具有最大转矩电流比的IPMSM直接转矩控制

为提高内置式永磁同步电机(IPMSM)控制性能,将直接转矩控制(DTC)与最大转矩电流比(MTPA)控制相结合,提出一种具有MTPA的IPMSM DTC方法。该方法采用MTPA控制和多项式插值方法建立了定子磁链与电机输出转矩之间的关系,可根据电机不同运行工况,动态调整定子磁链给定值。实验结果表明,所提控制方法在保持DTC快速动态响应性能的同时,可有效降低定子电流幅值,减小功率损耗,提高驱动系统运行效率。     

基于磁链误差改进算法的PMSM直接转矩控制

针对永磁同步电动机DTC系统转矩脉动较大的问题,采用电压空间矢量调制技术,设计了一种基于磁链误差改进算法的直接转矩控制系统(改进型SVM-DTC系统),该方法由磁链误差计算单元计算定子磁链参考值与观测值之间的误差,通过空间电压矢量调制得到有效参考电压,从而输出逆变器控制信号。这样在一个开关周期内选择最合理的空间电压矢量来完全补偿电机转矩和定子磁链的观测值与参考值之间的误差,减小电磁转矩脉动。仿真结果表明,该方案既有效减小了电机转矩脉动,又保持了直接转矩控制快速动态响应的特性。     

永磁同步发电系统中转矩和磁链精确线性化解耦控制

为了实现直接转矩控制(direct torque control,DTC)永磁同步发电系统直流输出电压的快速而平稳控制,需要电磁转矩与定子磁链控制之间的解耦。该文首先根据定子静止坐标系中定子电流和定子磁链状态方程,推导出以电磁转矩和定子磁链幅值平方为状态变量的永磁同步发电机仿射非线性模型。然后以该非线性模型为基础,结合输入输出线性化理论推导出以电磁转矩和定子磁链幅值平方为输出变量的定子电压矢量给定数学模型。根据定子磁链幅值平方和电磁转矩跟踪控制要求,设计出线性化后系统输入控制变量形式,并据此进一步计算出定子电压参考矢量。最后利用空间电压矢量调制(space voltage vector modulation,SVVM),实现永磁同步发电机定子磁链幅值和电磁转矩控制的动态解耦。实验结果表明,采用该文提出的新型控制策略发电系统具有理想的电磁转矩和定子磁链幅值跟踪性能,转矩及电流脉动较小,直流输出电压控制迅速而平稳。     

基于MTPF永磁同步电动机直接磁链控制

为了提高永磁同步电动机的调速性能,提出了基于最大转矩/磁链的定子磁链直接控制的方法.研究了基于空间矢量脉宽调制的永磁同步电动机过调制技术.在控制过程中磁链比较环节的定子磁链给定不再是一个恒定的值,而是根据负载转矩和给定转速来动态调整,从而通过直接控制定子磁链来实现转矩的控制.实验证明基于最转大转矩/磁链定子磁链直接动态控制方式要明显优于传统恒定磁链的直接转矩控制方式,定子磁链的动态控制减少了转矩建立的时间,无需电流控制器,具有减小磁链和转矩脉动的特点;直接磁链控制算法与过调制技术相结合后,在弱磁控制区也实现了快速的动态转矩响应特性.     

基于定子磁链电压模型的感应电动机新型控制策略

针对感应电动机调速系统,基于定子磁链的电压模型提出了一种新型控制策略,实现了对电磁转矩和定子磁链模值的动态控制,调速系统的控制部分主要由转速调节器、转矩调节器、磁链调节器和定子电压计算模块等组成。根据转矩调节器和磁链调节器的输出值,定子电压计算模块计算出定子电压矢量,使电磁转矩和定子磁链模值跟踪各自给定值的变化。这种控制策略的特点是结构简单,计算量小。仿真结果验证了这种新型控制策略的有效性。     

定子磁场定向异步电机弱磁运行特性研究

虽然很多学者提出了各种定子磁场定向异步电机弱磁最大转矩控制策略,但是弱磁区域运行时电机特性的定量分析却很少有文献涉及.针对该问题,对弱磁区域运行的定子磁场定向控制异步电机特性进行了详细的定量分析.基于异步电机Г型等效电路,推导出弱磁运行区域一电机阻抗角的极小值和相应同步角频率,以及进入弱磁区域二的同步角频率及电机运行特征值.弱磁区域转折频率和最大转差值的仿真结果与理论值相比,误差不超过3％.搭建了试验平台,实现了弱磁运行区域的最大转矩输出.试验结果表明,电机内部变量的变化规律与理论分析一致,转折频率与理论值误差不超过5％,电压和电流幅值与理论极限值的误差不超过6％.     

基于定子磁链降阶状态观测的永磁同步电机无差拍直接转矩控制系统

针对传统永磁同步电机直接转矩控制中存在的磁链和转矩脉动较大、逆变器开关频率不恒定的缺点。文中提出了一种无差拍的永磁同步电机直接转矩控制方案。在一个控制周期内同时精确补偿了给定磁链幅值与实际磁链幅值、给定转矩幅值与实际转矩幅值的误差,实现了磁链与转矩的无差拍控制。为解决永磁同步电机直接转矩控制系统需要转子的初始位置信息以确定定子磁链的初始值这一问题,本文通过构造定子磁链降阶观测器的方法消除初始磁链误差,使永磁同步电机直接转矩控制系统的运行不依赖转子初始位置信息。最后提出了一种适宜于无差拍直接转矩控制算法和定子磁链降阶观测器的基于转子磁链的转速辨识方法。使整个系统实现无速度传感器运行。     

永磁同步电机两种磁场定向控制策略的比较

简要分析了永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)矢量控制和直接转矩控制的基本原理.矢量控制基于转子磁场定向,利用解耦思想将电机电流分解为转矩电流和励磁电流,并分别加以控制,从而获得高性能的控制效果.直接转矩控制基于定子磁场定向,以电机转矩为控制对象,通过实时观测电机转矩和定子磁链,利用滞环控制器和开关选择表控制逆变器功率器件的开关状态,输出合理的电压矢量,达到对转矩和定子磁链控制的目的.以TMS320LF2407A为控制芯片,并采用智能功率模块,搭建了实验平台,对这两种控制策略的初步实验测试结果表明,直接转矩控制的动态响应特性与矢量控制相差不大,但存在明显的电流和转矩波动.     

ALA+PM转子同步电机直接转矩控制探讨

该文比较了ALA+PM转子同步电机和传统的PMSM电机的转矩特性,前者随定子磁链的增大,转矩与负载角始终保持线性关系,不像后者需要约束条件。直接转矩控制是ALA+PM转子同步电机最好的控制方式,但定子磁链大于永磁磁链和小于永磁磁链,都会使定子电流增大,采用最大转矩/电流比(MTPA)方式给定定子磁链不会产生额外损耗。     

基于最大转矩电流比动态磁链给定的直接转矩控制

分析得出了凸极永磁同步电机直接转矩控制中定子磁链给定必须限制在一定范围.用极值原理推导出在输出转矩一定时所需要的最小d,q轴电流应满足的关系式,同时给出了一种简洁的工程近似求解方法.最后,以变化的磁链给定代替恒定磁链给定以实现最大转矩电流比,有效克服了常规直接转矩控制在磁链给定太小时启动困难的缺点,而且大大提高了系统运行效率,仿真结果表明了该方法的有效性.     

Modified direct torque control method for induction motor drives based on amplitude and angle control of stator flux

This paper proposes design and implementation of a direct torque controlled induction motor drive system. The method is based on control of separation between amplitude and angle of reference stator flux for determining reference stator voltage vector in generating PWM output voltage for induction motors. The objective is to reduce electromagnetic torque ripple and stator flux droop which result in a decrease in current distortion in steady-state condition. In addition, the proposed technique provides simplicity of a control system. The direct torque control is based on the relationship between instantaneous slip angular frequency and rotor angular frequency in adjustment of the reference stator flux angle. The amplitude of the reference stator flux is always kept constant at rated value. The system has been implemented to verify its capability such as torque and stator flux responses, stator phase current distortion both during dynamic and steady state with load variation, and low speed operation.     

Direct Flux Field-Oriented Control of IPM Drives With Variable DC Link in the Field-Weakening Region

This paper presents the direct flux control of an interior permanent-magnet (IPM) motor drive in the field-weakening region. The output torque is regulated by the coordinated control of the stator flux amplitude and the current component in quadrature with the flux, and it is implemented in the stator flux reference frame. The control system guarantees maximum torque production taking into account voltage and current limits, in particular in case of large dc-link variations. The field-oriented control does not necessarily require an accurate magnetic model of the IPM motor, and it is able to exploit the full inverter voltage at different dc-link levels with no additional voltage control loop. The feasibility of the proposed control method is investigated in discrete-time simulation, then tested on a laboratory rig, and finally implemented on board of an electric scooter prototype. The motor under test is an IPM permanent-magnet-assisted synchronous reluctance machine, with high-saliency and limited permanent-magnet flux.     

一种内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的效率优化方法

提出了一种适用于内置式永磁同步电机(IPMSM)直接转矩控制驱动系统的效率优化方法。基于考虑铁心损耗的IPMSM模型,对电机损耗与运行转速、电磁转矩以及定子磁链三者之间的关系进行了研究分析。根据典型的IPMSM直接转矩控制不使用零电压矢量的特点,对电机功率损耗计算式进行了简化,推导得出在一定运行工况条件下IPMSM的效率最优定子磁链幅值。仿真结果验证了该方法不仅可以保持直接转矩控制动态响应的快速性,而且有效地提高了电机在稳态运行时的效率。     

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。     

直接转矩控制永磁同步发电机相位自校正型定子磁链观测器

直接转矩控制永磁同步发电具有电磁转矩和直流电压输出动态响应快等优点,但这些优点的实现需要准确的定子磁链。实际发电机参数在一定范围内随工作点变化而变化,这就要求定子磁链观测器对这些参数变化具有很强的鲁棒抑制特性。该文提出一种新型定子磁链观测器,该观测器借助有效磁链概念计算出转子磁极位置角观测值,基于此将定子磁链电压模型和电流模型联系起来,无需转子速度信息;为了进一步降低观测的定子磁链相位误差,将观测的定子电流矢量与实际定子电流矢量乘积结果送给PI调节器,利用PI输出值对转子位置角观测值进行校正。实验结果表明,采用该文提出的定子磁链观测器在无需转子速度及参数辨识情况下,对电机参数变化及模拟量采样误差具有很强的鲁棒抑制特性,可以获得准确的磁链观测值,实现电磁转矩和直流发电电压的快速而平稳控制。     

表贴式永磁同步电机磁链和转矩无差拍控制系统

建立了基于定子磁链坐标系的表贴式永磁同步电机(SPMSM)下一时刻的磁链和转矩计算简化模型,验证了可以采用简化模型来计算下一时刻的磁链和转矩,从而降低无差拍控制计算复杂程度,提高系统实时性能,并得到实现磁链和转矩无差拍控制的理想输出电压矢量。采用模型预测控制(MPC)选择最接近理想电压矢量的基本电压矢量作为输出电压矢量。仿真验证了所提SPMSM磁链和转矩无差拍控制系统的可行性。为了进一步提高系统实时性能,提出2种无需MPC的基本电压矢量简化选择方法。仿真结果表明所提出的电压矢量简化选择方法控制效果与传统MPC非常接近,但省却了MPC计算,减小了系统计算负担。     

基于定子电压矢量定向的转矩提升方法研究

感应电动机定子电阻压降导致V/F控制系统低速时的输出转矩下降,严重影响了V/F控制系统的低速性能。在分析现有转矩提升方案的基础上,提出了一种新颖的转矩提升方法。通过基于定子电压矢量定向的旋转坐标变换,可以实现定子电流的解耦,从而方便地得到定子电阻压降补偿量。该方法只需知道定子电阻值,实现简单。实验结果表明:采用补偿方案后,电机起动性能良好,电机能在1 Hz满载平稳运行。实验结果验证了该转矩提升方案的有效性。     

计及逆变器电压输出限制的感应电机无差拍直接转矩控制

提出一种新的感应电机无差拍直接转矩控制方法。基于感应电机的离散化模型,在定子磁场定向坐标系中,以定子和转子磁链为状态变量,导出了空间矢量无差拍直接转矩控制的电压控制律。采用一种图形化的分析方法,直观地揭示了无差拍直接转矩控制电压矢量解的物理意义。研究了在电压源逆变器输出电压受限条件下,无差拍直接转矩控制的设计与实现问题。针对电机的不同运行工况要求,给出了3种可选的电压矢量解的实现方案。在理论分析的基础上,对控制算法进行了仿真和实验测试,结果表明调速系统的转矩和磁链动态响应快,控制性能优良。     

永磁同步电机直接转矩控制双模糊控制系统

设计了永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)双模糊控制系统,采用模糊控制器同时控制电压矢量角度和电压矢量幅值。一个模糊控制器取代传统DTC系统中的磁链和转矩滞环比较器及开关表来输出基本电压矢量,即电压矢量角度;另一个模糊控制器输出基本电压矢量作用时间,即电压矢量幅值。仿真结果表明:PMSMDTC双模糊控制系统运行良好,可实现四象限运行。与仅采用模糊控制输出电压矢量角度或电压矢量幅值控制相比,双模糊控制系统可有效抑制转矩和磁链脉动。     

双三相永磁同步电机在混合储能系统中的转矩分配控制策略

针对电动汽车航能力差、电机控制不稳定的问题,将双三相永磁同步电机应用于电动汽车上,并设计了一种基于混合储能系统(HESS)的多相电机转矩分配控制策略。首先,利用矢量控制方式对永磁同步电机转矩与定子磁通之间的关系进行分析,得出转矩矢量表达式。其次,基于磁通和转矩的增量,提出了绕组去耦补偿、磁通观测和参数辨识方法,通过磁通参考值与磁通观测器之间的误差计算电压参值。最后,采用Matlab/Simulink软件对所提出的永磁同步电机控制系统进行仿真实验与分析。仿真结果表明:在所提控制策略下,系统负载转矩具有较强的抗干扰能力和良好的稳态性能;且具良好的电流控制效果,可在允许范围内逐步减弱至平衡状态。