永磁同步电机直接转矩控制与模型预测转矩控制比较研究

对永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统和基于定子磁链坐标系的模型预测转矩控制(MPTC)系统的控制性能、平均开关频率、参数鲁棒性等进行比较。DTC系统结构简单,平均开关频率较低,但磁链和转矩脉动大于MPTC。MPTC性能较好,但计算复杂,实时性较差。同时,两者均存在参数失配鲁棒性较差和开关频率不恒定的共性问题。针对开关频率不恒定的问题,提出一种开关频率固定的PMSM MPTC方法,可将每个采样周期开关切换次数固定为2次。仿真结果表明：该方法可使开关频率固定为采样频率的1/3,且将备选开关状态减少为3个。     

基于卷积神经网络和直接转矩控制的永磁同步电机模型预测转矩控制策略

模型预测转矩控制(MPTC)需要遍历所有备选电压矢量进行预测计算,从中选择最优电压矢量,控制性能良好,但算法计算量大和实时性差。采集MPTC的运行数据离线训练卷积神经网络(CNN),将训练好的CNN代替MPTC进行电压矢量选择。为了解决CNN失控问题,提出了基于CNN控制和直接转矩控制(DTC)的MPTC策略。仿真结果表明,该控制策略可有效解决CNN控制的失控问题,控制效果与MPTC基本相当,转矩和磁链脉动明显低于DTC。     

永磁同步电机新型无差拍直接转矩控制

针对传统无差拍直接转矩控制中电机内部参数摄动对给定电压矢量的影响,提出一种基于滑模扰动观测器补偿的永磁同步电机无差拍直接转矩控制策略。首先,结合滑模控制理论,分别构建了d,q轴滑模扰动观测器,对参数摄动引起的d,q轴电压变化量进行观测,将其补偿至给定d,q轴电压,提高系统对参数摄动的鲁棒性。其次,对q轴滑模扰动观测器进行了重构,在对q轴参考电压扰动补偿的同时对转子磁链进行了有效辨识。试验结果验证了新型控制策略的有效性和实用性。     

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。     

永磁同步电机磁链和转矩无差拍控制

针对永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动较大的问题,提出磁链和转矩无差拍控制。建立了基于定子磁链坐标系的永磁同步电机磁链与转矩变化量简化计算模型,验证了简化模型的可行性,给出了基于简化模型的磁链和转矩无差拍控制计算过程,并采用空间矢量调制技术(DB-SVM)与模型预测控制技术(DB-MPC)实现无差拍控制。为了降低开关频率,提出一种将空间矢量调制与模型预测控制相结合来实现无差拍控制的方法。仿真结果表明:该方法可在保证系统良好运行同时,有效降低开关损耗与转矩脉动。     

模糊占空比调制永磁同步电机模型预测转矩控制

传统模型预测转矩控制(MPTC)电压矢量作用于整个采样周期,会造成较大的磁链和转矩脉动。因此,提出模糊占空比调制永磁同步电机MPTC,采用MPTC选择施加的电压矢量,采用模糊控制确定电压矢量占空比。仿真表明模糊占空比调制MPTC系统运行良好。与传统MPTC、磁链和转矩无差拍模型预测控制以及磁链和转矩无差拍控制占空比调制相比,模糊占空比调制MPTC可减小稳态转矩脉动均方根误差（RMSE）、磁链脉动RMSE均值及定子电流总谐波失真（THD）。由于降低了磁链和转矩脉动,MPTC更多地选择零电压矢量,因此虽然采用占空比调制,平均开关频率反而有所减小。     

扩展卡尔曼滤波参数辨识下永磁同步电机模型预测转矩控制

为了提高模型预测转矩控制的稳态性能，提出一种空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略下的无差拍模型预测转矩控制。针对定子电阻与电感对无差拍算法控制效果的重要影响，使用扩展卡尔曼滤波器对模型中的定子电阻、电感参数同时进行在线辨识，以提升算法的参数鲁棒性。首先，对电磁转矩和定子磁链幅值使用无差拍控制，解出两相旋转坐标系下的参考电压矢量，并送入SVPWM进行调制，从而有效抑制了转矩脉动；然后，推导出定子电阻与电感出现不可抗力误差时，dq轴输出电压存在严重偏离理想值的问题；最后，使用扩展卡尔曼滤波器对模型中的电感和电阻参数同时进行在线辨识，并将辨识结果实时反馈至模型中。通过仿真和实验将所提算法的稳态性能、动态性能及参数鲁棒性进行了对比分析，从而证实了所提算法的优越性。     

面装式永磁同步电机无差拍直接转矩控制

为解决永磁同步电机传统直接转矩控制脉动大、开关频率不恒定,以及现有永磁同步电机无差拍直接转矩控制计算复杂、电压矢量解不唯一的问题,在电压源逆变器受限的情况下,针对表贴式永磁同步电机提出了一种简化无差拍直接转矩控制,计算出的电压矢量由空间电压矢量脉宽调制方法实现,保证逆变器开关频率恒定,该方法计算简单,无需计算二次方程。考虑到控制系统的延时,对电流进行预测计算,同时为提高定子磁链和电磁转矩的计算精度,设计采用观测器方法对定子磁链观测。仿真和实验结果表明,永磁同步电机的转矩和磁链脉动明显减小,动态性能好。     

直驱式永磁同步电机改进型无差拍直接转矩控制研究

为提高直驱式永磁同步电机（DD-PMSM）的动态响应性能,提出了一种改进型无差拍直接转矩控制(DB-DTC)策略。改进型DB-DTC在保留传统DB-DTC动态响应性能的基础上,简化了控制过程,降低了实时计算量。通过在MATLAB/Simulink 环境下搭建仿真模型,对传统DB-DTC和改进型DB-DTC的控制效果进行对比,并将改进型DB-DTC结合位置型阻抗控制策略,验证控制策略的优越性。仿真结果表明,在位置控制模式下,相对于传统DB-DTC,所提控制策略的电机转动至给定角度以及转速降为零所需的时间减少0.002 s,稳态运行角度误差减少0.02°。在速度控制模式下,相对于传统DB-DTC,所提控制策略的电机达到给定转速的时间减少0.004 s,稳态转速误差降低0.03 r/min,稳态转速波动降低0.06 r/min,在电机进入稳态运行以后,q轴电流峰值降低0.193 A,q轴的电流脉动降低0.204 A。电机控制系统具有更好的动态性能和更强的抗干扰能力。     

空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制

提出一种基于空间电压矢量调制的表贴式永磁同步电机直接转矩控制方法.基于表贴式永磁同步电机的数学模型,通过计算在一个控制周期内能同时精确补偿转矩误差和磁链误差的空间电压矢量,得出基于磁链与转矩的无差拍控制方法.相对于传统的永磁同步电机直接转矩控制方法,该方法能够明显减小磁链与转矩脉动,并且保持了传统直接转矩控制中转矩动态响应快的优点.不同于传统的永磁同步电机直接转矩控制方法,该方法由于使用了空间电压矢量调制,系统在不同工况下具有恒定的开关频率.仿真和实验结果验证了所提出方法的正确性和可行性.     

永磁同步电机直接转矩控制不合理转矩脉动

针对永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动问题,依据永磁同步电机直接转矩控制理论,建立了永磁同步电机直接转矩控制系统模型,并分析了电压矢量对转矩的作用,得出以下结论:当定子磁链幅值与转矩角变化矛盾时,一定条件下转矩变化与定子磁链幅值的变化一致;此时传统开关表选择的电压矢量对转矩的实际作用与系统期望值相反,从而产生了不合理的转矩脉动.仿真结果验证了理论分析的正确性.     

永磁同步电机改进型鲁棒模型预测转矩控制

针对永磁同步电机传统模型预测转矩控制策略存在脉动大、抗干扰能力差、权重因子需要反复调试等缺点,提出了一种基于自抗扰控制器的改进型鲁棒模型预测转矩控制策略。首先,通过设计转速环自抗扰控制器,并引入一种连续且平滑的新型fal函数,进一步提高了自抗扰控制的控制性能。然后,设计了一种无权重系数的价值函数,优化系统控制性能的同时简化了设计过程,解决了权重因子调试的问题。最后,采用两步预测降低延时对控制系统的影响,提高了控制精度。仿真和实验结果表明,提出的改进型鲁棒模型预测转矩控制策略有效降低了系统脉动,提高了系统的控制性能和参数鲁棒性。     

一种改进的永磁同步电机模型预测控制

利用传统的模型预测控制算法确定下一时刻所要应用的开关状态时,需遍历变换器的全部开关状态,计算量较大,不利于在线应用。对此,提出了一种改进的永磁同步电机模型预测控制算法,通过求出期望的电压矢量角,确定电压矢量所在扇区,进而减少算法对开关状态的选择数量,使算法的计算量得到显著降低。实验结果说明,采用所提改进模型预测控制算法,系统具有较好的电流动态特性和较小的纹波电流。     

内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制

为提高内置式永磁同步电机驱动系统的运行效率,提出了一种内置式永磁同步电机的效率最优直接转矩控制方法。在建立计及定子铁心损耗的内置式永磁同步电机模型的基础上,分析了电机损耗与转矩、转速和定子磁链的关系,导出了不同运行工况条件下效率最优定子磁链幅值的计算式。通过动态调节定子磁链给定值,实现了内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的效率最优控制。实验结果表明,给出的优化控制策略在保持直接转矩控制快速动态响应特性的同时,可有效提高电机的运行效率。     

永磁同步电机直接转矩控制优化的研究

针对永磁同步电机直接转矩控制中存在的定子磁链和电磁转矩脉动较大的问题,在详细分析影响脉动大小因素的基础上,设计了一种包含零矢量的模糊电压矢量选择控制器代替传统电压矢量选择控制器,同时提出了一种基于幅值限定积分器的自适应定子磁链观测器。并用Simulink建立了该新型直接转矩控制系统的仿真模型,仿真结果表明该方法提高了直接转矩控制系统的静态、稳态性能。     

包含零矢量的永磁同步电机直接转矩控制

提出了一种基于包含零矢量模糊逻辑的永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统的实现技术.通过分析零矢量的作用,阐述了将零矢量合理地包含在模糊控制器(FLC)中的方法,使零矢量能够充分发挥在PMSM DTC中保持电磁转矩的特点.通过与以往的包含零矢量的PMSM模糊DTC控制技术进行理论分析和仿真对比,表明本文提出的技术可以有效抑制电磁转矩脉动,取得更优越的运行性能.     

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。     

基于模糊零矢量永磁同步电机直接转矩控制

针对传统永磁同步电机直接转矩控制中的转矩脉动问题,对传统直接转矩控制中产生转矩脉动的机理、零矢量在永磁同步电机直接转矩控制中的作用进行了详细分析.通过采用带零矢量的模糊控制器代替传统的滞环比较器,构建了一种基于模糊零矢量的永磁电机直接转矩控制方法,实现了永磁同步电机磁链和转矩的协同控制,将磁链偏差和转矩偏差进行合理的模糊分级,有效地抑制了转矩脉动,同时保持了直接转矩控制的响应速度快和鲁棒性强的优点.仿真和实验验证了该方法的可行性和有效性.