基于拓展电压矢量集合的表贴式永磁同步电机磁链和转矩无差拍控制

建立了定子磁链坐标系下表贴式永磁同步电机(PMSM)磁链与转矩变化量简化计算模型,针对直接转矩控制（DTC）转矩脉动较大的问题,提出磁链和转矩无差拍（DB）控制。基于简化计算模型,推导出DB控制的理想电压矢量,并采用模型预测控制（MPC）技术实现DB控制。为了提升系统性能,提出一种基于角度拓展电压矢量的方法,将备选电压矢量数目增加到37个,并通过判断理想电压角度减少了计算负担。采用查表方式直接生成电压矢量,无需空间矢量调制（SVM）计算,提高系统实时性能。仿真结果表明：拓展电压矢量集合可降低转矩脉动。为了进一步减低磁链与转矩脉动,提出一种基于角度与幅值的电压矢量拓展方法,仅需判断电压矢量角度和幅值是否接近理想状态,查表即可产生幅值任意的电压矢量。仿真结果表明：该方法可进一步显著减小磁链和转矩脉动。     

基于模糊控制的永磁同步电机动态有限状态集模型预测转矩控制

永磁同步电机传统有限状态集模型预测转矩控制一般采用逆变器生成的全部电压矢量,并且电机在任何运行状态下,备选电压矢量集合均固定,从而使得转矩脉动大和计算量较大.基于电压矢量幅值和角度对磁链和转矩变化的作用规律,采用模糊控制器动态确定备选电压矢量集合.模糊控制器输入为定子磁链和转矩误差,输出为3个备选电压矢量的幅值和角度.仿真结果表明与传统固定有限状态集相比,其可有效减小磁链和转矩脉动,减小了模型预测转矩控制的运算量,但平均开关频率有所增大.为了减小平均开关频率,将零电压矢量也作为备选电压矢量之一.仿真结果表明:使用零电压矢量可有效减小平均开关频率,但动态下转矩响应较慢.为了提高转矩动态响应,提出当系统处于动态时,备选电压矢量只使用模糊控制器输出的3个电压矢量,仅当系统处于稳态时,才加入零电压矢量.仿真结果表明:该策略使得系统控制性能基本保持不变,提高了转矩动态响应速度,并消除了动态下磁链和转矩脉动.     

基于拓展电压矢量集合的永磁同步电机无差拍控制

针对永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动较大的问题,提出了磁链与转矩无差拍控制。对永磁同步电机磁链与转矩变化量计算模型进行了简化,并验证了简化模型的可行性。基于简化模型,求解出满足磁链与转矩无差拍控制的理想电压矢量,提出通过求解出的理想电压矢量角度和幅值来简化选择7个基本电压矢量的方法(DB-MPC-7)。为了提升系统性能,从角度和幅值对备选电压矢量进行拓展,将备选电压矢量角度扩展至36个,通过查表方式可生成幅值为线性调制范围内任意值的电压矢量(DB-MPC-36r)。仿真验证了永磁同步电机磁链和转矩无差拍控制可行性。相较于DB-MPC-7,DB-MPC-36r可显著减小转矩脉动和电流谐波含量,动态响应基本相当,但增大平均开关频率。     

基于电压矢量利用率的永磁同步电机模型预测转矩控制备选电压矢量集合

传统模型预测控制(MPC)采用电压源逆变器(VSI)生成的全部7个电压矢量作为备选电压矢量集合,造成较大的运算负担。不同条件下,模型预测转矩控制(MPTC)系统对7个电压矢量的实际利用率并不均衡。在考虑定子磁链扇区、磁链和转矩控制信号和转矩角条件下,分析了表贴式永磁同步电机(SPMSM)MPTC系统对7个备选电压矢量的实际利用情况,并基于电压矢量利用率规律,提出了可动态变化的备选电压矢量集合。仿真结果表明与传统备选电压矢量集合相比,所提备选电压矢量集合可在保持控制性能基本相当的同时,减小备选电压矢量个数,有效提高系统实时性能。     

表贴式永磁同步电机磁链和转矩无差拍控制系统

建立了基于定子磁链坐标系的表贴式永磁同步电机(SPMSM)下一时刻的磁链和转矩计算简化模型,验证了可以采用简化模型来计算下一时刻的磁链和转矩,从而降低无差拍控制计算复杂程度,提高系统实时性能,并得到实现磁链和转矩无差拍控制的理想输出电压矢量。采用模型预测控制(MPC)选择最接近理想电压矢量的基本电压矢量作为输出电压矢量。仿真验证了所提SPMSM磁链和转矩无差拍控制系统的可行性。为了进一步提高系统实时性能,提出2种无需MPC的基本电压矢量简化选择方法。仿真结果表明所提出的电压矢量简化选择方法控制效果与传统MPC非常接近,但省却了MPC计算,减小了系统计算负担。     

表贴式永磁同步电机直接转矩控制变幅值预测控制研究

基于以电压矢量幅值为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)磁链和转矩方程,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量幅值的下一时刻磁链和转矩值,选择使磁链和转矩误差目标函数最小的电压矢量幅值作为最优值,从而确定下一时刻施加的电压矢量。仿真结果表明:在电压矢量变幅值预测下,SPMSM直接转矩控制(DTC)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。预测控制需要从备选电压矢量幅值集合中选择最优幅值。理论上,备选电压矢量幅值个数越多,系统优化效果越好,但也带来更大的计算负担。研究了9种等分电压矢量情况下变幅值预测控制系统的控制效果。根据控制效果和计算负担,提出变幅值预测控制将电压矢量幅值三等分较为理想。     

DTC与MPTC自适应切换的表贴式永磁同步电机控制策略

针对传统表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC)备选电压矢量数目多,计算负担较大等问题,将传统MPTC的7个备选电压矢量精简为1个由开关表输出的电压矢量和1个零电压矢量。仿真结果表明:该控制策略可有效减小转矩脉动和平均开关频率,消除了转速阶跃下的磁链脉动,并将MPTC的运算次数降低到2次或者0次,减少了系统的运算负担。为了进一步提升系统动态特性,提出根据系统状态将直接转矩控制(DTC)与MPTC自适应切换控制的策略。系统处于稳态时,采用基于开关表的MPTC;系统处于动态时,采用DTC。仿真结果表明:该策略结合了MPTC和DTC的优点,在保持控制效果的同时,提高了转矩动态响应,消除了动态下磁链脉动。     

感应电机无权值虚拟矢量模型预测转矩控制

为了消除感应电机(IM)传统模型预测转矩控制(MPTC)的加权值和减小算法的计算量,提出一种基于无差拍控制的无权值MPTC方法。通过转矩、磁链和电压之间的关系,基于磁链无差拍控制,得到一个期望电压矢量。通过判断期望电压矢量的位置,将电压控制集数量从8个减少为2个,减小了MPTC的计算负担。此外,价值函数中只含有一个转矩变量即可达到期望的控制效果,避免了加权值的设计。采用简化后的三矢量合成虚拟电压矢量,在扩大矢量选择域的同时也降低了传统虚拟矢量算法的复杂度,提高控制的稳态性能。仿真和试验结果证明所提方法具有良好的动、静态性能。     

基于转矩角简化的异步电动机SVM-DTC研究

为了减小基本直接转矩控制(DTC)的磁链和转矩脉动,采用空间矢量调制(SVM)与直接转矩控制相结合(SVM-DTC)的方法。从直接转矩控制的基本原理出发,分析了SVM-DTC中目标电压矢量求取的关键点,提出了基于转矩角简化的目标电压矢量的求取方法,分析了SVM-DTC实现要解决的关键问题并给出了解决方法。仿真与实验结果表明,与基本DTC相比,采用基于转矩角简化的SVM-DTC可以大大减小电机磁链和转矩脉动,有效提高异步电动机系统的动、静态性能。     

基于模糊逻辑细分矢量的感应电动机DTC控制

提出了一种基于模糊逻辑细分矢量的感应电动机DTC控制方案.该方案以减小转矩脉动和改善DTC系统转矩与磁链控制性能为目标,将定子磁链误差、转矩误差和磁链角度进行细分,引入模糊逻辑思想进行合理的模糊分级,再结合细分的十二空间电压矢量建立模糊开关选择表,以利于选择最优空间电压矢量,改善磁链、转矩的平稳性及转矩脉动.仿真和实验研究结果表明,模糊逻辑十二空间电压矢量的DTC控制比传统DTC系统转矩与磁链控制性能更优越.     

基于CNN的MPTC与DTC自适应切换的表贴式永磁同步电机控制策略

针对表贴式永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)计算复杂的问题,训练卷积神经网络(CNN)以替代MPTC实现电压矢量的选择。仿真结果表明基于CNN的MPTC稳态性能与传统MPTC基本相当,但由于稳态和动态数据不平衡,使得基于CNN的MPTC动态下磁链脉动较大。因此,提出根据系统状态将基于CNN的MPTC与直接转矩控制(DTC)自适应切换使用的策略。仿真结果表明,该策略在保证稳态控制性能的同时可以有效抑制动态下磁链脉动。     

基于转矩误差带的表贴式永磁同步电机MPTC系统精简策略

传统表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC)需要遍历逆变器生成的全部7个电压矢量,计算量较大。由于零电压矢量使得磁链和转矩缓慢变化,常在转矩误差较小时,被用于保持磁链和转矩。分析了不同转矩误差带下,传统MPTC对零电压矢量使用情况,提出通过转矩误差带动态调整备选电压矢量。当转矩误差位于误差带之内时,电机系统直接输出零电压矢量,无需MPTC,否则,采用逆变器生成的6个非零电压矢量。仿真结果表明：基于转矩误差带的精简控制策略的SPMSM系统运行正常。与传统MPTC相比,控制性能基本相当,平均开关频率降低至20%,平均遍历次数降低至12.43%,有效减少了系统计算负担。     

一种优化感应电机无权重系数无差拍模型预测控制

为了降低感应电机传统模型预测控制(MPC)因电压矢量作用时间固定引起的转矩和磁链脉动,采用转矩无差拍(DB)控制优化电压矢量作用时间,并从精简电压矢量个数和消除权重系数对传统转矩DB控制进行优化。通过数字仿真和单片机试验对感应电机传统MPC、转矩无差拍模型预测控制(DB-MPC)和提出的优化策略的控制性能和实时性进行对比。仿真结果表明：传统MPC可通过扩充电压矢量来降低转矩脉动。DB-MPC可显著减小转矩脉动、磁链脉动和定子电流谐波含量(THD),可通过扩充电压矢量来减少磁链脉动和电流THD。优化控制策略减少备选电压矢量,无需权重系数,控制性能与DB-MPC基本相当。基于STM32F103单片机的计算耗时试验表明增加备选电压矢量显著增加计算耗时。相同备选电压矢量下,传统MPC与DB-MPC计算耗时基本相当。在相同控制性能下,优化控制策略可显著减少计算耗时,提高实时性。     

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。     

基于模糊控制的永磁同步电机直接转矩控制

设计了基于模糊控制的永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统,采用模糊控制器取代了传统DTC系统中的磁链和转矩滞环比较器及开关表。仿真结果表明:模糊控制PMSM DTC系统运行良好,可实现四象限运行,与传统开关表相比,可有效减小转矩脉动和平均开关频率。研究了转矩误差论域和零电压矢量对模糊控制性能的影响,并基于转矩角对电压矢量作用的影响规律,提出了考虑转矩角的PMSM模糊直接转矩控制。仿真结果表明:在转矩角较大时,考虑转矩角的PMSM模糊DTC系统可有效减小转矩和磁链脉动,改善控制性能。