基于占空比调制的异步电机模型预测转矩控制技术

针对模型预测转矩控制中所使用的电压矢量幅值与相角固定导致异步电机稳态性能较差的问题,提出了一种占空比调制策略。该策略首先将6个非零开关电压矢量扩充为12个非零电压矢量,其次根据转矩的无差拍跟踪计算电压矢量的作用时间与对应的等效电压矢量,对满足转矩变化趋势的等效电压矢量进行定子磁链的预测,最终选取定子磁链幅值误差最小的作为最优电压矢量。仿真结果表明,所提策略能有效减少转矩、磁链脉动及定子电流THD。     

一种恒定开关频率感应电机直接转矩控制

在感应电机I(M)的直接转矩控制(DTC)中,为了提高定子磁链观测的准确性,引入一种结合常规电压模型法和电流模型法优点的混合定子磁链观测模型代替常用的电压模型来观测磁链。针对传统开关表-滞环DTC中开关频率变化大和转矩脉动大的缺点,提出一种具有恒定开关频率控制的DTC策略,使其在定子磁链旋转坐标系内,利用空间电压矢量调制技术合成电压矢量,以实时准确补偿当前定子磁链与转矩误差,从而有效降低了电机运行中的转矩脉动和电流畸变。最后,通过仿真和实验验证了方案的可行性。     

感应电机准无差拍模型预测电流控制策略

针对中点箝位型三电平逆变器驱动的感应电机模型预测电流控制,为了缩短其在线优化耗时、提高控制性能,提出了一种感应电机准无差拍模型预测电流控制策略。建立感应电机数学模型,对电流未来值进行预测。利用无差拍原理求出给定电压,选取给定电压所在小扇区的电压矢量,建立目标函数进行滚动优化,选取最优电压矢量对应的开关状态作为逆变器未来输出状态。同时引入全阶闭环磁链观测嚣,提高磁链观测的准确度;进行系统延时补偿,提高电机控制性能。仿真和实验结果表明,基于此种控制策略的调速系统,计算耗时小,转矩和电流动静态性能优良。     

基于磁链误差改进算法的PMSM直接转矩控制

针对永磁同步电动机DTC系统转矩脉动较大的问题,采用电压空间矢量调制技术,设计了一种基于磁链误差改进算法的直接转矩控制系统(改进型SVM-DTC系统),该方法由磁链误差计算单元计算定子磁链参考值与观测值之间的误差,通过空间电压矢量调制得到有效参考电压,从而输出逆变器控制信号。这样在一个开关周期内选择最合理的空间电压矢量来完全补偿电机转矩和定子磁链的观测值与参考值之间的误差,减小电磁转矩脉动。仿真结果表明,该方案既有效减小了电机转矩脉动,又保持了直接转矩控制快速动态响应的特性。     

基于双变量预测控制的表贴式永磁同步电机直接转矩控制系统

基于电压矢量幅值和相角为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)定子磁链幅值和转矩表达式,给出了9个不同幅值和相角的备选电压矢量,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量下一时刻的定子磁链幅值和转矩值,建立了基于磁链和转矩误差的目标函数,并选择使目标函数最小的电压矢量为作为下一时刻施加的最优电压矢量。仿真结果表明:在双变量预测控制下,SPMSM直接转矩控制系统运行良好,定子磁链轨迹为理想圆,磁链和转矩均符合控制要求,转速跟踪良好,定子电流波形正弦。进一步对比分析表明:与开关表和固定电压矢量选择策略相比,双变量预测控制能显著减小转矩和磁链脉动。与开关表相比,转矩脉动均方根误差降低了62.92%,磁链脉动均方根误差降低了45.05%,评价函数均值降低了60.30%;与固定电压矢量选择策略相比,转矩脉动均方根误差降低了22.40%,磁链脉动均方根误差降低了3.85%,评价函数均值降低了15.93%。     

低转矩磁链脉动型电励磁同步电机直接转矩驱动系统的研究

电励磁同步电动机定子电感通常较小,转子阻尼绕组的存在使得电机暂态电感更小。若采用转矩及磁链滞环型直接转矩控制(基本DTC)策略电机电磁转矩及定子磁链脉动较大。针对电励磁同步电动机引入一种空间矢量调制型直接转矩控制(SVM-DTC)策略。它基于电励磁同步电动机中转矩角控制电磁转矩原理,利用空间电压矢量合成出最佳电压矢量实时补偿定子磁链矢量误差,以达到减小电动机在运行中电磁转矩及定子磁链脉动量之目的,同时又能基本维持开关频率恒定。仿真和实验结果证明,与基本DTC相比较,SVM-DTC电磁转矩和定子磁链脉动大幅度降低;电机起动电流峰值大大减小,稳态电流畸变较小;同时系统能够平稳地由恒转矩区过渡到弱磁区运行。     

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。     

直接转矩控制永磁同步发电机相位自校正型定子磁链观测器

直接转矩控制永磁同步发电具有电磁转矩和直流电压输出动态响应快等优点,但这些优点的实现需要准确的定子磁链。实际发电机参数在一定范围内随工作点变化而变化,这就要求定子磁链观测器对这些参数变化具有很强的鲁棒抑制特性。该文提出一种新型定子磁链观测器,该观测器借助有效磁链概念计算出转子磁极位置角观测值,基于此将定子磁链电压模型和电流模型联系起来,无需转子速度信息;为了进一步降低观测的定子磁链相位误差,将观测的定子电流矢量与实际定子电流矢量乘积结果送给PI调节器,利用PI输出值对转子位置角观测值进行校正。实验结果表明,采用该文提出的定子磁链观测器在无需转子速度及参数辨识情况下,对电机参数变化及模拟量采样误差具有很强的鲁棒抑制特性,可以获得准确的磁链观测值,实现电磁转矩和直流发电电压的快速而平稳控制。     

基于DSP的异步电机无速度传感器矢量控制

讨论了一种异步电机的无速度传感器矢量控制系统,提出了一种新的实现电机矢量控制的控制策略,并且验证了基于电压型转子磁链观测方案中一种新的补偿方式。以TMS320F2407和VC33为核心构成控制器,实现了异步电机无速度传感器矢量控制系统。实验结果证明,该系统具有较好的定子磁链和转速观测精度,能改善低速时磁链畸变程度和运行特性,可以实现针对电机的无速度传感器的矢量控制。     

一种基于混合型磁链观测器的异步电机直接转矩控制

由于异步电机定子电阻压降的存在,传统6扇区直接转矩控制所选电压矢量在扇区交界处可能失效,通过采用12扇区切换方法有效提高了控制的可靠性。针对电压模型和电流模型定子磁链观测器各自的特点,提出了一种适用于高采样频率的新型电压和电流混合模型观测器,建立了定子磁链观测值与真实值的频率响应方程。在电机参数变化情况下,从频率响应特性和仿真两个方面对比分析了三种磁链观测器的性能。最后通过试验证明了所提出观测器的有效性。     

顶驱异步电机直接转矩控制策略的设计

设计了钻井顶驱装置异步电机的直接转矩控制系统,它通过空间矢量调制策略固定了开关频率,减小了异步驱动电机低速启动时的转矩脉动,重新设计的新型定子磁链观测器,提高了定子磁链的观测精度,抑制了定子电流畸变,改善了转矩动态响应,最后搭建了仿真和硬件实验平台,仿真和实验结果验证了该设计方法的正确性和有效性。     

异步电机模型预测直接转矩控制

传统直接转矩控制不仅计算复杂而且对参数依赖大,导致系统控制延时,严重阻碍系统应用。为克服上述难点,提出一种带延时补偿的模型预测直接转矩控制方法,对定子磁链和转矩进行预测,并结合拉格朗日外推法,得到具有延时补偿的控制策略。基于三相异步电机数学模型,以定子磁链和转矩误差为目标函数,通过在线评估开关矢量对电机的作用效果,最终选择使目标函数最小的最优电压矢量。该算法能够有效降低转矩和磁链脉动,减小电流谐波畸变,并且系统结构简单,动态响应较快,解决了传统方法中存在的延时问题。仿真验证了所提方法的有效性。     

基于定子磁链滑模观测器的异步电机空间矢量调制直接转矩控制

针对异步电机直接转矩控制,设计了一种基于滑模控制理论的定子磁链自适应滑模观测器,它以定子电流和磁链为状态变量,利用实际电流与观测电流的误差构成滑模面,并将状态开关信号,输入到电流、磁链状态方程,对电流、磁链观测进行校正,此外通过一个由李亚普洛夫函数附加关系式完成对转子角速度的辨识。为降低系统低速稳态运行时的转矩脉动且保证瞬态运行时转矩的快速响应,在传统直接转矩控制基础上,使用占空比技术,实时计算电压矢量减小转矩误差所需的脉宽,实现对转矩的无差控制,该方法在保证系统响应速度的同时减小了系统平均转矩脉动。实验结果表明,定子磁链滑模观测器观测精度较高,速度辨识过程响应较快、精度较高,新转矩控制方法充分利用了功率器件开关频率,在低速时获得了相对圆形磁链轨迹更小的转矩脉动。     

三电平逆变器驱动的感应电机模型预测直接转矩控制系统

将模型预测控制应用于电机调速领域,对三电平逆变器驱动的感应电机模型预测直接转矩控制(MPDTC)系统进行了研究.MPDTC系统利用感应电机的离散化数学模型对三电平逆变器27种电压空间矢量对应的定子磁链和转矩未来状态进行预测,构造定子磁链和转矩的给定值与预测值偏差的目标函数,滚动优化,选取最优开关状态,实现对转矩和磁链的有效控制.仿真结果表明MPDTC策略具有转矩动态响应快,速度和定子磁链跟踪性能好,转矩脉动较小等优点.     

考虑磁场饱和效应的电励磁同步电机矢量控制

电励磁同步电机矢量控制系统中电压模型磁链观测器受初始定子磁链值以及电压和电流测量值的影响,采用电流模型对其进行修正可提高磁链观测器的精度。随着负载电流的增大,电机的磁路会进入饱和状态,传统线性电流模型磁链观测器误差较大,通过引入d轴饱和指数可准确描述磁场饱和状态下电机定子磁链随电流的变化规律。同步电机矢量控制实验验证了电压-电流混合磁链观测器的准确性以及饱和磁场控制的有效性。     

基于优化PWM的定子磁链轨迹跟踪控制研究

在异步电机的高性能控制方案中,为了降低开关损耗,采用优化脉宽调制(PWM)实现低开关频率下较小的电流谐波畸变。但在调制模式频繁切换时,优化PWM会产生电流和转矩冲击。因此,研究了将优化脉冲在线移位的闭环定子磁链轨迹跟踪控制方法,提出了由基于自控电机的降阶观测器与电机电流模型观测器组成的双观测器模型,实现了基波分量观测。结合电流谐波最小脉宽调制（CHMPWM）开关角,利用其重构参考磁链与实际磁链的差值,实现定子磁链轨迹跟踪。提出了无差拍下修正开关角小于2时的脉冲模式调整方案,消除了系统的动态调制误差,实现了低开关频率下异步电机的高性能控制。在开关频率为300 Hz以下的NPC型三电平逆变器上的仿真和试验证明了定子磁链轨迹跟踪控制策略的有效性。     

永磁同步电机两种磁场定向控制策略的比较

简要分析了永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)矢量控制和直接转矩控制的基本原理.矢量控制基于转子磁场定向,利用解耦思想将电机电流分解为转矩电流和励磁电流,并分别加以控制,从而获得高性能的控制效果.直接转矩控制基于定子磁场定向,以电机转矩为控制对象,通过实时观测电机转矩和定子磁链,利用滞环控制器和开关选择表控制逆变器功率器件的开关状态,输出合理的电压矢量,达到对转矩和定子磁链控制的目的.以TMS320LF2407A为控制芯片,并采用智能功率模块,搭建了实验平台,对这两种控制策略的初步实验测试结果表明,直接转矩控制的动态响应特性与矢量控制相差不大,但存在明显的电流和转矩波动.     

异步电机模型预测直接转矩控制方法

针对传统直接转矩控制存在转矩和定子磁链脉动大的问题,给出一种新颖的模型预测直接转矩控制方法。在逆变器驱动异步电机模型基础上建立了离散时间内部预测模型,以转矩和磁链偏差平方和作为价值函数,并根据该价值函数对每个开关矢量作用时的偏差平方和进行在线评估,选择使价值函数最小的电压矢量,也就是最优电压矢量作用于逆变器。仿真结果表明,本文所给出的模型预测直接转矩控制方法相比于传统的直接转矩控制,能够有效降低转矩和磁链脉动,减小电流谐波畸变,同时继承了传统直接转矩的快速响应特性。     

矩形边界限定形式的感应电机低开关频率预测控制研究

圆形边界限定形式预测控制对电流畸变的限定在各方向均相同,无法通过增大边界圆半径进一步降低开关频率。因此,该文提出一种矩形边界限定形式的预测控制方法。首先,深入分析感应电机数学模型,发现感应电机转子子系统的低通物理特性,以及励磁电流波动对电磁转矩的影响不显著;其次,利用该特性,将限定边界改为矩形,对转矩电流与励磁电流进行独立约束,适度增加励磁电流畸变允许限值,扩大电流轨迹运动范围,延长开关状态切换时长;再次,探究电流矢量梯度同边界约束间的数学关系,提出该方法下电压矢量筛选与寻优准则,筛选出最优矢量;最终,进行实验对比。实验结果证明,在相同系统动态特性和转矩波动下,相较于圆形边界限定策略,矩形边界限定策略可以进一步降低开关频率。     

多电压矢量的永磁同步电机模型预测控制

为了进一步提高电机控制的动态性能,减小电流和磁链脉动,结合磁场定向控制和直接转矩控制的优点,研究了一种多电压矢量的永磁同步电机模型预测控制策略。利用电流状态方程和二阶欧拉法对定子电流进行预测,通过控制目标函数得到最佳的开关状态。搭建仿真平台,比较不同控制方式下的转速响应及定子电流、磁链脉动。仿真结果表明,该控制策略响应速度快,电流和磁链脉动小,取得了良好的控制效果。