基于交直轴电流耦合的单电流调节器永磁同步电机弱磁控制

基于交直轴电流耦合的单电流调节器弱磁控制是一种新颖的永磁同步电机弱磁策略,能够解决双电流调节器在电机高速域相互冲突而易于饱和的问题。交轴电压指令如何确定是此方法的研究重点,直接影响电机的电压利用率、效率以及负载能力。该文基于电机电压方程对电流耦合调节弱磁控制基本原理进行描述,并提出改进的控制方法。利用id-iq坐标平面上的定子电流轨迹,对现有方法的缺点和所提出方法的预期控制效果进行了分析。在小信号范围内,对所提出方法的动态控制过程和可控性进行了阐述。所提出的电流耦合调节变交轴电压弱磁控制策略,交轴电压指令根据电机工况自行调节,无需查表,且不依赖电机参数,易于实现。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和性能优势。     

基于带载能力最大化的PMSM单电流调节器弱磁控制

单电流调节器弱磁控制主要针对永磁同步电机高速运行时因交直轴电流高度耦合而导致调速性能变差的问题提出。根据永磁同步电机数学模型从理论上分析了其单电流弱磁控制的可行性,并针对电机单电流调节器弱磁控制时带载能力弱的问题提出了一种全新的q轴电压给定方法,改善单电流调节器弱磁控制性能。仿真分析和实验结果证明了该方法的正确性和可行性。     

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。     

变频空调驱动电机的弱磁控制

在研究内埋式永磁同步电机(IPMSM)无速度传感器控制策略的基础上,阐述了永磁同步电机弱磁控制的基本原理及弱磁扩速难的原因.运用龙贝格观测器估算电机转速,提出一种基于交轴电压的弱磁控制方法,利用交轴电压控制直轴电流,将交轴电压的期望值与反馈值作差,计算得到弱磁电流误差信号,对其进行PI运算得到弱磁电流。采用Matlab软件建立了系统仿真模型,验证了算法的正确性。针对1.5匹变频空调用永磁同步电机开发了基于STM32F103R8T6 ARM的弱磁控制系统实验平台,实验验证该控制算法可将变频空调压缩机驱动电机的可控频率提升至120Hz。     

电动汽车IPMSM弱磁控制技术

电动汽车内置式永磁同步电机(IPMSM)主要利用其磁路不对称性的特点来进行弱磁控制,以达到提升电机调速范围的目的,因此分析电机参数对弱磁运行性能的影响具有重大意义。同时为解决IPMSM在弱磁扩速时交、直流电流强耦合的问题,采用一种新的单电流调节器的弱磁控制方式,该方法具有结构简单、动态响应快、参数鲁棒性好等优点。搭建系统Matlab/Simulink仿真模型,并在以TC1782为主控芯片的电动汽车驱动控制系统平台上对该控制策略进行验证。     

纯电动汽车用内置式PMSM的MTPA-FW控制算法对比研究

以一台25 kW电动汽车用内置式永磁同步电机作为被控对象,分别使用梯度下降法、电流超前角β法对比分析,实现了弱磁控制。在整个控制系统中,2种算法均使用了电流、转速和电压三闭环反馈控制,以定子相电压Us对变频器直流侧母线电压Udc的利用率为基础,采集电流调节器ACR输出的交/直轴电压U_(dq),与定子相电压最大值Usmax相比较组成反馈电压控制环,经积分调节器,最终得到修正后的交/直轴电流。与反馈的交/直轴电流比较后的差值,作为电流调节器ACR的输入。在t=0.2 s时刻,负载转矩由80 Nm阶跃到20 Nm,转速由额定转速3000 r/min阶跃到最高转速12000 r/min,由转速曲线可以看出,采用2种不同弱磁调速算法,均可以实现具备4倍弱磁调速能力。仿真证明了弱磁控制算法的合理性,实现了电磁转矩与转速的快速跟踪,以及较小的电流与转矩纹波,并初步搭建了动力系统平台,为后续试验提供理论依据。     

PMSM超前角弱磁控制的研究

在整个控制系统中使用了电流、转速和电压的三闭环控制,以电机端电压对变频器直流侧电压的利用率为基础,检测提供给电机的交直轴电压,与给定的电压值相比较组成新的电压控制环,由电压控制环形成电机弱磁的超前角。通过仿真验证了使用的超前角弱磁可以做到在id=0的恒转矩区平滑的过渡到弱磁控制的恒功率区,整个控制切实可行。     

基于虚拟电阻的永磁同步电机单电流调节器弱磁控制

单电流调节器弱磁控制是一种有效的永磁同步电机弱磁控制策略,该控制方法只需要一个电流调节器就可以同时实现速度调节和弱磁控制,结构简单、动态响应快,并且能够解决传统弱磁控制策略中双电流调节器在电机高速时易于饱和的问题,但是电机不能充分利用逆变器输出电压,且电机的带载能力和效率不能兼顾。该文提出基于虚拟电阻的单电流调节器弱磁控制策略,对单电流调节器弱磁控制中的弱磁电压依据电流轨迹进行优化设计,在保证动态调速性能和带载能力的同时实现效率优化;构建基于虚拟电阻的单电流调节器弱磁控制系统,通过仿真和实验验证了该算法的正确性和有效性。     

电动汽车IPMSM弱磁控制技术

针对电动汽车IPMSM的弱磁控制,提出一种弱磁切换的工程应用方法。根据IPMSM的数学建模和约束条件分析,划分其工作区段以及转折点。基速以下采用最大转矩电流比控制(MTPA)来减小损耗提高效率,同时检测交直轴电压分量并与限定电压值比较,在转折点实现弱磁算法的切换。通过分析IPMSM的弱磁运行轨迹,在MATLAB中建模对控制算法和电动汽车运行工况进行仿真,验证控制策略的可行性。最终采用TMS320F28335数字芯片搭建电动汽车驱动控制系统平台,延伸扩展达到工程应用的目的。     

高功率因数无电解电容电机驱动系统电流控制策略

因成本与使用寿命上的优势,无电解电容电机驱动技术正逐步得到应用。然而,由于仍存在相电流幅值过大与弱磁控制不稳定的问题,直接影响了该技术的推广。为此,提出一种单相输入高功率因数无电解电容电机驱动的电流控制策略。通过调整交轴电流指令的轨迹,使驱动器输入侧具有高功率因数,且电机相电流峰值比以往方法有明显削减;对弱磁失控现象,提出基于交轴电压修正的弱磁控制方法。在变频空调压缩机控制系统上的实验验证了该电流控制策略的有效性。实验结果表明,该控制策略能在输入电流满足IEC谐波标准的前提下,使电机相电流峰值降低,并确保弱磁控制环路的稳定性。     

考虑磁路交叉饱和的内置式永磁同步电动机调速控制

内置式永磁同步电动机由于在结构上气隙小,交直轴电感参数差异大,因此其控制性能受参数影响敏感.由于内置式永磁同步电动机的这个特点,它在其整个控制区域,即恒转矩区域和弱磁运行区域,都必须要考虑磁路交叉饱和对电机参数的影响.文章建立了考虑交叉饱和的永磁同步电动机暂态有限元模型,通过有限元模型和修正的电感计算方法对考虑交叉饱和情况下的电机d轴和q轴电感进行了分析计算.并利用有限元模型对电机最佳电流控制角、输出转矩及弱磁控制性能等进行分析.最后用求得的电感参数用于控制并与直接采用有限元方法的分析结果进行比较验证,实验结果表明两者完全吻合.     

抗干扰的三相PWM整流器改进前馈控制策略

基于三相PWM整流器的电压、电流双闭环控制结构,不影响系统跟随性的前提下,电流内环加上前馈补偿,提高其抗干扰性能。根据输入输出之间的功率平衡关系,电压外环加上负载电流反馈,抑制负载扰动对系统的影响。对q轴(有功功率轴)电流与d轴(无功功率轴)电流独立控制,并给出了电压调节器与电流调节器的设计、计算方法。最后,通过simulink软件,控制方法采用SVPWM的电流控制方法仿真,表明系统稳定性和抗干扰性都明显提高。     

方波工况下PMSM单电流调节器控制策略的研究

轨道交通领域中的永磁同步电机PMSM(permanent magnet synchronous motor)在高速区通常运行在方波工况,电机电压幅值达到最大值时失去调节能力,仅有电压矢量角可供调节,导致传统的基于双电流环的控制策略失效。通过对方波工况下转矩与电压相角、d轴和q轴电压以及电流与电压相角、d轴和q轴电压关系的推导,可得方波工况下有6种不同的单电流环控制策略,目前应用于方波工况下的单电流环控制策略属于这6种控制策略之一。通过建立小信号模型,对这6种控制策略的稳态性能以及动态性能进行分析比较。最后通过仿真以及实验研究证明了理论分析的正确性。     

基于交轴电流补偿的内嵌式永磁同步电机深度弱磁控制

针对电动汽车用内嵌式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM)在深度弱磁区域电流、转矩振荡较大,电流调节器易饱和等问题,提出了一种负q轴电流补偿的电压反馈弱磁控制策略。首先介绍了传统电压反馈弱磁控制策略,分析了在深度弱磁区电流、转矩振荡的原因;然后结合最大转矩电压比控制,采用负q轴电流补偿的方法,降低了q轴电流环增益,且系统在深度弱磁区域的电流、转矩振荡得到了明显抑制,提高了系统的稳定性;同时对传统的MTPA控制和id=0控制与两种弱磁方法进行了稳态特性测试。最后通过实验证明了负q轴电流补偿法弱磁控制策略的可行性。     

三相并网逆变器电感在线辨识控制

针对三相并网逆变器采用无差拍电流预测控制时对滤波电感参数比较敏感的特点,提出一种电感在线辨识的电流预测控制方案.采用电网电压定向的矢量控制策略,将电网电压合成矢量定在d-q旋转坐标系d轴上,使d轴电流控制有功功率,q轴电流控制无功功率,实现了d轴和q轴电流的解耦控制.同时,将在线辩识的电感应用于三相并网逆变器无差拍电流...     

基于双d-q坐标系的并网逆变器控制策略

根据三相并网逆变器的数学模型分析了直接电流控制策略和间接电流控制策略的控制机理。忽略线路电阻时,在单位功率因数情况下,逆变器输出电压d轴分量总等于电网电压峰值,据这一特征提出对逆变器d轴电流分量id单闭环的间接电流控制策略。分析了新方法的并网功率因数受线路阻抗与电网电压检测精度的影响程度,并根据造成功率因数低的原因提出了一种在双d-q坐标下的并网控制策略,将不同的量设定在不同的坐标系中,但双坐标中所有的量仍满足平行四边形法则,实现了单位功率因数并网运行。仿真结果表明,所提控制策略具有良好的控制效果。     

Current Control of Induction Machines in the Field-Weakened Region

This paper presents a novel current regulation algorithm for induction machines that enables smooth operation and maximum torque-per-ampere capability over the entire field-weakened region. The algorithm enables robust current regulation with maximum torque capability despite significant variation in voltage source and machine parameters. The algorithm identifies when the current regulator begins to saturate and determines the optimum d-axis current command for the machine. The q-axis current command is determined as a function of the torque command and the d-axis current feedback. In the field-weakened region, the -axis current is monitored not to exceed the maximum -axis current. The maximum q-axis current is calculated based on the maximum slip frequency, which is a function of rotor frequency, q-axis current gesmaximum q-axis current (in motoring mode) indicates that the machine entered field-weakened region II, and the -axis current is limited to its maximum value. Experimental results from a machine prototype show that the algorithm provides good overall dynamic response and smooth transitions into the field-weakened region with maximum torque-per-ampere capability in all four quadrants of operation.     

考虑磁路饱和的IPMSM电感辨识算法及变参数MTPA控制策略

内置式永磁同步电机(IPMSM)d、q轴电感会随着磁路饱和程度的不同而发生改变,这会降低最大转矩电流比(MTPA)控制的有效性。考虑到定子电流引起的磁路饱和及交叉饱和效应的影响,提出了相应的d、q轴电感辨识算法和变参数MTPA控制策略。采用基于旋转高频电压注入的d、q轴电感辨识算法可在其他电机参数未知的前提下得到不同负载条件下的d、q轴电感;变参数MTPA控制策略能够充分利用标幺值化处理的优势,在转矩-最优电流控制表不变的基础上,只需根据实际d、q轴电感更新电流基值和转矩基值便可克服电感变化带来的不利影响,并实现一定转矩条件下的最佳MTPA控制。最后在电机控制实验平台上通过实验对提出的电感辨识算法和变参数MTPA控制策略的可行性和有效性进行了验证。     

Novel Antiwindup of a Current Regulator of a Surface-Mounted Permanent-Magnet Motor for Flux-Weakening Control

This paper proposes a novel antiwindup method of current regulator for the drive system of a surface-mounted permanent-magnet synchronous motor at flux-weakening region. It is designed in conjunction with the synchronous-frame proportional and integral current regulator and the space vector pulse width modulation. The difference between the regulator output voltage and the saturated voltage on the$q$-axis of the regulator is used for flux-weakening control, which modifies the$d$-axis current reference. With this method, the antiwindup and the flux-weakening control can be achieved simultaneously. Since the proposed method utilizes the dc-link voltage more efficiently, it makes the motor generate higher output torque than the conventional antiwindup and/or flux-weakening control methods under the same voltage and current limitation. The effectiveness of this method is confirmed by computer simulations and experiments.     

混合励磁同步电机新型矢量控制算法研究

在速度分区控制的基础上提出一种混合励磁电机矢量控制算法,该方法综合考虑了负载转矩、励磁电流及母线电压对弱磁基速的影响,在线动态计算弱磁基速。在弱磁区,保持气隙合成反电势恒定,利用励磁电流和d轴电流共同弱磁升速。采用Matlab/Simulink仿真软件建立混合励磁同步电机控制系统,对所提算法进行验证。仿真结果表明该算法可实现混合励磁电机低速大转矩和高速宽调速范围运行。