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基于传动模型重构的永磁同步直线电机机械参数辨识

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中国电机工程学报 2024年第4期44卷 1597-1607,I0029页

作者：鲍明堃周扬忠钟天云福建省新能源发电与电能变换重点实验室(福州大学) 福建省福州市350108

针对永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMSLM)机械参数辨识中存在模型不准确、辨识参数耦合、辨识精度低等问题,该文提出一种基于传动模型重构的机械参数辨识算法。首先,根据重构模型建立扩张状态观测器得... 详细信息

针对永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMSLM)机械参数辨识中存在模型不准确、辨识参数耦合、辨识精度低等问题,该文提出一种基于传动模型重构的机械参数辨识算法。首先,根据重构模型建立扩张状态观测器得到动子质量和摩擦力、电磁推力、质量辨识初值的耦合信息;其次,为消除这种耦合,提出一种两级式的动子质量解耦辨识策略。再次,根据PMSLM的摩擦特性,构造一种综合考虑速度和加速度影响的摩擦力模型,更精确地描述真实摩擦力。最后,搭建基于机械参数辨识算法的控制系统,通过仿真和实验验证,证明所提辨识算法的有效性。

关键词：永磁同步直线电机机械参数辨识扩张状态观测拓展卡尔曼滤波解耦摩擦力模型

双五相PMSM串联系统内嵌ADRC的无差拍控制

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电源学报 2024年

作者：丁逸健周扬忠福建省新能源发电与电能变换重点实验室(福州大学)

五相永磁同步电机(Five-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor，FPPMSM)反电动势谐波会显著降低单逆变器供电双FPPMSM串联驱动系统解耦运行性能；传统的基于电机准确模型构建的双FPPMSM串联驱动系统控制策略对电机参数变化太敏感... 详细信息

五相永磁同步电机(Five-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor，FPPMSM)反电动势谐波会显著降低单逆变器供电双FPPMSM串联驱动系统解耦运行性能；传统的基于电机准确模型构建的双FPPMSM串联驱动系统控制策略对电机参数变化太敏感。为此，本文首先构建以磁链幅值及转矩角为中间变量的转矩与磁链之间解耦的无差拍控制；接着，构建速度环自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control， ADRC)产生电机基波转矩给定，并基于此，构建转矩环自抗扰控制产生转矩角增量。实验表明所提控制策略对电机参数变化不敏感，两台电机之间解耦运行性能更佳。

关键词：单逆变器供电双五相永磁同步电机串联驱动无差拍控制自抗扰

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无轴承磁通切换电机转子磁悬浮内模控制研究

电源学报 2024年

作者：陈东远周扬忠周谋捷福建省新能源发电与电能变换重点实验室(福州大学)

为了增强转子径向磁悬浮运行的鲁棒性，本文结合非线性反馈线性化理论和内模控制方法，提出一种无轴承磁通切换电机转子磁悬浮控制策略。该控制策略以无轴承磁通切换电机转子动力学模型为内模，通过二阶滤波器将实际电机与内模输出之差... 详细信息

为了增强转子径向磁悬浮运行的鲁棒性，本文结合非线性反馈线性化理论和内模控制方法，提出一种无轴承磁通切换电机转子磁悬浮控制策略。该控制策略以无轴承磁通切换电机转子动力学模型为内模，通过二阶滤波器将实际电机与内模输出之差扩张成一个新型非线性误差系统，并根据输入–输出反馈线性化理论计算悬浮电流给定。仿真及实验结果表明，所提控制策略能够有效地实现转子径向磁悬浮高鲁棒性运行控制。

关键词：无轴承磁通切换电机转子动力学模型非线性反馈线性化内模控制

高频电流注入单绕组无轴承磁通切换电机悬停及启动过程的无径向位移传感器控制

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中国电机工程学报 2023年第8期43卷 3204-3216页

作者：陈垚周扬忠福建省新能源发电与电能变换重点实验室(福州大学) 福建省福州市350112

无轴承电机在悬停及启动过程始终需要保持稳定悬浮,准确获取转子径向位移信息是控制转子稳定悬浮的关键,传感器的使用易受环境影响,降低系统可靠性,并且增加系统成本。针对电机悬停及启动过程,提出一种基于高频电流注入的无径向位移传... 详细信息

无轴承电机在悬停及启动过程始终需要保持稳定悬浮,准确获取转子径向位移信息是控制转子稳定悬浮的关键,传感器的使用易受环境影响,降低系统可靠性,并且增加系统成本。针对电机悬停及启动过程,提出一种基于高频电流注入的无径向位移传感器控制方法。首先,基于电机电感数学模型,建立当转矩平面注入高频旋转电流信号后,空间对称绕组中有效高频偏差电势幅值与转子径向位移的关系;接着,利用线性正弦跟踪器提取有效高频偏差电势幅值;然后,基于上述电势幅值与转子径向位移关系,构建转子径向位移观测器;最后,将观测位移与自抗扰控制策略相结合,构建高性能的无径向位移传感器控制策略。理论分析与实验结果验证所提方法的有效性。

关键词：单绕组无轴承磁通切换电机高频电流注入线性正弦跟踪器无径向位移传感器控制

永磁同步电机位置伺服系统改进变结构自抗扰控制

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仪器仪表学报 2022年第5期43卷 263-271页

作者：张臻周扬忠福州大学福建省新能源发电与电能变换重点实验室福州350116

为进一步提高传统变结构自抗扰控制器的控制精度,增强永磁伺服驱动系统的抗干扰能力,提出一种改进变结构自抗扰控制策略。该方法在基于变结构原理设计的扩张状态观测器中引入位置、速度的观测误差以实现状态变量的无差估计,采用基于指... 详细信息

为进一步提高传统变结构自抗扰控制器的控制精度,增强永磁伺服驱动系统的抗干扰能力,提出一种改进变结构自抗扰控制策略。该方法在基于变结构原理设计的扩张状态观测器中引入位置、速度的观测误差以实现状态变量的无差估计,采用基于指数趋近律设计的非线性状态误差反馈控制律实现线性控制与非线性控制的平滑过渡,并在此基础上引入位置跟踪误差,提高伺服系统的跟踪性能。通过实验分析比较了改进变结构自抗扰控制与传统变结构自抗扰控制两种控制策略,结果显示改进控制策略较传统控制策略的位置跟踪误差减少了约30%。当负载突变时,传统控制策略的跟踪误差约为负载突变前最大跟踪误差的3.4倍,而改进变结构自抗扰控制策略仍能准确跟踪给定信号。

关键词：永磁同步电机自抗扰控制变结构控制复合控制频域分析

六相串联三相双PMSM驱动系统低速区转子位置角高精度解耦观测研究

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仪器仪表学报 2023年第8期44卷 265-276页

作者：陈涛周扬忠福州大学福建省新能源发电与电能变换重点实验室福州350116

静止坐标系下通过控制不同平面的电压矢量可以实现六相串联三相PMSM系统中两台电机的独立解耦控制。基于此,在静止坐标系下六相平面和三相平面同时注入旋转高频电压,通过解调对应平面高频电流的负序分量,解耦获得两台电机的转子位置角... 详细信息

静止坐标系下通过控制不同平面的电压矢量可以实现六相串联三相PMSM系统中两台电机的独立解耦控制。基于此,在静止坐标系下六相平面和三相平面同时注入旋转高频电压,通过解调对应平面高频电流的负序分量,解耦获得两台电机的转子位置角初步观测值。为了补偿定子电阻、转速和滤波器对观测带来的误差,利用高频电流正序分量中误差角信息与转速前馈相结合的补偿方法,对转子位置角观测值进行补偿。实验结果表明,六相和三相电机稳态转子位置角观测误差绝对值的平均值为0.146和0.106 rad,动态下最大误差为0.2 rad;基于观测的转子位置角构建的无位置传感器直接转矩控制系统低速各种运行工况性能优越。

关键词：六相串联三相PMSM系统旋转高频电压前馈补偿解耦观测转子位置角观测

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混合励磁型无轴承磁通切换电机损耗最小控制

电机与控制学报 2023年第9期27卷 53-62页

作者：何佳佳周扬忠福州大学福建省新能源发电与电能变换重点实验室福建福州350108

混合励磁型无轴承磁通切换电机(BFSHEM)的电枢绕组需要同时流过转矩电流和悬浮电流,通常有着较大的绕组发热量及系统损耗量,制约着电机效率的进一步提升。针对上述问题,以12槽/10极BFSHEM为研究对象,通过合理分配电枢电流和励磁电流的占... 详细信息

混合励磁型无轴承磁通切换电机(BFSHEM)的电枢绕组需要同时流过转矩电流和悬浮电流,通常有着较大的绕组发热量及系统损耗量,制约着电机效率的进一步提升。针对上述问题,以12槽/10极BFSHEM为研究对象,通过合理分配电枢电流和励磁电流的占比,构建BFSHEM损耗最小控制策略以实现电机系统的总损耗最小。首先利用有限元仿真分析电机的铜耗及铁耗,从而确定影响电机损耗的可控电磁变量。由于影响BFSHEM铁耗的电磁变量较多,且各变量间耦合较强,鉴于现有铁耗模型难以兼顾BFSHEM铁耗计算的精度与速度要求,提出利用BP神经网络拟合出铁耗与各电磁变量的响应模型,之后使用广义模式直接搜索算法在线求解BFSHEM损耗模型的最优解,最后通过BFSHEM控制系统输出能够实现电机最小损耗的最优电流分配值。仿真及实验结果表明,BFSHEM损耗最小控制能够有效减少电机总损耗,减轻电枢绕组散热压力,提升电机输出效率,具有良好的应用前景。

关键词：混合励磁无轴承磁通切换电机损耗最小控制 BP神经网络铁耗模型广义模式搜寻

结合预测开关表的六相串联三相双PMSM系统模型预测转矩控制

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中国电机工程学报 2022年第18期42卷 6846-6855页

作者：潘斌周扬忠钟天云福建省新能源发电与电能变换重点实验室(福州大学) 福建省福州市350116

现有的六相串联三相双永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)系统模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)存在计算负担重、零序电流抑制效果不佳等问题,针对这些问题,该文提出一种结合预测开关表的... 详细信息

现有的六相串联三相双永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)系统模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)存在计算负担重、零序电流抑制效果不佳等问题,针对这些问题,该文提出一种结合预测开关表的模型预测转矩控制。为提升核心处理器的计算效率,基于直接转矩控制基本原理,构建一种预测开关表,仅预选部分基本电压矢量参与对2台PMSM的控制,减少了备选电压矢量。为有效抑制零序电流,提出一种零序电流抑制策略,全部预选的基本电压矢量被合成为零序电压等于给定的虚拟电压矢量,使得最终通过预测算法得到的最优虚拟电压矢量能够满足系统对零序电流的控制需求。实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

关键词：多电机串联系统模型预测转矩控制直接转矩控制预测开关表零序电流虚拟电压矢量

反电动势三次谐波高占比五相永磁同步电动机转子初始位置估计方法

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中国电机工程学报 2022年第9期42卷 3422-3431页

作者：吴京周周扬忠钟天云福建省新能源发电与电能变换重点实验室(福州大学) 福建省福州市350116

含有三次谐波反电动势的五相永磁同步电动机,注入三次谐波电流可进一步提高其负载能力,预先获得其精确的转子初始位置直接决定其启动性能。针对反电动势三次谐波高占比的五相永磁同步电动机,提出一种基于脉冲电压注入的转子初始位置估... 详细信息

含有三次谐波反电动势的五相永磁同步电动机,注入三次谐波电流可进一步提高其负载能力,预先获得其精确的转子初始位置直接决定其启动性能。针对反电动势三次谐波高占比的五相永磁同步电动机,提出一种基于脉冲电压注入的转子初始位置估计方法。利用两相静止坐标系下基波平面数学模型,推导转子位置估计公式;分析转子处于不同位置时应注入的最优电压矢量,根据初步估计的转子位置角选择优化电压矢量,通过二次注入提高估计精度。基于绕组函数法,分析电枢磁动势与基波和三次谐波电流的关系,提出在三次谐波平面向电机施加方向相反的2个电压矢量,根据三次谐波平面电流幅值判断转子磁极极性的策略。实验结果验证了所提转子位置估计算法的有效性,最大估计误差为±5°。

关键词：五相永磁同步电机三次谐波反电动势脉冲电压注入转子初始位置