基于扰动观测器的逆变器死区补偿方法研究

为了减小永磁同步电机矢量控制系统中由PWM逆变器死区效应引起的电流波形失真,对死区效应产生的原理以及影响进行了详细分析,设计了一种新的基于扰动观测器的在线死区补偿算法。该方法在两相旋转坐标系下对误差电压幅值进行估计并补偿,无需增加额外的硬件电路与电流极性检测,简单且易于实现,并且利用MATLAB对该方法进行了仿真。结果表明,该方法能够有效地抑制高次谐波电流分量,减小电机转速的波动。     

四桥臂变换器驱动开绕组永磁同步电机系统的死区效应分析与抑制

针对传统双逆变器驱动开绕组永磁同步电机系统的成本和复杂性高的问题,提出一种具有少开关特性的低成本四桥臂变换器驱动开绕组永磁电机的新型拓扑结构,在四桥臂变换器输出有效电压矢量和SVPWM策略分析的基础上,分析了系统中复用桥臂产生的非对称死区电压分布规律及其对相绕组电流畸变的影响,基于零序回路独立控制的方法设计了具有平均死区电压补偿的谐波电流抑制策略,将死区补偿后的开绕组永磁电机绕组电流总谐波含量抑制至5%左右,使得低成本的四桥臂变换器具有类似传统双逆变器驱动开绕组电机系统的输出特性,最后通过仿真和实验验证了所提死区分析和抑制策略的有效性。     

基于双同步旋转坐标系的五相永磁同步电动机三次谐波电流抑制方法

针对五相电压源逆变器的死区效应及五相永磁同步电动机转子磁场非正弦造成的3次谐波电流,提出了一种基于双同步旋转坐标系的抑制算法.研究了五相电压源逆变器死区效应的作用机理,将死区时间造成的误差电压脉冲序列等效为低频谐波电压.运用扩展对称分量法,得到了五相永磁同步电动机的解耦数学模型.死区效应形成的3次谐波电压以及转子3次谐波磁势作用在阻抗较小的3次谐波子空间会引起很大的3次谐波电流,在3次谐波同步旋转坐标系下增加一对谐波电流控制器以抑制3次谐波电流.在FPGA中实现了所提出的双同步坐标系控制算法,实验结果表明,所提算法可以有效地抑制五相电压源逆变器死区效应以及转子磁势非正弦引起的3次谐波电流.     

基于matlab的SVPWM逆变器死区补偿算法仿真研究

为解决SVPWM逆变器死区效应问题,本文提出了一种基于坐标变换的死区补偿算法,并将该算法应用在永磁同步电机矢量控制系统中进行仿真验证,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,仿真结果表明死区补偿模块在永磁同步电机矢量控制系统中能够明显改善电动机定子电流波形,验证了该算法的可行性,实现了对SVPWM逆变器死区效应的有效补偿。     

IPMSM控制系统逆变器死区效应分析与在线补偿

为解决矢量控制凸极永磁同步电机系统低速和轻载时,电压源逆变器死区效应导致相电压和相电流低频谐波,零电流钳位效应以及转矩脉动等问题,在详细分析了死区效应的基础上,提出了基于双扰动观测器的在线死区补偿方法。该方法是在转子旋转坐标系下用双扰动观测器观测出扰动电压,将其前馈给指令电压进行补偿,且无需知道死区时间、功率器件开关延迟时间及导通管压降等。实验结果表明该方法能明显抑制电流低频谐波,削弱死区效应,提高系统低速轻载运行性能。     

考虑磁路饱和的内置式永磁同步电机电感参数旋转辨识算法

实现对永磁同步电机调速系统高性能控制的基础是准确的数学模型和电机参数,其中电感参数对电机的稳态和动态运行性能影响较大,而对于内置式永磁同步电机而言电感除了受凸极结构影响之外,还受磁路饱和等因素的影响。考虑到定子电流引起的磁路饱和效应与交叉耦合效应对电感的影响,基于矢量控制技术分别提出了d轴和q轴电感旋转辨识新算法,即d轴复合电流激励法和转矩调整法。为了提高电感辨识准确度,还采用基于电压误差曲线的补偿算法对逆变器非线性因素引起的输出电压误差进行了补偿。最后在电机控制实验平台上通过实验验证了提出的电感辨识算法的可行性和有效性。     

基于空间电压矢量的电压前馈死区补偿方法研究与实现

为减小逆变器死区效应引起的电压、电流畸变及电机转矩脉动的影响,提出一种基于空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）的电压前馈型死区补偿方法。该方法依据电流环的给定电流来确定电流矢量的位置;并以此加入电压前馈来削弱逆变器输出的5、7次谐波电流,从而减小谐波电流对电机电磁转矩脉动的影响。永磁同步电机系统死区补偿仿真及试验结果验证了该方法的有效性。     

一种基于自适应线性神经网络算法的永磁同步电机电流谐波提取和抑制方法

永磁同步电机通常采用正弦波进行驱动和控制,由于气隙磁场的畸变和电压型逆变器的死区效应等因素的存在,使永磁同步电机电流波形含有大量的谐波而发生畸变,特别是在电机低速运行时更为严重。为了进一步提高永磁同步电机的电流控制性能,抑制电流谐波,本文在传统矢量控制算法基础上,增加神经网络谐波电流环,通过自适应线性神经网络(ADALINE)算法实现对主要电流谐波的分解和提取,将所提取的电流谐波经过神经网络训练获得补偿电压值进行谐波注入,实现电流谐波的检测和抑制。通过仿真和实验结果证明,本文提出的控制策略可以有效提取并抑制电流谐波,降低电机转矩脉动。     

永磁电机参数在线辨识及逆变器非线性补偿

针对电压源型逆变器的死区时间、动作时间、导通压降等非线性因素造成的永磁同步电机参数在线辨识误差,提出一种针对死区时间非线性因素的逆变器补偿方案,以及考虑导通压降的参数辨识优化方案。推导了电压源型逆变器非线性因素的模型与补偿策略,设置补偿时间补偿由死区时间、动作时间导致的电压误差;考虑到电压源型逆变器有源器件与二极管存在的导通电压与电流之间的线性关系,明确等效电阻问题,并分析其对参数辨识结果的影响;研究基于双稳态恒转矩算法的永磁同步电机在线辨识模型,验证算法辨识结果的高准确性,借此设计出等效电阻的计算方案。最后,对所提出的方法进行了实验验证。     

基于NNBPF-EKF的内置式永磁同步电机死区补偿方法

针对电动汽车用内置式永磁同步电机控制方案中,由死区效应引起的电驱动系统电流谐波增加及电压损失率高等问题,提出一种基于神经网络带通滤波器和扩展卡尔曼滤波器相结合的死区补偿方法。首先,使用扩展卡尔曼滤波器对交直轴电流滤波,改善传统死区补偿算法中零电流处电流极性判别困难的情况。其次,利用基于神经网络的带通滤波器提取交直轴电流中的谐波成分,并将提取到的谐波调节后进行死区补偿,进一步提高死区补偿控制的性能。最后,通过与无死区补偿和传统死区补偿方法的对比,验证所提死区补偿方法的正确性和有效性。实验结果表明,提出的死区补偿方法能有效地抑制电流谐波、减少电流畸变,并将电压损失率降低至0.04%,进而提升电动汽车的控制性能,使其续航里程得到保证。     

基于纹波电流计算的面装式永磁同步电机驱动系统逆变器死区补偿

对于电压源型逆变器,由于其功率开关管寄生电容的存在,使逆变器开关周期内输出电压上升和下降不再是瞬时实现,而传统的死区补偿方法并未考虑寄生电容的影响,不仅导致死区补偿效果欠佳,而且存在电流过零点判断困难及易产生过补偿的技术不足。为此,论文首先分析计及开关管寄生电容的逆变器死区效应,然后,针对面装式永磁同步电机(SMPMSM)驱动系统,详细推导其逆变器输出纹波电流的计算公式,提出基于纹波电流计算的逆变器死区补偿方法,并通过基于不同死区补偿方法的SMPMSM驱动系统建模、仿真和实验,验证了所提出的死区补偿方法的技术优势。     

一种新颖的基于死区时间在线调整的SVPWM补偿算法

提出了一种逆变器的死区补偿算法,以改善永磁同步电动机的电流波形。传统的SV-PWM死区补偿算法的前提是逆变器三个桥臂的死区时间相同并且不变,若要正确地消除死区效应必须准确地检测出电流的方向。本文所提出的补偿方案是分别独立地改变三个桥臂各自的死区时间,且死区大小由对应相电流的大小实时地计算出来,目的是使由死区引起的扰动电压矢量跟随电流矢量同步旋转。这种情况下,死区扰动电压矢量在d-q坐标系下的分量可由id和iq算得,死区补偿不再需要检测电流方向,这就避免了传统的补偿算法在相电流处于零附近时由于电流方向检测的不准而使得补偿效果下降。实验结果表明,所提出的方案能够有效地改善电流波形的正弦程度,且消除了传统方案需要检测电流方向的弊端,同时算法实现简单,具有工程实用价值。     

基于空间矢量脉宽调制的永磁同步电机死区效应分析与补偿

逆变器死区时间使逆变器输出谐波分量增加,电压和电流发生畸变,甚至导致电机在低速下的不稳定运行。为解决上述问题,提出一种基于扰动电压检测的死区效应补偿策略。通过判断输出电压矢量角度获取三相电流方向,从而确定补偿电压矢量。同时,为提高输出波形质量,结合一种零电流钳位效应消除方法,可以同时补偿死区引起的误差电压和消除零点电流钳位现象。仿真和试验结果表明该方法能明显改善电流波形畸变,具有很好的实用价值。     

永磁同步伺服控制系统死区效应补偿方法

对永磁同步电动机控制系统逆变开关的死区效应进行分析。利用平均电压误差补偿法来补偿死区效应,并针对电流零位钳位现象,对平均误差电压补偿法进行改进,采用交、直轴电压来判断定子电流扇区并选择误差补偿电压分量的方法来补偿死区效应产生的定子电流畸变。     

考虑死区补偿的永磁同步电机在线参数辨识

针对永磁同步电机控制过程中参数失配问题,深入分析了永磁同步电机的数学模型,设计了基于模型参考自适应系统(MRAS)的参数在线辨识方法。为避免辨识过程中逆变器死区效应的影响,提出一种基于电压模型线性补偿的死区补偿方法,通过分析逆变器插入死区后的电压模型计算出死区压降,将死区压降补偿到MRAS参考模型及自适应律中以提高辨识算法的稳定性和准确性。通过仿真证明了参数在线辨识方法和死区补偿方法的有效性。     

电压型逆变器分段死区补偿调制策略

针对电压源型逆变器中死区效应引起的电流谐波畸变问题,提出了一种分段混合式PWM死区抑制策略。一方面在电机定子电流的非过零区域根据电流方向仅动作一个桥臂,实现了死区消除,并针对由器件导通压降与开关延时产生的电压误差进行了修正;另一方面在过零区域采用脉冲等效时间补偿法抑制零电流钳位效应产生的非线性误差。此外在整个区域补偿开关管的开通关断延时及器件的导通压降造成的非线性误差。为了最大限度增加死区消除时间的占比,设计了上述两种调制策略之间的最优切换方法。仿真和实验结果表明,死区分段消除与补偿混合调制策略能够显著减小定子电流的谐波畸变率,并有效抑制死区效应对系统的影响,证明了该方法的有效性和实用性。     

一种感应电机转子时间常数MRAS的在线辨识方法

针对转子时间常数变化可能会导致感应电机磁场定向控制发生失调的问题,研究一种基于无功功率的模型参考自适应(MRAS)转子时间常数在线辨识方法。通过Popov超稳定性理论对辨识系统的稳定性进行分析,为了提高模型计算的准确性,采用一种在同步旋转坐标系中检测电流矢量角的死区效应补偿策略,以克服三相逆变器死区效应导致的相电压重构误差以及电流波形畸变的负面影响,并分析所研究的MRAS转子时间常数辨识方法对所涉及电机参数的敏感性。通过11 kW感应电机矢量控制系统进行实验,结果验证了辨识方法的有效性。     

矢量控制永磁同步电动机低速轻载运行的研究

提出了削弱电压源型空间矢量脉宽调制逆变器死区效应的方法.给出因死区时间和开关器件开通、关断时间引起的误差电压矢量,依据误差电压矢量的表达式,采用降低载波频率和减小直流母线电压的方法削弱死区效应.分析了降低载波频率对磁链轨迹畸变和转矩脉动的影响,在低速空载情况下通过增大电机定子励磁电流分量获得连续电流波形,通过检测电流矢量角判断电流极性,对死区进行补偿.仿真并对比了不同载波频率下的转矩脉动,实验结果证明了所提出的方法能有效地降低电机转速,改善电流波形.     

基于自适应全阶观测器的永磁同步电机参数辨识策略

永磁同步电机的很多高性能控制策略,如无位置传感器控制和模型预测控制,为达到理想的控制性能,都需要使用在线参数辨识来实时获取电机参数。当前的在线参数辨识方法都是基于电机电压方程,也需要实时采样电机电压和电流。因此,逆变器的死区效应和电流采样低通滤波器对电压和电流的负面影响将会降低参数辨识性能。为解决上述问题,本文提出了一种基于自适应全阶观测器的永磁同步电机参数辨识策略。首先,根据李雅普诺夫稳定性定理推导出电机参数观测器。之后,本文基于全阶观测器提出了一种自适应死区补偿策略消除死区效应。针对低通滤波器带来的电流采样延时,本文使用非线性跟踪微分器替代低通滤波器,在保证滤波效果的同时减小采样延时。实验结果验证了本文提出方法的有效性。     

基于扰动观测器的永磁同步电机预测电流控制

基于面贴式永磁同步电机(SMPMSM)离散数学模型,提出一种无差拍预测电流控制方法。为补偿模型误差以及电压型逆变器死区时间对电流控制精度的影响,设计两个并行的扰动观测器来实时估计模型不确定项及由死区时间和逆变器非线性所引起的扰动电压,并证明了其稳定性。实验结果表明,基于预测电流控制算法的电流环具有良好的动态性能,观测器通过补偿参数摄动及死区时间的影响,使算法具有很好的鲁棒性并抵制了电流谐波分量。