基于模型预测控制的开绕组永磁同步电机高性能驱动系统控制策略

为了解决传统开电机驱动系统中存在的成本和响应特性问题,本文提出一种基于开绕组结构永磁同步电机的四桥臂变换器驱动系统的新型拓扑结构,采用模型预测控制算法来提高电流环的响应速度。为了抑制系统中的零序电流,改善驱动系统的特性。本文通过测得的绕组反电势三次谐波作为共模电压的补偿量,并采用比例环节等效增加零序电流阻抗来抑制其他次电流谐波,并将共模电压分配到预测控制输出的载波中,以此将零序电流抑制策略纳入模型预测控制,在此基础上构建了综合考虑电机绕组反电势三次谐波和逆变器死区的开绕组永磁电机驱动系统的仿真模型,通过仿真验证了本文提出的系统控制策略的有效性。     

一种抑制三次谐波转矩脉动的双绕组电机结构

电机驱动与蓄电池充电一体化拓扑结构通过电气元件和电机绕组的复用提升车载充电系统在体积、质量、成本等方面的竞争力,但同时也为零序电流提供通路,增加电机驱动时的损耗和转矩脉动。针对零序电流产生三次谐波转矩脉动的问题,研究了一种双绕组六相电机结构,以抑制零序电流对转矩脉动的影响。仿真结果表明,该电机结构能消除零序电流产生的三次谐波转矩,有效抑制转矩脉动。     

共直流母线开绕组永磁同步电机系统零序电流抑制策略

由于变流器调制产生的共模电压和永磁电机反电动势三次谐波的存在,开绕组永磁同步电机两端共直流母线情况下会在电机绕组产生零序电流,影响了电机运行效率和稳定性。由此提出了共直流母线开绕组永磁同步电机系统零序电流抑制策略,通过建立开绕组永磁同步电机数学模型,分析了零序回路的工作特性,并通过对零序电流的闭环调节控制变流器产生共模电压以抵消反电动势三次谐波分量,达到抑制零序电流的目的;同时深入分析和对比了所提零序电流抑制策略和传统共模电压抑制策略的调制能力和最大调制度;最后,通过构建开绕组永磁同步电机实验机组,对所提零序电流抑制策略的可行性和有效性进行了实验验证。     

共直流母线开绕组电机系统零序电流抑制技术综述

开绕组电机系统是将星形绕组中性点打开,两端各接一个逆变器的特殊级联供电方式。在只能提供单一直流电源时,2个逆变器共用同一个直流电源,称为共直流母线结构。由于其具有所需电源数目少、输出功率高、有效电压矢量多样,以及冗余性和容错性强的优点,在高电压、大功率、安全性要求高的场合下有广泛的应用前景。同时,由于该结构存在零序通路,零序电流会产生额外损耗和转矩脉动。因此,有效地抑制零序电流是该结构能够广泛使用的必要条件。通过总结共直流母线开绕组电机系统在国内外的研究和发展现状,介绍共直流母线开绕组电机系统的拓扑结构及其零序电流产生机理,并对零序电流抑制技术进行全面归纳总结。最后,讨论共直流母线开绕组电机系统零序电流抑制技术的发展趋势。     

基于线性扩张状态观测器的电流谐波抑制

永磁同步电机（PMSM）的矢量控制系统中存在着齿槽转矩、逆变器电压死区和传感器检测误差等非理想因素,在电流环中引入了电流谐波,造成电机转矩脉动。本文构造了电流环线性扩张状态观测器（LESO）来抑制电流谐波;分析了LESO和整个电流环的稳定性,给出了电流环参数整定的依据;随后对采用LESO的电流环与采用传统PI控制器的电流环的谐波抑制性能进行了对比分析。最后通过仿真验证了采用LESO的电流环可以较好的抑制电流谐波,进而抑制了电机转矩脉动。     

九相开绕组永磁电机SPWM中的三次谐波抑制

为抑制九相开绕组永磁同步电机定子绕组中的3次谐波电流,该文提出一种3次谐波电压前馈控制方法。对逆变器非线性因素造成的3次谐波电压由同步坐标系锁相环进行追踪,同时考虑反电势中的3次谐波电压,共同作为前馈量对调制信号进行修正。将电压谐波前馈控制与电流谐波闭环控制相结合,提高了3次谐波电流控制的响应速度和控制精度。最后,通过实验验证了该文提出的3次谐波电流抑制方法的可行性与有效性。     

基于新型扩张状态观测器的PMSM周期性转速脉动抑制方法

电机本体的齿槽转矩、磁通谐波、定子电流测量误差、负载中的周期性转矩、电机换相和死区效应等因素会造成电机转矩中存在周期性脉动,这种脉动一般会表现在电机整个运行速度范围内,造成电机转速脉动大,不利于电机的高精度转速控制。提出了一种基于新型扩张状态观测器的PMSM周期性转速脉动抑制方法。利用周期性信号的微分特性,构建扩张状态观测器,观测出电机转速脉动中的主要周期性分量,利用自抗扰控制算法对其补偿,以消除转速中的周期性脉动。仿真和实验结果表明,该方法能够对转速实现更好的补偿控制,使得电机转速稳态脉动显著减小,从而提高电机运行的平稳性     

基于比例谐振的无刷直流电机电流规划控制

在三相六状态模式下工作的BLDCM存在较大的换相转矩脉动,采用电机反电势对电流波形进行规划的控制方法可以减小该转矩脉动。然而由于绕组电感的存在,会引起相电流滞后该相反电势的现象,从而导致电机相电流有效值和转矩脉动的增加。论文提出一种基于比例谐振的电流规划控制方法。该方法根据规划电流轨迹的傅里叶展开,采用基于比例谐振的电流环分别实现对电流基波和主要高次谐波的控制。最后,仿真结果表明所提出的方法可以减小相电流的滞后角度,抑制转矩脉动和减小电机铜耗。     

基于基波电流调控法的六相永磁同步电动机转矩波动抑制方法研究

六相永磁同步电动机一相开路故障时,绕组中的三次反电势将与基波电流相互作用产生较大的转矩波动。针对六相永磁同步电机一相开路故障,以绕组铜耗最小为优化目标,故障前后转矩恒定分量不变和三次谐波电势产生的转矩波动最小为约束条件,建立拉格朗日方程,得到容错运行时相电流的最优解析解。采用数值方法对故障前后电机额定工作状态进行了仿真分析,验证了解析解的正确性。提出的转矩波动抑制方法可以通过调整基波电流的幅值和相位实现对三次谐波反电势所引起转矩波动的抑制,无需对非故障相绕组注入谐波电流,提高了多相电机的容错运行工程实用性。     

一种抑制非理想反电势的BLDC电机转矩脉动的方法

转矩特性是电机性能的重要指标,而抑制转矩脉动是无刷直流机(BLDC motors)控制领域中的关键技术之一.本文针对非理想反电势的无刷直流机,对转矩脉动谐波构成进行了推导,分析了转矩脉动和反电动势谐波、电流谐波的关系,提出了一种基于离线反电势测量的优化电流算法,结合空间电压PWM,实现了抑制转矩脉动的电流闭环控制.仿真和实验证明,该方法可以显著抑制转矩六次谐波,是一种有效的改善无刷直流机转矩性能的方案.     

无刷直流电机离散滑模观测器直接转矩控制

分析了非理想反电势下无刷直流电机传统脉宽调制电流控制产生电磁转矩脉动的原因。为便于计算机控制,采用离散滑模观测器获取无刷直流电机反电势,进而完成电磁转矩的估算,并证明了离散滑模观测器的到达条件和稳定条件。在此基础上,提出无刷直流电机直接转矩控制。该方法采用转矩滞环的输出和磁极位置来选择电压空间矢量,可有效抑制非理想反电势和低速换相电磁转矩脉动。仿真结果证明了其正确性。     

无刷直流电机反电势自适应滑模观测

采用转矩环取代传统的电流环,可减小非理想反电势无刷直流电机（brushlessDCmotor,BLDCM）的转矩脉动,提高其控制性能,而转矩环中反馈转矩计算的关键在于绕组反电势的准确获取。建立考虑参数偏差的滑模观测器（sliding—modeobserver,SMO）对反电势进行实时观测,定量分析了定子电阻偏差对观测结果的影响,分析表明反电势观测的稳态误差等于电阻偏差量与电流的乘积。为消除这一影响,利用李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性理论,设计了定子电阻参数辨识的自适应率,在线辨识得到的电阻参数用于调整SMO的系数矩阵,构成了新型的自适应滑模观测器。最后,利用RT-LAB实时控制器进行实验,验证了上述分析结果的正确性,证明了所提方法能够正确快速地观测无刷直流电机反电势。     

直接基于谐波电动势定向的PMSM转矩脉动抑制方案研究

针对永磁同步电机电磁转矩脉动抑制问题,本文从理论上证明了为抑制转矩脉动需要注入电流的相位与谐波电动势的相位相同,为谐波电流的生成提供了理论依据。基于此,论文提出了一种直接基于谐波电动势相位定向的转矩脉动抑制方案。该方案通过设计高阶扩张状态观测器对谐波电动势进行估计,继而获得注入谐波电流的相位角;通过转速脉动信号的提取并设计相应的闭环控制调节器获得待注入谐波电流幅值,最终根据相位角和幅值生成所需注入的谐波电流。由于传统的比例积分控制器不能有效跟踪交流信号,本文通过设计旋转积分器实现对谐波电流的跟踪控制,并最终实现了转矩脉动的抑制。最后,论文通过基于伺服系统的实验平台验证了本文的分析和设计。     

基于比例谐振控制的共直流母线开绕组永磁同步电机零序电流抑制技术

由于共直流母线的开绕组永磁同步电机系统存在零序电流回路,变流器调制产生的共模电压和永磁体自身反电动势零序分量构成的零序电压源会在电机绕组内产生零序电流,影响开绕组永磁同步电机的运行效率和稳定性。因此,提出一种基于比例谐振控制的零序电流抑制方法,在建立开绕组永磁同步电机及其零序回路数学模型基础上,通过设计基于比例谐振控制的零序电流闭环系统来控制变流器输出电压的零序分量,达到对零序电流的抑制目的。同时深入分析了所提零序电流抑制策略在开绕组永磁同步电机不同运行工况下的稳定运行能力。最后,通过构建开绕组永磁同步电机实验系统,验证了所提出零序电流抑制策略的有效性。     

开绕组电机驱动用双逆变器死区效应补偿方法

与传统两电平逆变器的死区效应不同,开绕组电机驱动系统中双逆变器的开关死区将导致零序电压和零序电流,使绕组电流出现低频次谐波,影响系统的性能。提出了一种双逆变器开关死区导致的零序电压的补偿方案,通过扩展占空比最大的一路开关信号的导通时间,来插入一个补偿电压矢量,利用补偿电压矢量产生的零序电压抵消开关死区导致的零序电压,从而抑制系统的零序电压和零序电流。通过在开绕组感应电机驱动系统中的仿真和试验,验证了死区补偿方法的有效性。     

共中线开绕组拓扑三维空间矢量脉宽调制策略研究EI北大核心CSCD

三维空间矢量调制(three-dimensional space-vector pulse-width modulation,3D-SVPWM)策略能够实现零序电流的主动控制,在共母线开绕组拓扑、共中线开绕组拓扑以及三相四桥臂拓扑中获得广泛应用。零序电流控制会影响到差模电压的输出能力。为充分利用逆变器的输出能力,优化运行性能,3D-SVPWM调制范围和过调制策略的研究成为必要。该文在三维空间中对该调制策略的调制范围进行深入分析,明确调制范围的数学描述,提出4种典型的过调制方案用于提升其电压输出能力。最后,以共中线双逆变器开绕组驱动系统为对象,通过实验验证所提方案的有效性和正确性。     

六相永磁同步发电机系统的零序电流抑制策略

针对共直流母线开绕组永磁同步发电机(OW-PMSG)系统在传统空间矢量调制策略下存在的零序电流干扰不足,通过分析共直流母线开绕组电机系统中零序电流产生原因,提出一种应用于六相OW-PMSG系统的零序电流抑制的控制策略。为有效抑制零序电流,引入比例谐振控制器控制变流器产生共模电压,以抵消反电动势三次谐波分量。为有效抑制由定子结构带来的5次、7次谐波,重新选择矢量,并按照计算出的比例关系分配矢量作用时间。对比分析传统最大四矢量控制策略和改进的零序电流抑制策略的仿真结果,验证了该方案的可行性。     

永磁同步电机准谐振自抗扰电流谐波抑制EI北大核心CSCD

为了抑制永磁同步电机电流谐波并提高系统鲁棒性,提出一种新型准谐振自抗扰控制(quasi-resonant active disturbance rejection control,QRADRC)方法。该方法改进传统扩张状态观测器(extended state observer,ESO)结构,在其扰动估计回路中增加并联准谐振环节,由此构建的新型准谐振扩张状态观测器(quasi-resonant extended state observer,QRESO)作用于线性自抗扰电流环。新型QRESO中的基本ESO用以估计直流扰动,引入的准谐振环节用以估计交流扰动,从而使新型QRADRC既可有效抑制电机参数摄动带来的直流扰动,又能够极大提高电流谐波交流扰动的抑制能力。该文对该型QRADRC的谐波抑制能力和抗干扰能力进行理论分析、仿真和实验验证。结果表明,与传统的比例积分(proportional integration,PI)、比例积分谐振(proportional integration resonance,PIR)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)3种方法相比,新型QRADRC方法显著降低了相电流5、7次谐波和转矩电流6次谐波,并且具有面向时变电机参数更强的鲁棒性。     

四桥臂变换器驱动开绕组永磁同步电机系统的死区效应分析与抑制

针对传统双逆变器驱动开绕组永磁同步电机系统的成本和复杂性高的问题,提出一种具有少开关特性的低成本四桥臂变换器驱动开绕组永磁电机的新型拓扑结构,在四桥臂变换器输出有效电压矢量和SVPWM策略分析的基础上,分析了系统中复用桥臂产生的非对称死区电压分布规律及其对相绕组电流畸变的影响,基于零序回路独立控制的方法设计了具有平均死区电压补偿的谐波电流抑制策略,将死区补偿后的开绕组永磁电机绕组电流总谐波含量抑制至5%左右,使得低成本的四桥臂变换器具有类似传统双逆变器驱动开绕组电机系统的输出特性,最后通过仿真和实验验证了所提死区分析和抑制策略的有效性。     

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。