基于无差拍的永磁同步电动机直接转矩控制方法研究

结合空间矢量调制和直接转矩控制的优点,提出一种基于无差拍的永磁同步电动机直接转矩控制方法。分析了传统的PWM占空比,对采样、更新时序策略存在的延时进行改进,基于永磁同步电动机的数学模型,在定子磁场dq坐标系中,以电机角速度的采样值以及经计算得到的定子、转子磁链为状态变量,引入扩张状态观测器进行变量观测,在分析磁链和转矩与电压存在的关系基础上,导出了空间矢量无差拍直接转矩控制的电压控制律。在理论分析的基础上,对控制算法进行了仿真实验,仿真结果表明系统的转矩和磁链动态响应快,相对于传统的永磁同步电动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,具有良好的控制性能。     

感应电机磁链与转矩无差拍控制

为了降低感应电机模型预测转矩控制(MPTC)系统的转矩脉动、进一步减小磁链脉动,提出一种磁链和转矩无差拍控制策略。仿真结果表明：磁链和转矩无差拍控制下,感应电机系统运行良好。与MPTC相比,所提策略的转矩脉动均方根差（RMSE）降低87.84%,磁链脉动RMSE降低97.83%,电流总谐波失真（THD）降低94.21%。与转矩无差拍模型预测控制相比,所提策略的转矩脉动略有增大,但磁链脉动RMSE降低96.77%,电流THD降低90.03%。实时性试验结果表明：磁链和转矩无差拍控制计算简单,实时性好,计算耗时为MPTC的4.79%、转矩无差拍模型预测控制的5.29%。     

计及逆变器电压输出限制的感应电机无差拍直接转矩控制

提出一种新的感应电机无差拍直接转矩控制方法。基于感应电机的离散化模型,在定子磁场定向坐标系中,以定子和转子磁链为状态变量,导出了空间矢量无差拍直接转矩控制的电压控制律。采用一种图形化的分析方法,直观地揭示了无差拍直接转矩控制电压矢量解的物理意义。研究了在电压源逆变器输出电压受限条件下,无差拍直接转矩控制的设计与实现问题。针对电机的不同运行工况要求,给出了3种可选的电压矢量解的实现方案。在理论分析的基础上,对控制算法进行了仿真和实验测试,结果表明调速系统的转矩和磁链动态响应快,控制性能优良。     

基于定子磁链降阶状态观测的永磁同步电机无差拍直接转矩控制系统

针对传统永磁同步电机直接转矩控制中存在的磁链和转矩脉动较大、逆变器开关频率不恒定的缺点。文中提出了一种无差拍的永磁同步电机直接转矩控制方案。在一个控制周期内同时精确补偿了给定磁链幅值与实际磁链幅值、给定转矩幅值与实际转矩幅值的误差,实现了磁链与转矩的无差拍控制。为解决永磁同步电机直接转矩控制系统需要转子的初始位置信息以确定定子磁链的初始值这一问题,本文通过构造定子磁链降阶观测器的方法消除初始磁链误差,使永磁同步电机直接转矩控制系统的运行不依赖转子初始位置信息。最后提出了一种适宜于无差拍直接转矩控制算法和定子磁链降阶观测器的基于转子磁链的转速辨识方法。使整个系统实现无速度传感器运行。     

效率最优的感应电机无差拍直接转矩控制

提出了一种感应电机无差拍直接转矩控制系统的效率最优控制方法.在定子磁链定向坐标系中,以定子磁链和转子磁链为状态变量,导出了空间矢量无差拍直接转矩控制的电压控制律.分析了电机损耗与转矩、转速和定子磁链之间的关系,给出了电机稳态运行时效率最优的定子磁链幅值计算公式,实现了感应电机无差拍直接转矩控制变频调速系统的效率最优控制.实验结果表明,给出的优化控制策略,在保持无差拍直接转矩控制快速动态响应特性的同时,电机轻载运行效率得到显著提高.     

基于有效磁链观测器的内置式永磁同步电机的无差拍直接转矩控制

为提高永磁同步电机驱动系统的性能,提出一种无速度传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)无差拍直接转矩控制方法。在建立电机离散化模型的基础上,导出了转矩与磁链的无差拍电压控制律。采用图形化辅助解析的方法,直观地表达了无差拍直接转矩控制电压矢量解的物理含义。将无差拍直接转矩控制与基于有效磁链观测器的速度估算方法相结合,实现了IPMSM的无速度传感器控制。仿真结果验证了该方法的有效性。     

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。     

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。     

无速度传感器的永磁同步电机无差拍直接转矩控制方法

针对传统永磁同步电机直接转矩控制方法中存在的转矩脉动大、开关频率不恒定等问题,提出了一种永磁同步电机无差拍直接转矩控制方法。为了使系统工作于无速度传感器状态,提出了一种简单实用的基于转子磁链的转速辨识方法。基于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,得出了基于磁链与转矩的无差拍控制方法。利用转子磁链旋转速度与电机转速(电角速度)完全一致的特点,提出了一种简单实用的转速辨识方法,并将此转速辨识方法与无差拍直接转矩控制方法相结合。对传统直接转矩控制方法和提出的改进型控制方法分别进行了仿真与实验对比。分析结果表明,相对于传统直接转矩控制方法,所提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。转速辨识方法能够快速、准确地提供转速信号。仿真与实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于无差拍控制的无轴承异步电机DTC系统

针对无轴承异步电机多变量、非线性、强耦合等特点,提出一种基于离散时间无差拍的SVM - DTC控制方法.在定子磁场定向的同步旋转坐标系下,通过离散时间无差拍( DTDB)算法得到转矩和磁链的控制电压分量,实现转矩与磁链控制的动态解耦,解决了转矩环与磁链环的干扰.由定子磁链减去定子漏磁得到悬浮绕组控制所需气隙磁链,简化了...     

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。     

基于空间解析模型观测器的永磁同步电机直接转矩控制算法优化

针对永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)中磁链和转矩观测器误差较大引起的转矩脉动的问题,提出了一种基于空间解析模型的磁链和转矩观测器,并应用于基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制(SVPWM-DTC)中。通过有限元仿真获取磁链和转矩数值解,由该数值解推导了一种考虑电机空间谐波和磁饱和特性的磁链和转矩空间解析模型,构建了一种新型高精度的磁链和转矩观测器。仿真和试验对比表明,基于空间解析模型的观测器具有较高精度,能够有效抑制观测器误差导致的SVPWM-DTC转矩脉动。     

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。     

感应电机模型预测转矩控制优化控制研究

建立了感应电机模型预测转矩控制(MPTC)系统、模型预测转矩无差拍控制系统(MPTC-DB)和转矩无差拍模型预测控制(DB-MPTC)系统仿真模型,并对三种控制策略进行仿真对比。仿真结果表明:与MPTC相比,MPTC-DB可减小转矩脉动均方根误差(RMSE)26.92%;与MPTC-DB相比,DB-MPTC可减小转矩脉动(RMSE)66.93%,减小磁链脉动(RMSE)43.37%,控制性能最优。     

基于开关序列的永磁同步电机模型预测磁链控制

为了消除传统的模型预测转矩控制(Model predictive torque control,MPTC)算法中的权重因子,减小计算量并提高稳态控制精度,本文提出了一种基于开关序列的永磁同步电机模型预测磁链控制(Model predictive flux control- switching sequence,MPFC-SS)算法。首先,通过分析电磁转矩和磁链的关系,将对转矩和定子磁链幅值的控制等效转换为对d、q轴磁链的控制,避免了权重因子的设计;其次,采用定子磁链无差拍预测控制计算所需的参考电压矢量,并根据其所在扇区选择对应开关序列;然后,基于磁链无差拍预测控制原则,计算开关序列中基本矢量的最优作用时间,有效减小电流谐波和转矩脉动,实现定子磁链的准确跟踪。最后,对传统MPTC和所提算法进行了实验对比研究,结果表明：所提算法具有计算量小、电磁转矩脉动小、电流谐波含量低等优点。     

基于定子磁链定向的永磁同步电机无差拍直接转矩和磁通控制策略

为提高传统无差拍直接转矩和磁通控制策略DB-DTFC)的动态响应稳定性、鲁棒性与计算效率,并降低电磁转矩和定子电流波动,以平面坐标系为基础,推导了基于定子的电磁转矩耦合数学模型,提出了改进型DB-DTFC控制策略的基本原理,并基于定子电压坐标系统和扭矩通量坐标系统,设计了一种新型图形分析方法和通用解决方法,并运用试验分析对比了DB-DTFC策略和改进型DB-DTFC策略的系统稳定性。试验结果表明,改进型DB-DTFC策略的相电流值、电磁转矩波动均低于DB-DTFC策略,且计算执行时间比DB-DTFC策略提升了50%,能够有效降低电磁转矩和定子电流波动,提升电机控制计算效率,提高电机动态响应稳定性,增强系统鲁棒性。     

三相四开关逆变器供电的IPMSM直接转矩控制系统建模与分析

为获得较高的转矩响应速度和较低的转矩脉动,将基于比例-积分控制器和空间矢量调制的直接转矩控制(PI-SVM DTC)引入到由三相四开关逆变器供电的凸极式永磁同步电机(IPMSM)驱动系统中。鉴于电机的强耦合性,同时为便于分析其定子磁链环,建立了IPMSM在静止坐标系下以定子磁链为状态变量的状态空间模型。为改善系统的稳态性能,构建无差拍全阶状态观测器,实现对定子磁链的闭环观测。揭示了传统定子磁链环极点放置位置存在的问题,并利用一种简单的方法对定子磁链环极点位置进行优化。对PI-SVM DTC的转矩环进行建模分析,为PI控制器的设计提供依据。另外,为抑制三相四开关逆变器直流母线中性点电压偏移,根据其偏移量生成合适的补偿量,并将其添加到定子磁链控制环中。实验结果验证了该模型的有效性。