和有效性。     

两相开关磁阻电动机转矩特性的研究

研究了两相开关磁阻电动机的转矩特性以减小转矩波动。首先通过推导近似转矩数学模型，进而通过磁场有限元计算得到了两相开关磁阻电动机的较为平滑的固有矩角特性。在磁场计算的基础上，对两相开关磁阻电动机的转矩特性进行了仿真计算。样机实验验证了计算及仿真结果。结果表明，两相开关磁阻电动机可以在较宽的转速范围内保持连续的转矩特性。     

开关磁阻电动机特性检测与参数辨识方法研究

研究了开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor, 简称SR电动机)磁链特性与静态转矩特性的实验测量方法,分别建立了SR电动机磁链特性和静态转矩特性检测装置.在实测数据的基础上,采用非线性拟合和最小二乘方法实现了磁链模型和静态转矩模型的参数辨识,将参数已辨识特性模型的计算结果与实际测量的特性数据相比较,对模型的精度进行了评价,得到不同转子位置和不同相电流所对应的模型误差.     

Autonomous decentralized system for torque control of high‐power permanent magnet synchronous motor

An autonomous decentralized system (ADS) for the control of a high‐power permanent magnet synchronous motor (PMSM) presented in this paper. The system decentralizes a centralized control system into several autonomous subsystems. Thus the power supply and power electronic devices of the control system can be replaced by smaller ones, thereby obtaining better fault tolerance of the system. The subsystems are connected only through the data field, which, in this paper consists of feedback elements and communication modules. This structure enables the autonomous controllability and autonomous coordinability of the system. The mathematical model of the PMSM with decentralized stator coils is proposed. This model takes into account the self‐ and mutual inductance of the coil, as well as the effect of the stator slot‐pitch angle. In addition, an autonomous algorithm for the torque control of the PMSM with decentralized stator coils is proposed, and the fault‐tolerance design is developed. Experimental results of the torque control and fault‐tolerance control confirm the validity of the proposed system. © 2012 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于反推原理感应电机直接转矩控制

为了实现感应电机高性能控制,克服运行过程参数摄动、不确定等问题的影响,应用反推原理设计的非线性控制器,考虑感应电机的铁损。并且通过李雅普诺夫理论证明控制器的整体稳定,采用电压空间矢量调制,应用于直接转矩控制系统。仿真结果表明,采用反推原理设计控制器能够使感应电机直接转矩控制达到很好的跟踪效果,具有推广意义。     

基于定子磁链规划的异步电机最优效率控制

针对异步电机效率优化问题,提出了在直接转矩控制下采用定子磁链规划的最优效率控制方法。基于电机的损耗模型,通过效率优化算法在线检测计算各个定子磁链值对应的功率损耗并进行在线搜索,寻求消耗功率最小的定子磁链值。仿真结果表明该方法能够减小异步电机轻负载时的输入功率,明显提高电机在轻负载情况下的稳态运行效率,同时保持较好的转矩动态性能,并且收敛速度较快。     

基于自抗扰控制器的开关磁阻电动机转矩控制系统

将具有优良抗干扰性能的自抗扰控制器(ADRC)引入开关磁阻电动机的转矩控制系统中,回避了传统转矩控制器设计中对转矩逆模型精确建模的要求。将模型的不确定性及负载作为干扰,利用自抗扰控制器内部的扩张状态观测器观测系统的内外扰动项,并进行前馈补偿,从而实现转矩控制系统中转速环与电流环之间的精确解耦。仿真结果表明该控制系统具有良好的动、静态特性,对负载扰动、电机参数变化都具有较好的鲁棒性,可以实现高性能的转矩控制。     

基于在线模糊神经网络建模的开关磁阻电机高性能转矩控制

针对开关磁阻电机(SRM)的转矩脉动问题,提出了一种新的SRM转矩控制方案。首先应用自适应模糊神经网络(ANFIS)对SRM静态转矩逆模型和磁链模型进行离线学习,然后根据转矩分配函数对各相转矩进行分配,利用ANFIS转矩逆模型求出期望转矩下的SRM优化相电流波形。考虑到离线模型的局限性和实时运行时电机中存在的参数变化等不确定因素,通过在线监督学习的方法调整ANFIS转矩逆模型和磁链模型的参数以提高模型的准确性。基于在线调整的ANFIS磁链模型设计自适应滑模控制器调节SRM相绕组中的实际电流跟踪期望相电流波形,从而实现其高性能转矩控制。     

（23期已送排）表面式永磁同步电动机新型转矩控制

永磁同步电动机的反推控制通常采用电流作为虚拟变量,不适用于转矩需要精确跟踪的场合。本文介绍了一种以转矩和磁链为虚拟变量的反推算法,可以使永磁同步电动机输出转矩和负载转矩的差值在全局范围内快速收敛于零,并且在忽略粘滞摩擦的情况下,控制变量将不受负载的转动惯量变化的影响。该方法适用于负载转矩和转动惯量经常变化的场合,具有一定的参考价值。     

超声波电动机二输入Hammerstein非线性建模

为给超声波电动机多变量控制系统的设计与分析提供必要基础,建立超声波电动机二输入Hammerstein非线性模型。将模型的静态非线性环节设计为Gauss函数,更准确地表述超声波电动机的非线性特性。采用改进差分进化算法,进行模型参数辨识,给出优化算法参数值的调试方法,以保证建模过程的有效性。模型计算结果与实验数据的对比表明,该模型精度较高,建模方法有效。     

感应电机无权值虚拟矢量模型预测转矩控制

为了消除感应电机(IM)传统模型预测转矩控制(MPTC)的加权值和减小算法的计算量,提出一种基于无差拍控制的无权值MPTC方法。通过转矩、磁链和电压之间的关系,基于磁链无差拍控制,得到一个期望电压矢量。通过判断期望电压矢量的位置,将电压控制集数量从8个减少为2个,减小了MPTC的计算负担。此外,价值函数中只含有一个转矩变量即可达到期望的控制效果,避免了加权值的设计。采用简化后的三矢量合成虚拟电压矢量,在扩大矢量选择域的同时也降低了传统虚拟矢量算法的复杂度,提高控制的稳态性能。仿真和试验结果证明所提方法具有良好的动、静态性能。     

Realization of instantaneous torque control of an induction motor considering secondary flux as a parameter

Recently, many researches aiming at the realization of high‐performance and high‐precision control of induction motors have been reported, and instantaneous torque control of an induction motor can be regarded as one of the most important topics in this field. In previous works, the authors developed a new method to realize instantaneous torque control of an induction motor with a voltage‐source inverter, and demonstrated both its numerical simulations and experimental results. Unfortunately, the mathematically complicated derivation of the control method made it difficult to understand intuitively, and hindered us from analyzing the detailed characteristics of motor speed changes. In this paper, the authors propose a new method to realize instantaneous torque control of an induction motor, which differs from the concept of vector control. The proposed method is a two‐degree‐of‐freedom control which considers the instantaneous torque command and secondary flux command as parameters. The analytical solution reported here is a particular solution of the differential state equation of an induction motor, and can be expressed as a simple explicit function of the instantaneous torque command, secondary flux command, and motor speed. The authors show the validity of the proposed method through numerical simulations and experimental results. This paper aims the realization of high‐performance control of an induction motor. The authors propose a new method to realize instantaneous torque control without transient torque with a voltage‐source inverter. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 137(1): 48–56, 2001     

异步测功机直接转矩控制动态负载研究

鼠笼式异步电机转子轻、高速性能好、结构简单、可四象限运行,是全功能型测功电机的首选品种。提出一种基于鼠笼式异步电机直接转矩控制测功机设计方案,强调电机负载转矩的直接控制与效果,并据此建立了系统模型进行了大量仿真。结果表明系统可以实现对负载转矩的精确控制,模拟不同工况下的负载特性,具有较好的动、静态性能。     

基于电压调制的永磁容错电机转矩控制系统仿真

介绍了永磁容错电机的工作原理和数学模型,给出了基于电压调制的转矩控制系统的算法和理论分析,包括了转矩控制算法和电压调制算法。建立了系统仿真模型,包括电机模型、故障诊断、转矩控制算法、电压调制算法和转速PI调节器五部分。仿真结果表明,基于电压调制的转矩控制系统能够实现故障前后转矩、转速性能基本不变。     

无刷直流电机自适应模糊直接转矩控制研究

针对无刷直流电机（BLDCM）转矩脉动较大和传统PI速度环调节能力差的问题,提出了自适应模糊直接转矩控制的策略.集成了转矩直接控制和模糊控制自适应强的优点,可以有效抑制转矩脉动和加快转矩响应速度.同时将传统的PI速度调节器替换成模糊PID调节器,速度环根据转速偏差和转速偏差的变化率,模糊在线调节PID参数,使系统较好地实现速度参考自适应调节,由此获得更精确的转矩给定,提高系统抗负载扰动能力.通过进行MATLAB仿真实验,验证控制策略具有转矩脉动抑制作用,同时又提高了系统静动态性能,增强了系统鲁棒性.     

基于BP神经网络的永磁同步电机转矩观测器设计

针对永磁同步电机参数辨识困难、电磁转矩难以通过数学模型来精确估算从而导致电机控制精度以及驱动系统的整体性能下降的问题,设计了一种基于反向传播(BP)神经网络的电机电磁转矩网络拓扑。通过MATLAB/Simulink将该神经网络封装成转矩观测器,用于精确地计算电机转矩。最后通过试验平台进行试验验证,并与传统转矩的计算方式进行对比分析。结果表明:所设计的转矩观测器具有高精度的转矩输出性能,与传统转矩估算数学模型相比,具有更高的控制精度和准确性。