感应电机弱磁区转矩输出与电流动态性同步提升控制策略EI北大核心CSCD

弱磁控制技术是感应电机高速驱动的核心技术之一,传统弱磁方案存在直流母线电压利用率低与电压饱和问题,造成弱磁区感应电机输出转矩不足与电流动态性变差的问题。为提升弱磁区电压利用率并抑制电压饱和,同步提升弱磁区输出转矩与电流动态性,文中提出优化的六边形电压拓展策略。首先,设计随电压矢量旋转实时更新的六边形电压给定以实现六边形电压拓展,并定量分析六边形拓展电压下的最大转矩提升;进一步分析六边形电压运行情况下,零电压裕量状态造成的电流动态性问题,提出励磁电流优先控制的优化方案。最后,通过对比实验验证所提出方法的有效性。     

一种异步电机定子磁链弱磁控制方法

本文提出了一种电动汽车用异步电机的定子磁链弱磁控制方法,通过引入定子参考电压与逆变器能提供的电压值的比较,确定电机的运行区域,进而确定能够输出最大转矩的励磁电流,再结合给定转矩求出定子磁链参考值。本方法采用定子参考电压与母线电压对应值的比较,仅需简单计算即能实现恒转矩、恒功率、降功率区域的平滑过渡。在逆变器和电机的电压、电流能力一定时,能够输出最大转矩。无需转子磁链定向,适用于定子磁链控制的场合。通过动态调整转矩给定限制值可保证电机稳态运行不过流。仿真和实验结果证明了本方法的有效性。     

新型横向磁通永磁电机有位置传感器直接转矩控制

新型横向磁通永磁电机在无刷直流驱动模式下运行时,不可避免存在转矩脉动,但可以通过直接转矩控制加以改善。为规避传统直接转矩控制中的定子磁链给定难和电机起动难问题,提出有位置传感器直接转矩控制新方案,根据转子位置和转矩滞环比较器选择电压矢量,并配合适当提前换相以兼顾高转矩电流比和低转矩脉动。仿真结果证实该方案的可行性和有效性。     

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。     

永磁容错电机的直接转矩控制策略

针对六相永磁容错电机及其驱动拓扑的特点,深入研究永磁容错电机电压空间矢量的分布规律,确定其选择原则,并设计了永磁容错电机的磁链和转矩估计观测器。详细分析系统在正常态和故障态时综合电压空间矢量对磁链和电磁转矩的影响,确定开关电压矢量的扇区和选择表,从而建立了具有容错能力的直接转矩控制策略。通过对一套750W六相永磁容错电机及其控制系统进行绕组断路和短路故障实验,表明系统发生单相断路或者短路故障时,电机输出转速和有功功率基本不变,实现了容错控制,进而证明了该控制策略的正确性及可行性,这为应用于高可靠性航空用电动燃油泵系统奠定基础。     

基于双梯度下降法的内置式永磁同步电动机精确转矩控制

针对电动汽车内置式永磁同步电动机(IPMSM)给定参考转矩的电流闭环控制系统,为了实现系统宽调速范围内的精确转矩控制,首先分析了基于梯度下降法的弱磁控制策略无法实现指令转矩准确跟踪的原因,引入定子电流指令沿等转矩曲线法向的修正方向,提出了基于双梯度下降法的新型弱磁控制方案,通过对电磁转矩实时估计构成转矩反馈环节,并与基于梯度下降法沿切向修正方向的电压反馈环节相结合,实现IPMSM驱动系统的弱磁控制及宽调速范围内对时变给定参考转矩的准确跟踪控制。最后,通过系统仿真和方案测试验证该弱磁控制策略的合理有效性。     

无刷直流电机无磁链观测直接转矩控制

根据无刷直流电机的特点,在其直接转矩控制中,可以省去磁链观测环节.分析了无磁链观测条件下无刷直流电机电压矢量和电机转矩之间的关系,根据二者之间的关系得到最优电压矢量的选择依据,选择最优电压矢量直接控制转矩.根据无磁链观测条件下电机转矩和电流的关系,通过对转矩的控制实现对电流的限制.仿真和实验验证了最优电压矢量选择依据的正确性和电流限制方法的有效性,实现了无磁链观测条件下电机转矩的直接控制,为提高无刷直流电机直接转矩控制系统的性能提供了理论依据.     

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。     

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。     

基于SVPWM过调制的超前角弱磁控制永磁同步电机的策略研究

研究了电动车用内置式永磁同步电机的控制策略,提出了超前角弱磁控制与空间矢量脉宽调制(SVPWM)过调制结合的控制系统。超前角弱磁控制使用转速、电流和电压的3个闭环控制,电机端电压与直流侧电压组成电压控制环,产生电机弱磁的电流超前角直接给定交直轴电流。SVPWM过调制算法可以有效提高逆变器输出电压基波幅值,电机使用弱磁控制方式达到最大转速后使逆变器进入过调制状态,最大限度扩大转速范围。对该控制系统进行了仿真研究,仿真结果证明了理论分析的正确性和可行性。     

基于MATLAB的异步电动机矢量控制变频调速系统的仿真

根据异步电动机矢量控制的基本原理,应用MATLAB6.5中的电力系统仿真工具(Sim-PowerSystems),对异步电动机矢量控制系统建立仿真模型,并结合具体实例给出系统结构图。本文采用转速、磁链闭环的直接矢量离散控制系统仿真模型,进行了控制系统的动态仿真,并根据转速、转矩、电流波形对PI调节器的参数进行理论分析,通过仿真波形结果验证了PI调节器参数调节的有效性和正确性,电机调速特性有所提高。     

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.     

一种弱磁扩速下的异步电机磁链观测和速度辨识

针对异步电机在高速弱磁下的运行特点,提出了一种基于弱磁下的高性能的磁链观测方法。该方法在基于转子磁链定向电流模型下,设计了一个可以补偿磁链观测误差的补偿器,解决了弱磁条件下励磁磁场变化而导致磁链观测不准的问题。在改进磁链观测的基础上,运用了易于在定点芯片上实现的转速辨识算法,估算出电机转速。最后将结合改进磁链观测的速度估计器应用到无速度传感器矢量控制系统中,仿真结果表明,这种方法实现方便,能够在弱磁高速下准确的辨识磁链和转速估计,提高控制系统的动态性能。     

基于电流边界限制条件的异步电动机弱磁控制

在空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制策略下,通过分析异步电动机电流限制圆与电压限制圆的特性,结合电动机调速的实际应用情况,提出了一种基于电流边界限制条件的弱磁控制策略。该方法在调节励磁电流后能够使输出转矩电流逼近转矩电流限制条件,进而使定子电流矢量逼近电流限制圆。相对于电压闭环弱磁控制,该法可以将最大励磁电流作为励磁电流初始值,提高恒转矩区转矩的输出能力。在弱磁区不需要考虑电压裕量的问题,可以充分利用电压的输出能力,提高弱磁区转矩的输出能力。鉴于励磁电流调节过程的非线性,同时引入了模糊PI控制器,使得调节过程更加精确,具有更好的动、静态特性。     

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。     

弱磁用复合式转子永磁无刷直流电机设计

针对永磁无刷直流电机弱磁控制的要求,采用永磁段 磁阻段的复合式转子结构,实现基速以下恒转矩、基速以上恒功率的运行方式。理论上推导了永磁无刷直流电机弱磁的运行机理及电机模型,技术上针对交轴磁通路障式转子交、直轴磁路耦合严重、导磁材料非线性等特点,利用电磁场分析求解了交、直轴电枢反应电感,从而导出理论上弱磁运行的最高速。最后,对永磁无刷直流电机弱磁扩速范围对参数的依赖性进行了分析,归纳了弱磁控制用永磁无刷直流电机设计的特点。     

定子双馈电双凸极电机的高速弱磁控制

研究分析了电动车用定子双馈电双凸极(SDFDS)电机在高速运行时的弱磁控制原理,充分利用了SDFDS电机具有励磁磁场可独立调节的优点,提出了相应的弱磁调速策略,使得SDFDS电机调速系统在高速运行时获得了较高的控制性能.并基于Matlab/SIMULINK和实验平台进行了仿真和实验,实现了SDFDS电机高速弱磁控制,电机转速控制性能良好,证明了所设计SDFDS电机高速弱磁控制策略的有效性.     

基于PR控制器的永磁同步电动机弱磁控制

介绍了永磁同步电动机的数学模型,并对其弱磁原理进行阐述.因传统的调速控制经解耦后常采用PI调节器,引入与温度和电路参数有关的交叉耦合项和前馈补偿项,影响了控制系统的鲁棒性,特别是在额定转速以上的弱磁运行时影响更大.分析了比例谐振PR控制器特点,并提出一种基于改进PR控制器及转子磁链定向的移相弱磁控制策略.仿真结果表明,所述的控制策略能实现永磁同步电动机的高倍弱磁扩速,具有良好的鲁棒性和动态性能,验证了该方法的正确性.     

矿山机车无速度传感器矢量控制系统

针对矿山机车的工作特点,设计了相应的矿山机车矢量控制系统,并对系统中的基于模型参考自适应(MRAS)方法的转速估算环节和弱磁环节进行了分析研究,比较分析了传统恒功率弱磁控制策略和考虑电机电压电流约束的优化弱磁控制策略.设计并制作了一套基于TMS320F2812控制器的电机控制系统,在此系统上对基于MRAS方法的转速估算环节和弱磁环节进行了实验验证.     

An Approach to Flux Control of Induction Motors Operated with Variable-Frequency Power Supply

A new speed control system for induction motors has been developed which is capable of controlling with quick field weakening and superior response and stability. This method is to control the stator current as a vector quantity on the basis of slip frequency control. More specifically, it is designed to calculate the commanded stator current of the induction motor by corresponding to flux and torque commands on the basis of motor constants and use the calculated commands to control the stator current.