基于虚拟变量的六相永磁同步电机缺任意两相容错型直接转矩控制EI北大核心CSCD

为了进一步提高六相永磁同步电机驱动系统的可靠性,该文针对偏置60°六相对称绕组永磁同步电机提出一种缺任意两相容错型直接转矩控制策略。从控制圆形磁链角度,定义虚拟磁链及虚拟电流,并基于此,推导出任意两相开路时虚拟定子磁链和电磁转矩之间的关系式。利用剩余4相逆变器输出电压矢量,同时实现电磁转矩、虚拟定子磁链和零序电流直接控制。实验结果表明,采用所提控制策略,两相开路直接转矩控制驱动系统运行平稳,转矩和转速动态响应迅速。     

六相永磁同步电机缺四相容错型直接转矩控制

为了进一步改善六相对称绕组永磁同步电机(PMSM)驱动系统的可靠性,提出了一种针对六相对称绕组PMSM任意缺四相的容错型直接转矩控制(DTC)策略。为实现电磁转矩及圆形轨迹磁动势的平稳控制,定义了虚拟磁链和虚拟电流,在此基础上推导出电机任意四相开路时虚拟定子磁链与电磁转矩间的关系式。利用健康相逆变器输出电压矢量同时实现电磁转矩及圆形轨迹虚拟磁链控制。实验验证了该控制方案的可行性。     

五相永磁同步电机磁链改进型容错直接转矩控制

针对五相永磁同步电机驱动系统中开路故障导致转矩脉动大且动态性能差的问题,提出一种磁链改进型容错直接转矩控制策略。该策略基于故障前后磁动势不变原则,推导故障状态下的推广克拉克(Clarke)变换矩阵,建立五相永磁同步电机故障时的数学模型。在此基础上,设计一个系数修正定子磁链,使其与正常运行时一致。根据铜损最小原则,优化定子容错电流,同时采用基于零序电压谐波注入式脉宽调制技术,实现了电机转矩和定子磁链的准确控制。实验结果表明,该容错DTC策略能提高电机开路故障情况下转矩的稳态和动态性能,实现五相永磁同步电机的无扰运行。     

单逆变器供电六相串联三相双永磁同步电机直接转矩控制

为了减小大容量电机和小容量电机混合使用时变换器的个数,进一步提高各电机转矩控制性能,提出一种对称六相凸极式永磁同步电机串联三相凸极式永磁同步电机的直接转矩控制策略。利用正交变换矩阵将两台电机的机电能量转换变量投影到空间正交的两个直角平面上,而非机电能量转换变量投影到零序空间中,实现两台电机定子磁链和转矩的解耦。为了实现两台电机的电磁转矩、定子磁链和零序电流直接控制,采用单电压矢量和部分合成电压矢量结合的方法构建最优开关矢量表。实验结果表明,采用该文所提的控制策略后,各台电机定子磁链、电磁转矩相互解耦。     

基于三维及二维空间的六相永磁同步电机DTC

直接转矩控制(DTC)多相电机中零序分量直接影响驱动系统的运行性能,针对六相永磁同步电机(PMSM)提出一种DTC策略。该策略将三维零序空间电压矢量对零序立体空间电流误差控制效果与二维平面中电压矢量对转矩、磁链控制效果相结合,通过合理地选择最优开关表及电压矢量,实现定子磁链、电磁转矩、零序电流的控制。实验结果表明,所提控制策略实现了电磁转矩直接快速控制,同时也实现了零序电流为零控制,有效改善了相电流波形。     

六相串联三相PMSM缺相容错型低转矩脉动直接转矩控制

文中针对单相绕组开路故障下六相串联三相永磁同步电机(permanentmagnetsynchronousmotor,PMSM)串联系统,提出一种转矩、磁链精确控制的直接转矩控制策略。基于转矩、转矩角及定子磁链关系,采用变比例积分分离式PI分别在两个子空间计算一个控制周期内定子磁链增量;根据两台电机定子电压方程,计算出两个平面内电压矢量参考值;由零序平面电压方程计算得到零序平面电压;根据三个平面电压矢量计算健康相桥臂的占空比,实现两台电机的解耦控制,同时实现对两台电机转矩及磁链的精确控制。仿真与实验结果表明,所提占空比调制型直接转矩控制策略(duty cycle modulation direct torque control,DCM-DTC)能实现两台电机的解耦控制,系统故障切换前后可平稳运行,与传统直接转矩控制相比,转矩脉动与磁链幅值脉动大幅降低。     

五相永磁同步电机磁链矫正容错控制策略

针对五相永磁同步电机出现两相开路故障时系统电磁转矩及转速脉动大、动态响应差,且利用空间电压矢量调制技术(SVPWM)推导过程又极其复杂的问题,提出了一种磁链矫正容错控制策略。该策略在正常运行模式下克拉克变换矩阵的基础上推导出两相开路故障模式下的推广克拉克变换矩阵,计算出两相静止坐标系下的定子磁链表达式。对比正常运行状态下的磁链表达式,设计相关系数,使其恢复到正常运行状态,从而间接控制磁动势。采用直接转矩控制技术实现电机转矩和磁链控制。仿真结果表明该方法能够平缓故障状态下的转矩和转速、实现电机的容错运行。     

非对称六相永磁同步电机的故障容错控制

针对由非对称六相永磁同步电机(PMSM)和T型中点钳位型(T-NPC)三电平变频器构成的电力传动系统的可靠运行问题,提出了一种新型复合容错控制策略。结合简化空间矢量调制(SVM)和直接转矩控制(DTC)形成了非对称六相PMSM的SVM-DTC控制方案,并设计了谐波电流抑制单元,同时获得了较好的电流谐波性能和快速动态响应。通过解析分析开路故障下各相定子磁链与定子电压之间的关系,设计了SVM-DTC方案下的开路故障容错控制策略。通过样机实验,验证了控制方案的效果。     

永磁同步电机瞬时功率预测控制

在对永磁同步电机瞬时有功功率和瞬时无功功率研究基础上,分析矢量控制和直接转矩控制两种高性能控制思想,提出永磁同步电机瞬时功率预测控制策略。借鉴id=0的矢量控制解耦思想,利用坐标变换得到以定子磁链为基准的两相旋转坐标系上电机定子电流分量指令值。建立瞬时功率表达式并离散化,利用瞬时功率跟踪误差构造价值函数,以满足价值函数最小为目标计算下一时刻瞬时功率指令值。根据电机定子电流不能突变的思想获得开关电压矢量期望值,实现电机高性能控制。通过仿真及实验验证,结果显示瞬时功率预测控制策略下永磁同步电机定子电流具有较好的动静态特性,转矩和转速能实现快速跟踪,定子磁链脉动较小,最终表明永磁同步电机瞬时功率预测控制策略的有效性和可行性。     

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。     

低转矩脉动五相永磁同步电机直接转矩控制

反电动势非正弦五相永磁同步电机采用直接转矩控制(DTC)策略,具有控制系统简单、动态响应快等优点,但同时也存在转矩脉动较大的缺点。因此,提出一种低转矩脉动直接转矩控制(LTR-DTC)策略。该策略基于电磁转矩误差和磁链的给定,计算出定子磁链误差;根据定子磁链误差与定子电压关系推导出参考电压矢量;结合正交变换矩阵求出逆变器每相桥臂导通的占空比,从而输出电压矢量去精确补偿转矩误差和磁链误差。实验结果表明,所提出的控制策略能够明显降低转矩脉动。     

三相永磁同步电机断相容错控制

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的容错能力,减小定子绕组断路故障时电机电磁转矩的脉动,提出了三相永磁同步电机断相容错控制策略。基于故障后正常相绕组电流与电压之间的关系,建立了三相PMSM一相绕组开路时的数学模型。通过分析故障前后电机的电磁转矩,提出了电磁转矩输出不变的容错控制策略,通过调整非故障相电流的幅值与相位,计算前馈零轴电压,保证一相绕组开路故障时电机的正常运行。为了提升电机故障下电磁转矩输出的平稳性,提出前馈零轴电压与中线电流闭环修正相结合的容错控制策略,实现了电机控制系统故障条件下的无扰动运行。采用转子磁场定向的方法,通过在旋转坐标系下交直轴电流控制器上增加前馈零轴电压和中线电流闭环修正,实现了一相绕组开路时的转矩脉动的补偿。实验结果表明,该文提出的容错控制算法可以有效减小三相PMSM在定子绕组发生开路故障时的电机电磁转矩脉动,提高电机控制系统的容错性能。     

永磁同步发电系统中转矩和磁链精确线性化解耦控制

为了实现直接转矩控制(direct torque control,DTC)永磁同步发电系统直流输出电压的快速而平稳控制,需要电磁转矩与定子磁链控制之间的解耦。该文首先根据定子静止坐标系中定子电流和定子磁链状态方程,推导出以电磁转矩和定子磁链幅值平方为状态变量的永磁同步发电机仿射非线性模型。然后以该非线性模型为基础,结合输入输出线性化理论推导出以电磁转矩和定子磁链幅值平方为输出变量的定子电压矢量给定数学模型。根据定子磁链幅值平方和电磁转矩跟踪控制要求,设计出线性化后系统输入控制变量形式,并据此进一步计算出定子电压参考矢量。最后利用空间电压矢量调制(space voltage vector modulation,SVVM),实现永磁同步发电机定子磁链幅值和电磁转矩控制的动态解耦。实验结果表明,采用该文提出的新型控制策略发电系统具有理想的电磁转矩和定子磁链幅值跟踪性能,转矩及电流脉动较小,直流输出电压控制迅速而平稳。     

梯形波相电流驱动六相感应电机建模与控制

针对交流电机的气隙磁链定向控制具有气隙磁通能被直接测量的优点,但要实现气隙磁链定向控制必须采用派克变换算法,使控制系统复杂化和运算量大等缺点,提出了一种气隙磁链定向控制策略:即六相感应电机梯形波相电流控制。该梯形波相电流由励磁电流和转矩电流组成,在该梯形波相电流驱动下六相定子绕组可以分为励磁绕组和转矩绕组,模拟直流电机实现励磁磁场和转矩的直接控制而不需要复杂的派克变换。采用有限元分析,研究六相电机的主要性能,建立六相电机定子相电路模型。整个六相电机驱动系统的性能通过实验完成。结果表明该种控制方案可以真正实现磁链和转矩的独立控制,使控制器结构简单,具有便于实现特点。     

基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速和磁链观测器

为了取消永磁同步电机控制中的机械传感器，获得直接转矩控制中需要的电机磁链信息，设计了一种基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速和磁链估算方法。选取定子固定坐标系下定子磁链、电机转速和转子位置为状态变量，电压和电流作为输入、输出量，建立估算定子磁链、电机转速和转子位置的EKF滤波器系统。采用空间矢量调制的直接转矩控制策略，有效减小了直接转矩控制方法的转矩脉动，并保持了功率器件恒定的开关频率。实验结果表明EKF准确地观测了电机转速和磁链，所构建的无速度传感器DTC控制系统具有良好的转速和转矩控制性能。     

两相开路六相永磁同步电机的容错控制研究

为了实现六相永磁同步电机缺两相后的矢量控制,根据定子磁动势不变的原则,分别以定子铜耗最小、最小相电流为目标,对不同中性点连接形式下的六相永磁同步电机缺两相绕组的电流进行优化求解。根据不同中性点连接形式,获得缺相后的变换矩阵,从而建立缺两相的六相永磁同步电机旋转坐标系下数学模型,并由此提出缺相后的解耦矢量控制方法。通过仿真验证了六相永磁同步电机容错控制算法的正确性,其有效降低了缺相后的转矩脉动,且具有更好的动态性能,提高了驱动系统的可靠性。     

考虑开路运行模式时的五相永磁同步电机FOC

五相永磁同步电机在开路故障下,由于缺乏有效的空间解耦模型,常采用滞环电流控制。针对滞环电流控制难以应用于大功率场合的问题,提出了一种五相电机矢量控制,即正常模式、单相开路、两相开路(包括相邻和不相邻两相开路)模式下的转子磁场定向控制(FOC)。所提FOC基于维持基波定子磁动势和定子永磁体磁链圆形旋转的原则,给出了适用于各种运行模式下的Clarke和Park变换矩阵以及空间解耦模型。这些解耦模型具有相似的电压方程和转矩方程形式,因此矢量控制可以得到统一。在五相电机驱动系统上验证了所提出的空间解耦模型及FOC方法的有效性和可行性。     

六相串联三相双PMSM系统无权重系数MPTC

针对六相串联三相双永磁同步电机(PMSM)系统提出了一种无权重系数的模型预测转矩控制(MPTC)策略,使用基于六相相电压误差的成本函数以消除传统成本函数中的权重系数.基于两台PMSM转矩方程的微分表达式和定子电压方程得到两台PMSM的期望电压矢量,同时由零序电流比例积分(PI)调节器得到期望零序电压,最后通过矩阵T6得到期望六相相电压.为抑制零序电流和缩短控制策略的计算时间,根据期望零序电压的大小,仅预选最多20个电压矢量代入到成本函数中优选出最优电压矢量.实验结果表明,所提控制策略独立解耦控制两台PMSM,同时实现两台PMSM转矩及定子磁链幅值的精确跟踪和零序电流的有效抑制.     

ALA+PM转子同步电机直接转矩控制探讨

该文比较了ALA+PM转子同步电机和传统的PMSM电机的转矩特性,前者随定子磁链的增大,转矩与负载角始终保持线性关系,不像后者需要约束条件。直接转矩控制是ALA+PM转子同步电机最好的控制方式,但定子磁链大于永磁磁链和小于永磁磁链,都会使定子电流增大,采用最大转矩/电流比(MTPA)方式给定定子磁链不会产生额外损耗。     

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。