基于离散傅里叶变换的永磁同步电机驱动系统电流测量偏置误差在线补偿方法

电流反馈信息的准确测量是永磁同步电机驱动系统高性能运行的重要前提。对于实际控制系统,由于器件温漂、老化和非线性等各种因素,电流传感器和相关调理电路会出现电流测量误差,其中电流测量偏置误差将引起频率为一倍电频的转矩与转速脉动,降低永磁同步电机控制性能。在详细分析电流测量偏置影响的基础上,探究闭环控制对电流谐波幅值的影响,指出闭环控制系统将影响电流谐波幅值,传统分析结果不再成立。针对这一问题,提出一种基于离散傅里叶变换的永磁同步电机驱动系统电流测量偏置误差在线补偿方法。在电机运行过程中实时提取电流脉动并有针对性地进行电流测量误差补偿,以消除由于测量偏置误差导致的转矩与转速脉动。与传统方法相比,所提方法无需定子电阻或转动惯量等电机参数。最后,通过数控机床用交流永磁同步电机验证了所提算法的有效性。     

基于电压谐波注入算法的PMSM转矩脉动抑制研究

在永磁同步电机矢量控制系统中，受电流谐波的影响，电机产生转矩脉动。为了解决此问题，利用谐波注入原理设计一种电压谐波注入器。利用坐标变换提取待消除次数的电流谐波，考虑到基波会影响到谐波的提取精度，设计一种消去基波的电流谐波提取结构。利用提取到的电流谐波，设计针对5、7次谐波的电压谐波注入器。最后通过实验对比，证明了所提方法能够明显抑制电机转矩脉动。     

基于复合控制电流的开关磁阻电机恒转矩控制

开关磁阻电机(SRM)在低速运行时,高转矩脉动极大限制了在生产中的应用。针对基于线性电感模型转矩分配函数(TSF)控制得到的线性控制电流,难以有效控制强非线性特性SRM,所导致的转矩脉动较大的问题,文章提出基于回声状态网络(ESN)的电流控制策略,针对SRM非线性特性,设计实时得到由动态电感引起的非线性部分电流的控制器,其输出与TSF控制器的线性控制电流叠加得到复合控制电流,两个电流控制共同作用,提高系统动态性能,有效抑制转矩脉动。仿真结果验证了所提出的控制策略可以有效减小电机的转矩脉动。     

基于电流注入法的开关磁阻电机转矩脉动抑制

开关磁阻电机(SRM)在低速区转矩脉动比较严重,制约了其广泛应用。利用SRM电流波形具有周期重复性的特点,提出基于傅里叶神经网络(FNN)电流注入法抑制开关磁阻电机转矩脉动的控制策略,在线自适应调整电流波形,实现转矩脉动的抑制。在基于转矩分配函数的SRM控制系统中,电流信号有周期性且无间断点,对其进行傅里叶分解,依据此傅里叶分解式的数学结构,搭建能够反映SRM周期性的电流傅里叶神经网络,神经网络的输出通过注入的方式补偿相电流,以最小化转矩脉动为目标设计神经网络训练算法,在线训练得到理想的电流曲线,进而减小转矩脉动。仿真结果表明,与转矩分配控制相比,所提出的电流注入法能够精确补偿SRM控制电流曲线,得到恒定转矩下对应的控制电流,有效抑制转矩脉动。     

基于恒流源的无刷直流电机转矩脉动抑制方法

为了抑制永磁无刷直流电机在传导区(非换相期间)的转矩脉动,提出基于恒流源的永磁无刷直流电机的控制方法。对永磁无刷直流电机在传导区(非换相期间)转矩脉动的机理进行全面分析,提出基于恒流源的永磁无刷直流电机的控制方法。该方法从理论上消除了无刷直流电机在传导区内的非导通相续流现象,从而有效抑制传导区内的转矩脉动、降低了开关损耗,而且使用单一直流母线电流反馈闭环控制,控制系统简单,提高了可靠性。应用MATLAB/SIMULINK实现了基于恒流源的永磁无刷直流电机双闭环控制系统仿真,通过仿真结果对比,验证了该控制方法可以有效抑制电磁转矩脉动。     

非理想反电势无刷直流电机转矩脉动抑制

从无刷直流电机转矩脉动产生的机理出发,分析了非理想反电动势情况下转矩脉动产生的原因,提出了通过直接转矩控制减少电磁转矩脉动的控制策略.仿真验证该控制方法能有效抑制由非理想反电势引起的无刷直流电机的转矩脉动.     

基于模型预测算法内置永磁同步电机弱磁控制

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)在弱磁控制阶段的不稳定性以及运行时所产生的转矩和电流波动等问题，提出根据电机不同区域运行特点，将其分区域进行预测控制，提高运行效率与稳定性。该方法将有限集模型预测转矩控制与内置式永磁同步电机相结合，分成3个控制区域，根据电机基速阶段最大转矩电流比和高速弱磁阶段最大转矩电压比控制以及逆变器特点在各区域提出不同的成本函数对电机进行有效约束，然后利用特定的转折条件使区域之间平稳过渡，完成电机转速的提升。方法能够实现电机在不同控制区域的稳定运行，有效发挥电机潜能，保证电机高功率输出。通过仿真验证了该方法的正确性与可靠性。     

基于约束扰动观测器的感应电机鲁棒模型预测控制方法北大核心

针对感应电机在参数扰动条件下的高性能鲁棒控制问题,提出一种基于模型预测控制和扰动观测器的感应电机无偏速度控制方法。基于串级控制结构设计内环模型预测转矩控制器和外环鲁棒速度控制器。在考虑电机电流和电压约束的最小损耗及参数随转速变化的前提下,提出一种改进的连续控制集模型预测控制器(CCS-MPC)作为内环转矩控制器;将稳定化MPC方法与离散时域扰动观测器(DOB)相结合,在同时考虑参数不确定性和负载转矩的影响以及电机的转矩限制的前提下,设计外环鲁棒速度控制器,该速度控制器为内环转矩控制器提供参考转矩;通过给出相应的定理和推论验证所提出的转速控制器的鲁棒性;设计物理实验对所提控制方法进行验证。结果表明:在考虑电机转矩限制的条件下,所提出的控制方法具有良好的瞬态及稳态响应,且在负载转矩扰动下具有较好的鲁棒性。     

分段磁钢永磁同步电机混合算法优化设计

永磁同步电机因使用磁钢提供磁通,简化了电机转子结构从而提高了电机的运行可靠性;另外,因无需励磁电流省去了励磁损耗,从而具有高效率、高功率密度等优点。但传统永磁同步电机由于存在齿槽转矩和磁阻转矩,存在电机输出转矩脉动较大的问题。针对该问题,以提高电机平均输出转矩、降低电机输出转矩脉动和减小电机气隙磁密总谐波失真为优化多目标,建立一种分段磁钢永磁同步电机模型。选择电机转子关键结构参数为优化参数,通过田口算法优选出对优化目标影响较大的结构参数,再采用响应面法拟合优化目标曲线确定最优参数组合,实现分段磁钢永磁同步电机多目标优化,并通过仿真验证了有效性。最后试制了一台三相48/8极的样机并进行了试验,试验结果验证了电机结构及优化方法的合理性。     

基于遗传算法的高速永磁电机联合仿真优化

为提升高速永磁同步电机(HSPMSM)优化效率与电磁性能，提出一种基于遗传算法和TOPSIS法的HSPMSM联合仿真优化方法。首先，借助ANSYS Maxwell有限元仿真软件对HSPMSM进行参数化建模，进一步建立4极30槽HSPMSM的Maxwell&Workbench&Optislong联合仿真模型；其次，运用遗传算法对电机进行全局多目标优化得到Pareto解集，使用优劣解距离法(TOPSIS)从解集中客观选取最优高速永磁同步电机设计方案；最后，对比优化设计前后高速电机的各项性能，仿真结果表明采用遗传算法和TOPSIS法不但提升了高速电机多目标优化效率，且有效削弱电机转矩脉动和齿槽转矩，电机转矩脉动从6.21%降低至2.96%,电机齿槽转矩从0.341 N·m降低至0.052 N·m,降低了85%。     

一种永磁同步电主轴转矩脉动和电磁力波的抑制方法

针对磁极为平行充磁且两边平行的表面式永磁同步电主轴存在转矩脉动和径向电磁力波的问题,提出一种磁极结构优化方法以抑制转矩脉动和径向电磁力波。基于等效面电流法建立磁极表面半径为任意值的永磁同步电主轴转子气隙磁场的解析模型;综合研究转子气隙磁场对定子开槽电主轴转矩脉动、径向电磁力波的影响;在最小气隙长度不变的前提下,确立优化目标(气隙磁通密度的谐波和幅值),并通过迭代计算的方式得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案(方案一结构和方案二结构);最后,通过有限元法验证转子气隙磁场解析模型的有效性,并对原结构电主轴、方案一结构电主轴和方案二结构电主轴的转子气隙磁场谐波、转矩脉动、齿槽转矩、平均转矩和径向电磁力波进行对比分析。结果表明:该优化方法可以得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案,实现原电主轴指定阶次磁通密度谐波、转矩脉动和径向电磁力波的综合抑制。     

分裂齿集中绕组永磁游标电机电磁转矩特性分析

为了研究分裂齿集中绕组永磁游标电机(PMVM)的电磁转矩特性,基于磁场调制原理建立PMVM的磁动势磁导模型,给出永磁体和电枢绕组单独作用下气隙磁密谐波的次数和转速表达式,分析产生平均转矩和转矩脉动的谐波次数。采用麦克斯韦应力张量法计算各主次谐波产生转矩的大小,确定各主次谐波对电磁转矩的影响。通过有限元分析对结果进行了验证。结果表明：PMVM的电磁平均转矩绝大部分由16次谐波产生,占比98.83%,转矩脉动主要由16、34、48次谐波产生,占比52.29%。PMVM电磁平均转矩的来源主要为永磁体产生的气隙磁密基波,因此可改变永磁体的用量和形状增大其产生的气隙磁密基波以提升PMVM电磁转矩性能。     

基于双闭环迭代学习控制的PMSM转矩脉动抑制

针对永磁同步电机(PMSM)低速运行时转矩脉动大的问题,在迭代学习控制的基础上提出一种基于双闭环迭代学习的控制方法。仿真实验结果表明:与经典PI控制相比,所提控制策略能有效抑制电机低速运转时出现的输出转矩脉动,保证电机的平稳运行,提高永磁同步电动机在不同情况下的驱动性能。     

磁极偏转永磁辅助同步磁阻电机优化设计

针对永磁辅助同步磁阻电机转矩脉动大和转矩不足等问题,提出磁极偏转永磁辅助同步磁阻电机结构,并对电机结构进行多目标优化。为选取出电机最佳的结构参数,利用有限元法对电机进行仿真分析,结合二维等高线法,选出电机结构参数初始优化范围。利用Taguchi法建立初始参数优化正交表,结合所设计的8极48槽电机结构,对正交表中数据进行建模仿真,进而对电机结构参数进行优化调整。根据所提出的方案设计研制试验样机。结果表明：优化后的磁极偏转电机结构转矩提升8.1%,转矩脉动下降5.6%,验证了所提电机结构的合理性。     

永磁同步电机优化模型预测双转矩控制

针对永磁同步电机模型预测转矩控制计算量大、权重系数难以确定和转矩脉动大的问题,提出优化模型预测双转矩控制方法。该方法用有功转矩和无功转矩双转矩代替磁链和转矩的代价函数,从而简化系统结构。构建具有预测-校正功能的补偿函数,对补偿函数进行校正,降低延时问题产生的影响。在此基础上,加入扇区判断环节,将待选电压从8个减为3个,大大减少计算量。仿真结果表明:优化模型预测双转矩控制方法转矩脉动更低、计算量更小、动态响应更快。     

工业机器人转臂电机无权重系数预测转矩控制研究

为实现工业机器人转臂用永磁同步电机的预测转矩控制,并避免使用权重系数,提出了一种简单的顺序模型预测转矩控制方法。该方法从逆变器的8个电压矢量中选择2个使转矩误差最小的电压矢量,再从这2个电压矢量中选择一个使磁链误差最小的电压矢量作为最优矢量,并将该矢量作用于逆变器,从而实现永磁同步电机的无权重系数预测转矩控制。所提方法不仅避免了设计权重系数,而且提高了转矩和磁链的控制精度。仿真和实验结果均验证了该方法的有效性。     

基于人工鱼群算法的永磁同步电机模型预测控制研究

针对基于模型预测控制算法的永磁同步电动机的控制问题,提出了一种基于人工鱼群算法的改进型PID-模型预测控制算法。首先构建了基于矩阵变换器的永磁同步电机系统模型,并采用了新的输入滤波器。然后利用人工鱼群算法完成PID-模型预测控制中的参数整定,从而解决了原有算法参数优化精度不高的问题,能够迅速地获得全局最优解。永磁同步电动机的力矩控制性能仿真实验结果表明:相比原有PID-模型预测控制算法,提出算法具有更快的收敛速度和控制效果。     

大小磁极分布对永磁同步电主轴齿槽转矩脉动的影响

永磁同步电主轴在数控机床领域中应用越来越广泛,为了保证其精度,需降低齿槽转矩。针对永磁同步电主轴大小磁极不同个数和不同安装位置对齿槽转矩脉动的影响进行了研究。在阐述齿槽转矩产生机制和削弱方法的基础上,建立了永磁同步电主轴运动电磁场有限元模型,分别对永磁同步电主轴大小磁极的不同个数和不同安装位置的齿槽转矩进行了仿真。最后,利用MATLAB对仿真所得的数据进行计算、分析和对比。结果表明:适当的大小磁极个数和安装位置可有效地削弱永磁同步电主轴的齿槽转矩脉动。