一种免失控的IPMSM参数可计算深度弱磁算法

针对观光场地车用的内置式永磁同步电机弱磁控制算法中由于电流调节器饱和造成的电流不可控问题,该文提出一种参数可计算的q轴电流增量深度弱磁控制算法。在深度弱磁过程中无需继续负向增加i_d提升转速,而是将i_d限制在电机特征电流处,利用减小i_q实现转速提升,并给出简化后的i_d与i_q转化关系,该转化关系具有计算量小,易于实现与参数整定等优点。通过与传统纯电压闭环的负i_d补偿弱磁算法的实验结果对比,参数可计算的q轴电流增量算法能有效避免电流环饱和失控,提高了IPMSM运行的稳定性。     

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。     

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。     

基于交直轴电流耦合的单电流调节器永磁同步电机弱磁控制

基于交直轴电流耦合的单电流调节器弱磁控制是一种新颖的永磁同步电机弱磁策略,能够解决双电流调节器在电机高速域相互冲突而易于饱和的问题。交轴电压指令如何确定是此方法的研究重点,直接影响电机的电压利用率、效率以及负载能力。该文基于电机电压方程对电流耦合调节弱磁控制基本原理进行描述,并提出改进的控制方法。利用id-iq坐标平面上的定子电流轨迹,对现有方法的缺点和所提出方法的预期控制效果进行了分析。在小信号范围内,对所提出方法的动态控制过程和可控性进行了阐述。所提出的电流耦合调节变交轴电压弱磁控制策略,交轴电压指令根据电机工况自行调节,无需查表,且不依赖电机参数,易于实现。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和性能优势。     

基于SVPWM的永磁同步电机弱磁控制

本文在分析SVPWM输出能力的基础上,确定了永磁同步电机弱磁区域,基于转子磁场定向的矢量控制,提出了一种基于正六边形的负i_d补偿的弱磁控制方法。该方法基于SVPWM能输出的最大电压矢量构成的正六边形而调制出负i_d弱磁电流,相比传统的基于内切圆的负id补偿的弱磁方法,该方法简化了计算,电压利用率更高,调速范围更广。理论分析和实验表明该方法的可行性和正确性。     

一种基于MTPA的IPMSM弱磁控制系统

内置式永磁同步电机,其速度运行范围与电机参数息息相关。本文从电机本身参数的角度出发,充分考虑电机实际运行的两个约束条件:电压极限椭圆和电流极限圆,对实验室电机进行分析,提出了一种基于MTPA的弱磁控制算法。在低速区,利用曲线拟合,解决了MTPA控制算法中d、q轴电流给定值无法获得解析解的问题,得到了不同转速要求时的交直轴电流给定值。在高速区,利用转矩的梯度和电压差对MTPA指令进行修正,对电机进行弱磁控制。理论、仿真和实验结果表明,在特定电机参数下,i_d=0的矢量控制无法使电机达到额定运行状态,而本文所提出的基于MTPA的弱磁算法,既满足了电机的额定运行状态,同时提高了电机的带载能力,拓宽了电机的调速范围。     

永磁同步牵引电机高速运行时再生制动研究

列车为防止在中性区趴窝,一般以较高速度驶入中性区。为确保辅助系统在中性区不断电,牵引电机需在高速区快速由牵引工况转换为再生制动工况。这里分析了永磁同步牵引电机高速区弱磁控制原理,给出了基于负直轴电流补偿弱磁控制框图,研究了列车进出中性区时永磁同步牵引电机交直轴电流工作区域。基于负直轴电流补偿弱磁控制策略研究了同步旋转d,q坐标系前馈/反馈解耦比例积分(PI)电流调节器和d,q坐标系复矢量电流调节器的控制器在高速弱磁区的再生制动性能。理论分析和仿真结果验证了d,q坐标系复矢量电流调节器在高速弱磁区具有更优异的控制性能。     

改善永磁同步电机驱动系统暂态性能的研究

提出了一种新的永磁同步电机驱动系统快速电流控制方法。在电机反电动势较高时,电流调节器趋于饱和,电压裕量不足。又因为d轴电压裕量比q轴电压裕量大,在电流调节器前加入一个暂态电流修正器,重新分配d,q轴电压裕量,改善电机在高速运行及电流变化较大时的电流控制能力。通过该方法能在不恶化系统电流稳态性能的情况下有效提高电流控制的暂态性能。该方法在宽调速范围即基速以下恒转矩区域及基速以上的弱磁区域皆可行。采用该方法,在d,q坐标系上通过所谓的"捷径路径"来修正参考电流,从而使实际电流跟踪参考电流。仿真和实验验证了所提方法的可行性。相比传统方法,所提方法电流稳定时间能减小45%。     

电动汽车IPMSM单电流调节器弱磁控制技术

针对电动汽车IPMSM在弱磁扩速时交直轴电流强耦合的问题,采用单电流调节器的弱磁控制方式,通过选择开关对最大转矩电流比(MTPA)控制方式和弱磁控制方式在不同运行状态下进行切换。在弱磁控制中直轴电压指令由直轴电流调节器获得,交轴电压指令则根据直轴电压值通过调节器直接给出。该方法能够对电机直流电压充分利用,使电机工作在最优工作点。建立该控制系统的Matlab/Simulink仿真模型,仿真结果分析证明该方法的可行性。最后搭建以英飞凌TC 1782为主控芯片的电动汽车驱动控制系统平台,对所提的控制策略的实际应用能力进行验证。     

基于混合弱磁的高速PMSM抗饱和调节方法

针对传统永磁同步电机(PMSM)弱磁方法电压指令饱和极易引发系统失控的现象,提出一种包含电压指令补偿环节的前馈/反馈混合式弱磁控制方法。该方法前馈通道设计为转矩/磁链的二维表格,通过当前磁链、转矩指令,直接查取d,q轴电流的期望值,保证了系统的动态响应要求;反馈通道中包含提出的电压指令补偿环节,结合电流控制器输出指令和转速、母线电压信息,调节出前馈通道所需的磁链指令。最后,通过110 kW高速PMSM实验样机进行可行性分析,实验结果验证了所提弱磁控制系统能够满足电动汽车快速动态响应的要求,同时提高了系统高速运行时的可靠性。     

弱电网下基于矢量控制的并网变换器功率控制稳定性

研究了基于矢量控制的电压源型变换器(VSC)功率控制的稳定性问题。VSC通过控制基于电网电压定向的d轴和q轴电流来调节注入电网的有功和无功功率。VSC注入电网的功率与d轴和q轴电流间的关系特性对功率控制稳定性影响重大。基于VSC经线路阻抗接入无穷大电源的单机无穷大系统,研究了VSC输出有功功率、端电压幅值与注入电网的d轴和q轴电流间的关系特性。发现电网逐渐变弱时,有功功率对d轴电流的灵敏度由正变负,此关系特性制约了VSC弱电网运行时功率控制的稳定性。进一步分析了功率、端电压幅值对d轴和q轴电流的灵敏度特性。基于分析结果,提出了提高VSC弱电网运行时功率控制稳定性的基本思路。     

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。     

基于闭环电压反馈的混合励磁电机弱磁控制

为了实现新型混合励磁电机的高速运行,文章提出了一种便于实现的基于相电压反馈的弱磁控制策略。通过电机相电压反馈值和逆变器最大输出电压之间的差值来判断电机弱磁区域的边界。控制算法将电机运行区域分为低速、高速I区和II区3个区域,并给出了在高速区d轴电流、q轴电流和直流励磁电流的具体控制方法,通过对混合励磁电机电枢电流和直流励磁电流的共同调节,实现了混合励磁电机在高转速区域的稳定运行。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

内置式永磁同步电机弱磁过渡时的解耦补偿控制

针对内置式永磁同步电机(interior permanent magnet,IPM)在弱磁过渡时电流调节器瞬态饱和导致转速范围受限甚至失控的问题,提出了基于解耦电流控制和电压指令补偿的电流矢量控制算法,解除了电机高速运行时d-q轴电流交叉耦合的影响,使得控制规律趋于线性化,避免PI调节器输出不正常;当调节器饱和时,通过补偿电压指令使调节器迅速退出饱和状态,消除了转速调节失控现象。给出了判断电流调节器是否进入饱和的监视方法,实时决定是否有必要采取退饱和的措施,使得控制更具智能特点。在仿真结果的正确性基础上,通过台架测试进一步证实了所提出控制策略的有效性,提高了系统的稳定性并拓宽了电机的转速范围。     

混合励磁同步电机铜耗最小化弱磁调速控制研究

混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous motor,HESM)具有调磁方便、调速范围宽等优势,在工业、军事领域应用前景广阔。该文在矢量控制和速度分区控制的基础上,针对HESM提出了一种铜耗最小化弱磁调速控制方法。该方法以电机铜耗最小化为目标,自适应地调节弱磁基速系数,在满足电枢端电压限制的条件下,对q轴电流、d轴电流与励磁电流进行最优配置。在深入分析弱磁基速系数对电机运行性能的影响的基础上,应用自适应控制方法对其进行调节以提高电机的调速范围、效率及动态特性等综合性能。最后,通过仿真和电机驱动实验验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。结果表明,所提出的HESM弱磁控制方法,可实现电机综合性能的最优化控制。     

混合励磁同步电机驱动系统弱磁控制

针对混合励磁同步电机低速大转矩及宽调速的特点,提出一种基于空间电压矢量算法的弱磁调速控制方法.该控制方法在速度分区控制的基础上,在高速区,采用保持q轴反电势不变的铜耗最小控制策略,对电枢电流与励磁电流进行优化配置.搭建该电机驱动系统的仿真模型,对无电流弱磁、励磁电流弱磁、d轴电流与励磁电流共同弱磁3种不同电流控制模式下的调速效果进行分析;构建该电机驱动控制系统的实验平台,通过实验得到该电机的启动电流波形与稳态电流波形,对所提出的算法进行验证.仿真和实验结果表明,在铜耗最小控制条件下,采用d轴电流与励磁电流共同弱磁的混合励磁同步电机驱动系统比单纯采用励磁电流弱磁或无电流弱磁的驱动系统具有更宽的调速范围.     

一种永磁同步电机交轴电流误差积分反馈深度弱磁控制策略

针对传统弱磁控制策略在深度弱磁区域电流、转矩脉动较大,电流调节器易饱和等问题,提出一种基于q轴电流增量与误差积分的深度弱磁控制策略。通过q轴电流误差积分减缓q轴电流变化率,抑制电流调节器饱和;再根据最大转矩电压比曲线对d轴电流限幅,确定q轴电流增量,重新规划PMSM弱磁电流轨迹;结合电流环模糊PI控制,进一步抑制深度弱磁区域电流、转矩振荡。仿真结果表明:该弱磁控制策略下,系统在深度弱磁区域的电流、转矩振荡及电流调节器饱和得到了明显抑制,系统运行稳定。     

内置式永磁同步电动机弱磁控制实验研究

以内置式永磁同步电动机为研究对象,提出一种具有快速动态响应的前馈弱磁控制策略.根据电机运行时的转矩和定子磁链给定值,通过实时查表得出电机的交、直轴电流参考值;同时为了解决电动机高速运行时参数漂移问题,在前馈控制基础上叠加了基于输出电压的闭环控制策略,有效地提高了系统的鲁棒性.实验结果证明电动机在全速范围弱磁控制策略的有效性.     

一种永磁同步电动机的宽调速范围控制方法

针对永磁同步电动机的宽调速范围应用和弱磁难问题,提出了一种永磁同步电动机的宽调速范围控制方法,该方法基于矢量控制原理,基速以下采用id=0控制,基速以上采用弱磁控制,利用电压外环调节器产生直轴电流参考值id*,不依赖于电机参数,易于数字化实现。提出电流反馈解耦控制方法,实现了d、q轴电流的完全解耦,提高了永磁同步电动机的控制性能。在5.5kW的内置式永磁同步电动机上进行了仿真,扩速倍数可达3倍,转速、转矩控制性能良好,验证了控制方法的有效性,对永磁同步电动机的宽调速范围应用具有实际意义。     

方波工况下基于q轴电流误差的异步电机转子磁场定向误差校正策略

在异步电机的控制中,转子磁场定向控制以其高转矩控制精度和快速的动态响应速度得到非常广泛的应用,但是在交流电力机车等大功率应用领域,电机在弱磁区通常采用方波控制,电机电压失去调节能力,造成传统的矢量控制算法失效。该文对异步电机方波控制策略进行了研究,提出一种方波工况下异步电机转子磁场定向角度误差的实时校正策略,该方案中采用电流开环控制,通过分析磁链角度误差对电机d、q轴电压指令值与实际值的影响,进而利用电机模型提出通过q轴电流参考值和反馈值的误差消除方波工况下转子磁场定向角度误差。仿真和实验都验证该方案能够对各种原因引起的转子磁场定向角度的误差起到很好的校正效果,使电机转矩输出在方波下仍然具有高稳态精度和快速的动态响应速度。