一种异步电机的电流环解耦控制方法

在异步电机的矢量控制系统中,电流控制器处于内环,对系统响应的准确性和快速性有着重要影响。然而矢量控制经过坐标变换后,电流环中的d、q轴之间仍存在交叉耦合,并且随着同步频率增加耦合分量加大;另一方面,数字延时的存在使耦合加剧进一步降低了电流环特性,对于大功率低开关频率交流传动的影响尤其明显,严重时可能导致系统不稳定。为了实现良好的解耦控制,基于复矢量分析方法建立了更加精确完整的电机模型,提出一种电压解耦控制的电流控制器,在此基础上引入了延时及其补偿方法,并通过复矢量传递函数对控制策略的动态解耦性及鲁棒性进行了研究。仿真和实验结果表明所提方法有效提高了电机动态控制性能。     

一种无延时单相并网变换器dq电流解耦控制方法

以单相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)变换器作为研究对象,以改善电流控制器的动态性能为目的,提出一种无延时控制方法。单相变换器传统矢量控制方法需要虚构正交电流分量,但传统正交信号发生器(orthogonal signal generator,OSG)在虚构出与单相电网电流正交的物理量时存在一定的延时,从而会恶化电流控制器的动态性能。针对虚构电流引起的延时问题,提出了一种无延时单相并网变换器电流控制方法。首先,建立了单相PWM变换器在dq旋转坐标系下的数学模型。其次,针对矢量控制在单相系统无法直接实现的问题,介绍了几种传统的OSG算法的原理。然后,提出一种无延时正交电流虚构算法,并给出了无延时正交电流虚构算法实现框图。最后,对所提的算法与传统的OSG算法进行仿真和实验对比分析,仿真和实验结果均验证了所提算法的有效性和可行性。     

基于闭环电流预测的永磁同步电机电流环延时补偿策略研究

永磁同步电机采用传统复矢量电流调节器在开关频率与电机频率比值较高时具有良好的参数鲁棒性与动态性能,但在低开关频率下,环路延时与参数摄动易使电流动态响应振荡甚至失稳。采用复矢量表示法对电流环延时环节进行精确建模,基于Smith预估器结构对传统电流预测延时补偿策略进行复矢量建模与频域分析。传统电流预测策略的开环结构在模型或者参数误差下会产生电流跟踪误差,针对该缺陷提出一种基于误差补偿器的闭环电流预测延时补偿算法。该算法采用改进Euler法对电流方程进行离散化,并通过将预测电流偏差积分反馈至预测方程形成闭环预测结构,可实现电流无静差跟踪,在抑制环路延时影响同时大大提升系统鲁棒性。实验结果验证理论分析的正确性和所提算法的有效性。     

基于复矢量的异步电机电流环数字控制

定子电流环控制在异步电机矢量控制系统占有非常重要的地位,直接关系牵引系统的转矩控制快速性和系统稳定性。然而,在大功率牵引传动系统中,为了降低开关器件的损耗,往往牵引逆变器的开关频率只有几百赫兹,这使得电流环带宽受限;另一方面控制环路中存在较大的延时,加剧了交流感应电机dq轴电流的交叉耦合程度,进一步降低了电流环的性能,严重时甚至导致系统不稳定。为了克服这些问题,进一步提高牵引感应电机的动态性能,首先在复矢量概念基础上,建立精确的含有延时在内的逆变器供电的异步电机的离散数学模型,接着分析了延时对异步电机数字矢量控制的影响,得到了克服延时的控制思路。在此基础上,在离散域中利用零极点对消原理,得到基于复矢量的电流数字控制算法。实验结果表明,在电机低开关频率数字矢量控制系统中的电流环中引入基于复矢量的纯数字控制算法,有效提高了电机的动态性能。     

6相感应电机的内模矢量控制系统研究

针对矢量系统中电流环PI控制器的设计依赖电机参数的问题,提出了一种基于内模思想的6相感应电机新型矢量控制方案。通过分析6相感应电机的数学模型来设计电流内环内模控制器,取代传统的PI控制器,从而提高系统的鲁棒性和降低控制器参数调节难度。同时考虑到多相电机定子电流谐波较大的问题,利用空间矢量解耦合成虚拟电压矢量进行电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)。实验结果表明,该控制策略下电机的转速响应快,转矩脉动小,定子电流谐波含量少,能够满足调速系统的性能要求。     

基于复矢量的电流环解耦控制方法研究

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,PMSM)采用矢量控制后,可以实现电流静态解耦,但动态耦合关系依然存在,而且随着转速的升高,耦合作用的影响也越来越严重。传统的电压前馈解耦控制(voltage feed forward decoupling control,VFDC)对参数变化敏感,因此提出一种基于复矢量的电流环解耦控制策略。电机模型包含一个随速度变化的极点,因此电压前馈解耦控制器的固定零点很难保证全速度范围内的零极点对消;复矢量控制器包含一个随速度变化的虚轴零点,从而实现控制器的零点与被控对象的极点完全解耦。该文采用复矢量的分析方法建立了更精确的电机控制模型,并通过传递函数对解耦特性进行了分析,在此基础上给出了可用于仿真和实验的d-q轴的控制模型。仿真和实验结果表明复矢量解耦控制器有效提高了电流环的控制性能。     

基于频率自适应复矢量PI控制器的PMSM电流谐波抑制策略

逆变器非线性和电机反电动势谐波给永磁同步电机（PMSM）系统引入了电流谐波,在对其特性分析的基础上,将复矢量PI控制器用于电流谐波的抑制。在磁场定向矢量控制的d、q轴电流环中,将若干复矢量PI控制器与原有PI控制器并联,其中心频率随着电机转速自适应调节,PI控制器调节d、q轴中的直流分量,通过复矢量PI控制器在中心频率处的高增益无静差跟踪控制d、q轴中不同频率的交流量,从而达到抑制电流谐波的目的。仿真和试验结果表明,复矢量PI控制器对电流的5、7等频次的谐波具有良好的抑制效果。     

低载波比下PMSM的复矢量控制研究

永磁同步电机(PMSM)处于高速工况时会导致系统交叉耦合加剧,而逆变器开关频率受限则会导致数字延迟增大,以上两种情况会使载波比降低,且如果载波比过低,电流环会出现失稳现象。针对PMSM在低载波比下转矩电流分量和励磁电流分量之间耦合程度加剧以及数字延时问题,在同时考虑角度延时和时间延时的情况下,建立PMSM复矢量模型,设计了适用于较低载波比下的PMSM复矢量电流控制器,解决了耦合和数字延迟导致的不稳定问题,提高了电流环调节器的稳定性。仿真和实验结果表明,所提算法能够有效改善电机在较低载波比下的系统控制性能。     

考虑电压饱和的感应电机复矢量电流解耦控制

在感应电机矢量控制系统中,传统电流PI控制器在电流频率增加较大时,d,q轴电流的耦合程度加深,出现电压饱和现象等问题限制了系统响应速度的提升。提出一种基于复矢量解耦的电流PI控制器,控制器采用复矢量解耦与抗电压饱和结合的控制算法,仿真和实验结果表明该调节器有效提高了电机的电流动态响应能力和加重载时的速度稳定性。     

永磁同步电机在一相断路故障下的容错控制

针对电机在一相故障下电流缺相引起的转速波动问题,依据准比例谐振能实现对交流信号无误差跟踪的原理,采用重新设计矢量控制电流环的方法减小电流的波动.为了研究设计的控制器在无感下的控制效果,在传统滑模无感控制的基础上,采用准比例谐振和滑模观测器相结合的改进无传感器控制方法.两种控制方法相结合组成了新的复合容错控制方案.通过绘制准比例谐振的伯德图,确定了准比例谐振参数的选取原则.搭建了电机硬件平台,对提出的复合容错控制方法进行了实验验证,实验结果表明:复合容错控制方法在电机一相故障情况下依然能准确地估算出电机转速,抑制电机转速的波动,在不改变控制器各个参数的同时,能兼容电机故障与正常状态,具有较强的容错控制性能.     

高速动车组永磁同步电机牵引控制仿真研究

为研究永磁同步电机的电流运行轨迹,分析不同工况下动车组永磁同步电机的弱磁工作方式,首先分析了永磁同步电机的最大运行能力,规划电流轨迹;其次,在动车组变工况时,根据永磁同步电机交、直轴电流相平面关系,按最大转矩电流比控制解析式方程,确定最小稳定工作点,从而提高电机的运行效率,实现平滑过渡;最后,利用Simulink软件对永磁同步电机矢量控制系统进行仿真验证。     

基于ADRC的THBSM无传感器矢量控制

三相混合式步进电机（three‐phase hybrid stepping motor ,T HBSM ）等同于低速运行的永磁同步电机,可以使用同步电机的先进控制方法对其进行闭环控制。通过对自抗扰控制器（active disturbance rejection controller , ADRC ）理论分析,提出了一种新颖的三相混合式步进电机无传感器矢量控制方法。将转速和 d轴电流对q轴电流的作用看作是对转矩电流环的扰动量,通过自抗扰控制器将其估算出来并给予补偿,实现对电机速度的实时观测。利用MATLAB工具建立了三相混合式步进电机无传感器控制系统仿真模型,仿真结果表明：系统能够实时估计电机转速,估计误差小,响应速度快,抗扰动能力强。该方法提高了三相混合式步进电机无传感器系统的控制精度,为工程应用奠定了良好的理论基础。     

高速永磁同步电机无速度传感器矢量控制研究

针对普通无速度传感器矢量控制算法无法满足永磁同步电机(PMSM)高速运行问题,设计了一种基于模型参考自适应系统(MRAS)的矢量控制方案。该方案由I/F控制器和MRAS控制器组成。低转速采用I/F控制器控制电机转速,高转速采用MRAS控制电机转速,特殊处理后使切换过程中电流平滑过渡,以达到高低转速均可正常运行的目的。以磁悬浮PMSM作为驱动对象,电机转子联接风机实现带载。试验结果表明,与传统的无传感器矢量控制相比,所提出的控制方案更有效地驱动PMSM,满足高速运行工况。     

永磁同步电机速度预测电流解耦控制

在高性能永磁同步电机(PMSM)控制系统中,要求有好的动、静态性能。但是传统的永磁同步电机矢量控制系统速度和电流环采用PI调节器,参数鲁棒性差,在调速范围要求很宽的情况下,无法同时满足响应速度快和稳态精度高的要求。为了获得好的动、静态性能,引入预测控制到速度控制外环,而电流内环采用在传统PI控制基础上增加电压前馈补偿的电流解耦控制。搭建了实验平台,进行了实验研究,验证了设计的控制系统具有动态响应快、静态误差小、受负载扰动影响小的特点。     

基于转子磁场定向控制的PMSM伺服系统建模仿真

在分析永磁同步电动机（PMSM）数学模型的基础上，建立了的转子磁场定向矢量控制的PMSM伺服系统模型。系统采用位置、转速和电流三闭环控制，其中位置环和速度环采用经典的PI控制，电流环采用转子磁场定向矢量控制，以实现瞬时的转矩调节。仿真模拟了PMSM的恒转矩起动、恒功率运行以及负转矩制动的全过程，实现了位置伺服的精确控制。     

永磁同步电机鲁棒有限集模型预测电流控制算法

在永磁同步电机(PMSM)驱动系统中,基于有限集模型预测电流控制(FCS-MPCC)算法所设计的系统电流内环控制器,性能受电机参数变化的影响。推导了PMSM预测模型,同时以电压矢量为约束项重构价值函数,并针对数字延时导致的电流纹波问题进行了补偿。提出了一种鲁棒性较强的FCS-MPCC算法,通过在预测模型中引入权重系数并定量调节,以降低算法对参数的敏感性。仿真结果表明,所提算法有效,能使系统具备良好的动态性能和稳态精度。     

永磁同步电机的自适应神经模糊推理控制研究

针对如何提高永磁同步电机控制系统的性能,设计了一种新型的自适应神经模糊( ANFIS)速度控制器,其充分利用神经网络的学习能力与映射能力,实现模糊系统的自学习、自适应功能.对采用这种控制器的永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统进行了仿真研究,并分析了仿真波形.控制效果较传统PID控制而言,不仅响应速度快、超调小,而且稳...     

基于参数辨识的PMSM电流环在线自适应控制方法

针对永磁同步电机矢量控制系统中电流控制器性能因电机参数变化而下降的问题,提出了一种基于参数辨识的电流环在线自适应控制方法。利用带遗忘因子的递推最小二乘法对永磁同步电动机定子电阻和永磁体磁链进行在线辨识,然后利用得到的定子电阻和永磁体磁链对电机d-q轴电感进行在线估计,最后利用得到的辨识值计算出实时运行条件下的电流环PI参数值。实验结果表明采用本文方法计算所得的PI参数值能够在电机参数发生变化时快速实现电流的精确控制。     

车用PMSM的双闭环分数阶PID控制策略研究

纯电动汽车永磁同步电机（PMSM）控制系统是一种非线性、强耦合的复杂系统,为提高永磁同步电机的整体控制性能以及鲁棒性,文中提出了一种双闭环分数阶PID控制策略,分别对电流内环和速度外环进行相应的分数阶控制。通过建立电机的电流环模型进而得到整体系统的分数阶模型,设计出电流环以及速度环的分数阶PID控制器,并利用粒子群优化算法（PSO）对控制器参数进行寻优,以便于获得更好的控制性能。将所设计的分数阶控制器应用于车用永磁同步电机的控制中,通过与传统PID控制在不同转速、负载突变时的控制性能相对比,验证了文中所设计的分数阶PID控制器具有良好的动态特性和鲁棒性。     

基于ASAPSO的火炮随动系统模糊控制策略

针对传统PID控制器因参数无法随负载变化而实时改变,导致火炮随动系统控制效果不佳的问题,设计了以空间矢量控制为理论基础的三闭环随动控制系统。该随动控制系统采用永磁同步电机(PMSM)作为执行电机,并在系统位置环上加入了经自适应模拟退火粒子群优化算法(ASAPSO)优化参数后的模糊控制器。通过搭建系统仿真模型,将这2种控制器分别运用在该随动控制系统的位置环上,对比了2种控制器的位置响应、抗转矩扰动能力和目标跟踪能力。结果发现,模糊控制器的参数经ASAPSO优化后,系统的静态特性和动态特性比传统PID控制器更好,能够有效克服转矩扰动等非线性因素的影响,系统具有较好的目标跟踪性能。