轻轨车辆永磁同步电机弱磁控制研究

针对轻轨车辆用永磁同步电机弱磁区控制方式开展研究,分析了永磁同步电机在弱磁区运行时电压极限圆和电流极限圆的变化趋势,讨论了弱磁区电机电流给定方式,设计了可用于恒转矩调节的弱磁控制器并说明其基本原理.对弱磁控制器中出现的比例积分(PI)调节器饱和现象采用抗饱和解决方案,对弱磁区脉冲调制方式进行分析,采用混合脉冲调制方式解决了弱磁区电压脉冲数量较少的问题.试验表明,所提弱磁控制器能够保证轻轨车辆永磁电机弱磁区稳定运行,易于工程化实现,满足轻轨车辆运行时转矩输出要求.     

基于Anti-Windup的感应电机高速区最大转矩提升策略

充分利用直流母线电压是提升感应电机输出转矩的有效途径。传统电压闭环方法在进行电压极限圆拓宽时,必然会出现windup问题,这将导致系统动态响应变差并影响转矩输出。该文提出一种基于Anti-Windup的感应电机高速弱磁最大转矩提升策略,通过空间矢量脉宽调制算法过调制前后矢量合成的作用时间进行闭环弱磁,运用梯度下降法校正励磁电流给定。在提高直流母线电压利用率的同时,缓解了电流调节器的失控问题。仿真和对比实验结果表明,该文方法实现了最大转矩的提升,加快了电机升速过程。     

感应电机宽范围调速时电流分配策略研究

为了实现感应电机的宽范围调速,针对弱磁控制的关键问题,依据电机在3个不同速度区段的电压、电流、转矩特性,通过严格的数学推导,提出了一种新的电流分配方法,该方法同时认定,励磁电流的参考值和转矩电流的限幅值只与恒转矩区的电流分配有关,无需电机参数,具有较高参数鲁棒性。在全数字感应电机交流主轴驱动系统上实现了算法。实验结果表明,该方法有效提高了弱磁区的电流调节性能,能够增大输出转矩,加快速度响应。     

基于矢量控制的感应电机弱磁控制算法研究

变频调速控制系统要求电机具有宽范围的恒功率弱磁调速能力,并能输出较大的转矩。提出一种感应电动机弱磁状态下励磁电流和转矩电流轨迹控制的新方法。在满足电机和驱动器最大电压和电流约束条件的前提下,对电机励磁电流轨迹和转矩电流轨迹分别独立控制,实现全速度范围内的最大转矩输出。设计了该弱磁控制算法的实现策略,并在7.5 kW感应电机上进行实验研究,与传统弱磁控制方法相比,提出的弱磁控制方法可以输出更大的转矩,电流波动小,系统更稳定。     

感应电动机在弱磁区的高性能电流控制策略

针对感应电动机在弱磁区的电流控制问题即电流分配与电流解耦控制,为实现最大力矩控制,根据感应电动机全频段运行范围内电流、电压、转矩与转速的关系,提出了一种不依赖于电机参数的电流分配方法。为克服耦合电压在高频区对电流控制的影响,提出了一种解耦过程无需电机参数的电流矢量控制器,实现了高性能电流动态解耦控制。通过实验对比本文方法与传统方法,证明了本文方法在弱磁区能够获得更佳的电流控制效果,增大了输出力矩。     

感应电动机转子磁场定向下的弱磁控制算法

电动汽车、数控机床等应用领域要求感应电动机具有宽范围的恒功率弱磁调速能力。提出一种感应电动机弱磁状态下电压和电流轨迹控制的新方法。在满足电机和驱动器最大电压和电流约束条件的前提下,该方法可实现全速度范围内的最大转矩输出。此方法不需要查表运算,对电机参数的依赖性较低。通过对SVPWM方法中得到的零电压矢量作用时间的积分,可得到d轴电流的给定值,从而实现最大转矩电流比（maximum torque per ampere,MTPA）控制区与弱磁区之间的平滑过渡。在5.5 kW系统上对所提弱磁方法进行仿真和实验验证,实验结果证实了该方法的可行性。     

异步电机弱磁区转矩最大化策略

异步电机工作在弱磁区时,转矩随着转速的升高急剧下降,在转子磁场定向系统中,充分利用电机和逆变器的最大电压、电流限制,无需d轴电流控制器,通过调节q轴分量,稳定高速失步状态,实现弱磁区转矩最大化。异步电机在电压极限状态遇到干扰时,通过旋转定子电压矢量产生动态电压边缘,提高系统的瞬态响应。当异步电机运行在弱磁区,铁损增大,影响电机的磁链水平和转矩输出,引入铁损补偿机制,确保弱磁区的转矩最大化。仿真和实验证明,该控制系统能实现异步电机弱磁区转矩最大化,且具有很强的鲁棒性。     

电动汽车用感应电机最大转矩电流比策略研究

提供了一种电动汽车用感应电机最大转矩电流比控制策略,用以实现全转速范围内转矩电流最优控制。转矩电流正交分解和弱磁环同时工作,通过引入开关时间量判断条件获取直轴电流参考值,既保证了全转速范围内转矩电流比最优,又保证了弱磁区和非弱磁区的平滑切换。通过弱磁区最大滑差频率和控制器输出峰值电流限制交轴电流参考值上下限幅值,保证系统在深度弱磁区稳定可靠运行。该控制策略保证了感应电机全速度范围内的最优转矩电流控制,并且解决了弱磁区和非弱磁区频繁切换时输出电流畸变的问题,使蓄电池能量达到最高效利用,对电动汽车的发展具有深远意义。通过仿真和试验测试,验证该控制策略的有效性。     

异步牵引电机方波单电流闭环控制策略及其参数鲁棒性分析

在轨道牵引传动系统中,电机在弱磁区通常采用方波控制。方波下传统矢量控制算法受限于电压角度这一单自由度而失效。同时,电机控制中磁场定向的准确与否受电机参数变化的影响。因此,方波下准确的磁场定向控制是牵引电机在弱磁区高性能控制的关键。该文针对方波特殊工况,提出一种单电流闭环弱磁控制策略,方波下电机q轴电压指令通过d轴电压指令和逆变器可输出最大电压得到。利用电机方程推导得到方波下电机参数变化对电机输出转矩、磁链、电流和电压的影响,进而分析了所提方波控制策略的参数鲁棒性。仿真和实验结果表明,该方法可实现对电机电流快速精准地控制,能够对因电机参数变化引起的磁场定向不准进行校正,保证电机输出期望转矩。     

基于电流边界限制条件的异步电动机弱磁控制

在空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制策略下,通过分析异步电动机电流限制圆与电压限制圆的特性,结合电动机调速的实际应用情况,提出了一种基于电流边界限制条件的弱磁控制策略。该方法在调节励磁电流后能够使输出转矩电流逼近转矩电流限制条件,进而使定子电流矢量逼近电流限制圆。相对于电压闭环弱磁控制,该法可以将最大励磁电流作为励磁电流初始值,提高恒转矩区转矩的输出能力。在弱磁区不需要考虑电压裕量的问题,可以充分利用电压的输出能力,提高弱磁区转矩的输出能力。鉴于励磁电流调节过程的非线性,同时引入了模糊PI控制器,使得调节过程更加精确,具有更好的动、静态特性。     

变工况下感应电机全速域效率优化控制研究

为了进一步降低感应电机在变工况运行条件下的电能损耗,提出了一种基于模型法的全速域节能运行控制策略。该策略在考虑漏感影响的损耗模型基础上,建立可控损耗受转速与电流影响的机理关系,并对感应电机在全速域范围运行的转速变化进行区域划分,利用库恩卡克条件确定在不同速度划分区域运行负载波动时的最优节能控制策略;在弱磁区利用电流轨迹图对励磁电流和转矩电流进行合理分配来提高感应电机最大转矩。仿真分析表明,所提出的节能控制策略能够有效提高感应电机的运行效率,并提高弱磁区的最大输出转矩,使系统达到最佳运行状态。     

基于暂态磁链修正的直接转矩控制系统最大转矩输出方法

为了实现高速感应电机直接转矩控制(DTC)系统的动态转矩最大输出,提出一种基于暂态磁链修正的DTC系统最大转矩输出方法。首先,建立高速感应电机DTC系统数学模型,并分析逆变器最大输出电压与电机磁链之间的矢量关系;在此基础上,对感应电机转矩变化率进行详细推导,得出动态转矩最大输出点为逆变器的有效矢量之一的关键结论;最终,打破传统DTC方法中圆形磁链的约束,引入暂态磁链修正在动态过程中将定子磁链由圆形变化为六边形。最后,双25 k W感应电机对拖样机试验表明,暂态磁链修正机制引入后对于提升感应电机DTC系统转矩响应的可行性和有效性。     

新型的内嵌式永磁同步电机弱磁转速控制

在基本转矩前馈控制系统的基础上,提出了一种新型的永磁同步电机的弱磁控制算法。由于电流调节器的饱和使得定子电流进入弱磁控制,因此在这种新的弱磁控制算法的基础上,设计出一种新的定子电流误差观测器用以辨识电流调节器的饱和情况。另外,在弱磁区利用转速观测器观测定子电流变化,利用差值控制器以达到使定子电流矢量由常规的弱磁控制轨迹转向最大输出的电压极限轨迹（VLMO）的目的。仿真结果表明：相应产生的VLMO控制模式能够优化弱磁控制策略,控制算法能有效实现弱磁控制下的转速调节。     

基于动态磁链修正的感应电机转矩响应方法

为提升高速感应电机驱动系统的动态转矩响应能力,提出一种基于动态磁链修正的感应电机快速转矩响应方法。建立高速感应电机磁场定向控制(FOC)系统数学模型,并分析逆变器最大输出电压与电机磁链之间的矢量关系;对电机转矩变化率进行详细推导,得出动态转矩最大输出点为逆变器的有效矢量之一的固有特性;然后,打破传统FOC方法中圆形磁链的约束,引入动态磁链修正环节以实现FOC系统过调制操作,动态过程中定子磁链由圆形变化为旋转六边形。最后,25 kW样机实验结果表明,动态磁链修正机制的引入对于提升感应电机FOC系统转矩响应具有可行性和有效性。     

非正弦供电下的五相感应电机弱磁优化控制策略

根据电动汽车、数控机床等应用领域宽速度运行范围需求,提出了一种多相感应电机的非正弦供电技术,目的在于有效提高弱磁状态下的转矩密度。针对传统弱磁控制算法存在的问题,提出了定子磁链优化的弱磁控制算法,提高转矩稳态和动态响应性能。根据多相感应电机多平面特性,详细分析了谐波平面对弱磁区间运行的影响,采用非正弦供电技术有效提高转矩密度和电压利用率。最后,构建了一套五相感应电机控制系统,实验结果证明了非正弦供电下弱磁优化控制策略的可行性。     

间接矢量控制系统中磁场电流的优化选择

对感应电机弱磁过程中磁场电流的选择进行了优化,同时考虑高速区铁耗的影响,对其进行线性化补偿.磁场电流大小的选择在间接矢量控制系统中具有非常重要的意义,尤其在弱磁过程中,磁场电流的不合理选择会降低电流的利用率,使系统输出转矩减小,带载能力减弱,在弱磁区的恒功率运行范围缩短,对升速的快速性也有影响.根据电流、电压利用最大化的原则,对磁场电流进行优化选择,同时,对铁耗在高速区的影响进行了分析,并且提出了线性化的补偿方法.最后,通过基于DSP的全数字主轴驱动器进行了物理试验,试验证明磁场电流的优化和对铁耗的补偿是可行的,而且对主轴驱动系统性能的提高是非常显著的.     

基于交轴电流补偿的内嵌式永磁同步电机深度弱磁控制

针对电动汽车用内嵌式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM)在深度弱磁区域电流、转矩振荡较大,电流调节器易饱和等问题,提出了一种负q轴电流补偿的电压反馈弱磁控制策略。首先介绍了传统电压反馈弱磁控制策略,分析了在深度弱磁区电流、转矩振荡的原因;然后结合最大转矩电压比控制,采用负q轴电流补偿的方法,降低了q轴电流环增益,且系统在深度弱磁区域的电流、转矩振荡得到了明显抑制,提高了系统的稳定性;同时对传统的MTPA控制和id=0控制与两种弱磁方法进行了稳态特性测试。最后通过实验证明了负q轴电流补偿法弱磁控制策略的可行性。     

感应电机弱磁区最大转矩输出的控制策略研究

针对感应电机采用传统弱磁方法不能实现最大转矩输出,提出了一种全速度范围实现最大转矩输出的电流优化分配控制策略。首先,以最大转矩输出为目标,对电压、电流进行合理分配,得出了理论的最优电流分配原则;然后,以电机运行的实际状态与理论分配相结合,提出了一种电流优化的控制策略;最终,将该方法用于矢量控制系统中,实现了全速度范围的最大转矩输出控制。通过仿真和实验结果证明,该方法可靠、有效且动态响应性能良好。     

基于专家控制器的电动汽车感应电机弱磁区优化控制研究

由于感应电机驱动系统采用数字控制器和脉宽调制输出会伴随着数字延迟的问题,加之参数可能存在的扰动,使得传统的间接磁场定向控制方法在感应电机高速弱磁区的控制性能降低。针对此问题,提出了一种基于专家控制器和模糊推理机制的感应电机弱磁区优化控制策略。考虑到传统间接磁场定向控制中电流调节器在弱磁区若没有获得适合的电流参考指令,则可能会产生高频振荡乃至失稳。因此,在传统方法的基础上将转速闭环输出的电流参考先送入到专家控制器,专家控制器基于数据库和模糊推理,对电流参考进行修正,其中模糊推理机制基于简单的高斯函数逻辑实现。最后,构建了感应电机驱动试验平台,开展了电机在弱磁区的高速驱动试验,试验结果验证了新型控制策略的有效性。     

电动车用感应电机弱磁控制研究

针对弱磁阶段电机转矩下降的问题,在弱磁阶段电压控制策略的基础上,通过适当的选择漏感,提出了一种简化的电压控制策略。采用该方法能够使电机在整个弱磁阶段输出转矩保持最大,并确保非理想磁场定向条件下的转矩和升速性能。利用Maflab建立感应电机驱动系统模型仿真,将仿真结果与传统的弱磁控制进行比较,可以看到转矩性能较传统的方法有20％的提高,证实了此方法的可行性。