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。     

永磁同步电机改进弱磁策略

常规矢量控制方式下永磁同步电机调速系统不会对电机气隙主磁场作弱磁调理,限制了永磁同步电机调速能力。采用电压反馈弱磁能够提升PMSM的调速能力,但是传统弱磁控制策略在深度弱磁区域给定的电流较大,容易导致实际电流无法跟踪给定电流,电流与输出转矩波动大,甚至存在调速系统失控的风险。改进后采取在深度弱磁区域中加入q轴电流误差积分的弱磁控制环节。仿真和实验验证了改进后的弱磁控制策略能够有效地抑制电流和转矩的波动问题。为了进一步改善电机速度响应性能,速度环采用模糊PI控制器,减小速度响应时的超调量和调节时间。     

一种改善PMSM动态性能的弱磁策略

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,PMSM)在弱磁区电动工况下运行时动态性能不理想的问题,依据PMSM弱磁理论,研究了dq轴电流调节器对弱磁动态性能的影响,提出一种改善PMSM动态性能的弱磁策略.弱磁电流由q轴电流误差积分器和电压调节器共同作用获得.仿真和实验结果表明该策略抑制了q轴电流调节器的不利影响,改善了PMSM在弱磁区电动工况下的动态性能,同时具有抗积分饱和及弱磁控制的双重功能.     

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。     

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。     

永磁同步电机弱磁失控机制及其应对策略研究

弱磁控制技术可以使永磁同步电机实现宽转速范围调速运行.深度弱磁时,如果电流调节器出现饱和,会导致电机失控甚至损坏.研究弱磁控制中电流失控的原因,指出应当对d轴电流准确限幅以防止系统失控.基于以上分析,提出了应对饱和失控现象的控制策略,经实验验证该控制策略可显著提高永磁同步电机的弱磁转速范围.     

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。     

计及磁饱和的车用永磁同步电机MTPA控制技术

永磁同步电机具有较高的效率和功率密度,在电动汽车驱动系统中广泛应用。电机的d、q轴电感是设计控制系统的重要参数,但重载情况下受磁饱和及交叉饱和影响严重。传统控制技术忽略磁饱和效应,导致转矩控制的精确性不足。采用有限元法分析电机负载时的磁饱和情况,计算考虑磁饱和及交叉饱和的d、q轴电感参数。以此为基础,拟合d、q轴电感和电流关系。设计计及磁饱和的最大转矩电流比MTPA(maximum torque per ampere)控制,使d、q轴参考电流计算中使用的电感随电机电流变化。通过对比,证明计及磁饱和的MTPA控制能够实现输出转矩的精确控制,提高永磁同步电机的动态响应性能。     

基于虚拟电阻的永磁同步电机单电流调节器弱磁控制

单电流调节器弱磁控制是一种有效的永磁同步电机弱磁控制策略,该控制方法只需要一个电流调节器就可以同时实现速度调节和弱磁控制,结构简单、动态响应快,并且能够解决传统弱磁控制策略中双电流调节器在电机高速时易于饱和的问题,但是电机不能充分利用逆变器输出电压,且电机的带载能力和效率不能兼顾。该文提出基于虚拟电阻的单电流调节器弱磁控制策略,对单电流调节器弱磁控制中的弱磁电压依据电流轨迹进行优化设计,在保证动态调速性能和带载能力的同时实现效率优化;构建基于虚拟电阻的单电流调节器弱磁控制系统,通过仿真和实验验证了该算法的正确性和有效性。     

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。     

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%。     

基于台架标定的IPM电机复合弱磁控制技术

内置式永磁(IPM)电机在基速以上需要进行弱磁扩速,为弥补负i_d补偿法高速稳定性差的不足,提出一种基于台架弱磁标定查表法+负i_d补偿法的复合弱磁控制技术。详细分析了台架弱磁标定方法和数据处理方式;电机运行区域判断和d,q轴电流指令由转矩指令和实际转速根据查表得到。负i_d补偿法以逆变器最大输出电压为参考值构建弱磁环,输出d轴去磁电流,使异常工况下d,q轴电流指令落到电压极限椭圆内。实验结果表明,该方法具有良好的动态响应特性,系统稳定性高。     

内嵌式永磁同步电动机弱磁控制分段线性化研究

在对内嵌式永磁同步电动机数学模型进行分析的基础上,详细研究了弱磁控制过程,提出了分段线性化的弱磁控制策略。根据电动机弱磁各阶段运行的特点,将弱磁控制分为三个区域,对每个区域分别线性化,得到了各区域工作点的直轴、交轴电流和控制方程。线性化后的弱磁控制策略节省了电动机工作点计算时间,提高了系统实时性能,可实现最大转矩输出。结果表明,分段线性化弱磁控制策略使内嵌式永磁同步电动机在宽调速范围内获得了更好的调速性能,电动机可控性和可靠性增强。     

考虑磁路饱和的IPMSM电感辨识算法及变参数MTPA控制策略

内置式永磁同步电机(IPMSM)d、q轴电感会随着磁路饱和程度的不同而发生改变,这会降低最大转矩电流比(MTPA)控制的有效性。考虑到定子电流引起的磁路饱和及交叉饱和效应的影响,提出了相应的d、q轴电感辨识算法和变参数MTPA控制策略。采用基于旋转高频电压注入的d、q轴电感辨识算法可在其他电机参数未知的前提下得到不同负载条件下的d、q轴电感;变参数MTPA控制策略能够充分利用标幺值化处理的优势,在转矩-最优电流控制表不变的基础上,只需根据实际d、q轴电感更新电流基值和转矩基值便可克服电感变化带来的不利影响,并实现一定转矩条件下的最佳MTPA控制。最后在电机控制实验平台上通过实验对提出的电感辨识算法和变参数MTPA控制策略的可行性和有效性进行了验证。     

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.     

基于带载能力最大化的PMSM单电流调节器弱磁控制

单电流调节器弱磁控制主要针对永磁同步电机高速运行时因交直轴电流高度耦合而导致调速性能变差的问题提出。根据永磁同步电机数学模型从理论上分析了其单电流弱磁控制的可行性,并针对电机单电流调节器弱磁控制时带载能力弱的问题提出了一种全新的q轴电压给定方法,改善单电流调节器弱磁控制性能。仿真分析和实验结果证明了该方法的正确性和可行性。     

一种新的内置式永磁同步电机弱磁调速控制方法

提出了一种新的内置式永磁同步电机弱磁调速的电流调节算法。该算法能够保证电机在整个弱磁调速区以最大的转矩电流比运行。其d轴电流根据外部转矩、转速给定和母线电压值的变化来决定,q轴电流分量则由d轴电流值和转速值来决定。文章通过系统仿真验证了该算法具有动态反应快、调速区间转换平稳的特性。     

航空永磁同步发电机系统改进型电压反馈弱磁控制策略研究EI北大核心CSCD

针对航空永磁同步发电机系统,提出一种改进型电压反馈弱磁控制策略。首先,分析基于电压反馈弱磁控制的回路设计方法以及稳定性问题。其次,提出改进型电压反馈弱磁控制方法,并进行系统稳定性分析。在该方法中,转矩电流的动态限幅值是基于弱磁区域所需的发电功率,而不是电流极限圆。同时,根据转矩电流限幅值的获取方式,将改进型电压反馈弱磁控制分为查表法和解析法。当定子铁心不饱和时,永磁发电机电磁转矩和转矩电流之间是线性关系,这两种形式的控制效果相同,但解析法具有计算简单、程序移植性强的优点。当定子铁心饱和时,永磁发电机电磁转矩和转矩电流之间的关系是非线性的,此时查找表法能够提升直流母线电压的稳态控制精度。最后,通过实验结果验证了所提弱磁控制方法的有效性。     

纯电动汽车用内置式PMSM的MTPA-FW控制算法对比研究

以一台25 kW电动汽车用内置式永磁同步电机作为被控对象,分别使用梯度下降法、电流超前角β法对比分析,实现了弱磁控制。在整个控制系统中,2种算法均使用了电流、转速和电压三闭环反馈控制,以定子相电压Us对变频器直流侧母线电压Udc的利用率为基础,采集电流调节器ACR输出的交/直轴电压U_(dq),与定子相电压最大值Usmax相比较组成反馈电压控制环,经积分调节器,最终得到修正后的交/直轴电流。与反馈的交/直轴电流比较后的差值,作为电流调节器ACR的输入。在t=0.2 s时刻,负载转矩由80 Nm阶跃到20 Nm,转速由额定转速3000 r/min阶跃到最高转速12000 r/min,由转速曲线可以看出,采用2种不同弱磁调速算法,均可以实现具备4倍弱磁调速能力。仿真证明了弱磁控制算法的合理性,实现了电磁转矩与转速的快速跟踪,以及较小的电流与转矩纹波,并初步搭建了动力系统平台,为后续试验提供理论依据。     

基于抗积分饱和速度调节器的TSMC-PMSM矢量控制

研究了双级矩阵变换器驱动的永磁同步电机(TSMC-PMSM)矢量控制系统。针对传统的PID速度调节器会产生积分windup现象,使系统产生超调和振荡问题,提出了基于抗积分饱和(anti-windup)速度调节器的TSMC-PMSM矢量控制方法。anti-windup控制策略能使速度调节器出现饱和时,快速退出饱和区。仿真结果表明,抗积分饱和速度调节器能有效抑制windup现象,减小系统的超调量,提高整个控制系统的稳定性。