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基于FPGA的PMSM简易正弦驱动控制的研究

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基于FPGA的PMSM简易正弦驱动控制的研究

作者：金宁治哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

本文以PMSM(Permanent Magnet Synchronous Machine)简易正弦驱动控制电路的模块化设计与FPGA(Field Programmable Gate Array)实现为工程背景展开,分别分析了转子位置预估模块与PWM(Pulse-Width Modulation)模块的算法原理,提出了其EDA(Electronic Design Automatic)实现方案,并给出了MATLAB/Simulink仿真与实验结果。首先,在对目前各种位置检测方法进行比较之后,选用基于两相正交霍尔传感器的混合型转子位置预估方案,分析了其算法原理和静动态误差,给出了其EDA实现方案,并通过仿真与实验结果验证了所设计位置预估模块完全符合功能要求。其次,在对目前各种SPWM(Sinusoidal Pulse-Width Modulation)方法进行比较之后,选用异步调制方式不对称规则采样SPWM算法,建立了其数学模型,提出了分时操作(查表和计算)的设计思想,并通过仿真和实验结果验证了所设计电路具有良好的输出特性。最后,分析比较了SVPWM(Space Vector Pulse-Width Modulation)方法和SPWM方法的主要特点,通过优化设计提出了一种适用于PMSM简易正弦驱动场合的SVPWM算法,并将仿真与实验结果相比较得出:所设计功能模块完全符合功能要求;采用SVPWM方法比采用SPWM方法获得了更高的直流电压利用率。本文所设计的位置预估模块、SPWM模块和SVPWM模块是用VHDL语言描述,并经QUARTUSⅡ软件编译、适配、布局布线和仿真后,最终在Altera的低成本系列FPGA(ACEX1K)上实现的;具有执行速度快、硬件成本低、软件开发周期短、可扩展性和可移植性强等优点,因此可以其他功能模块或IP(Intellectual Property)芯核相结合应用在PMSM简易正弦驱动场合。

关键词：简易正弦驱动 EDA FPGA PWM

基于反步自适应准谐振控制的双馈风机次同步振荡抑制策略

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电工技术学报 2023年第9期38卷 2375-2390,2434页

作者：孙东阳孟繁易王南金宁治蔡蔚哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001

随着电力系统容量和规模的不断扩大,常采取串补电容的方式提升输电线路的输电能力,但这加剧了电力系统中出现次同步振荡(SSO)的风险。SSO的产生会影响双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器(RSC)的控制,进而引起定子电流的振荡发散,严重时... 详细信息

随着电力系统容量和规模的不断扩大,常采取串补电容的方式提升输电线路的输电能力,但这加剧了电力系统中出现次同步振荡(SSO)的风险。SSO的产生会影响双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器(RSC)的控制,进而引起定子电流的振荡发散,严重时将会导致风机解列脱网。因此,为解决SSO对RSC控制产生扰动的问题,该文提出了基于自适应准谐振控制的RSC反步次同步振荡抑制策略。首先对SSO在RSC控制系统中的传播路径及其频率变化对控制的影响等内容展开研究;然后通过反步控制器与自适应准谐振控制器的协同控制,对DFIG定子中宽频带SSO电流进行抑制,避免发电系统输出受到SSO的影响;最后通过搭建仿真模型与实验平台,验证所提理论与控制策略的有效性。该文分别对在10 Hz、20 Hz、30 Hz及频率变化时SSO影响下的DFIG定子振荡电流抑制效果进行验证。实验结果表明,所提策略对DFIG系统中宽频带SSO具有良好的抑制效果。

关键词：双馈感应发电机次同步振荡频率变化转子侧变流器反步控制器自适应准谐振控制器

电动汽车PMSM MTPA控制系统滑模速度控制

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电机与控制学报 2011年第8期15卷 52-58页

作者：金宁治王旭东李文娟哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080

为了提高电动汽车电机驱动系统对参数摄动和负载扰动的鲁棒性,同时削弱滑模变结构控制(SMVSC)固有的抖振,将一种改进的滑模控制策略应用于永磁同步电机(PMSM)最大转矩电流比(MTPA)控制调速系统中。采用最大转矩电流比控制方法分配定子... 详细信息

为了提高电动汽车电机驱动系统对参数摄动和负载扰动的鲁棒性,同时削弱滑模变结构控制(SMVSC)固有的抖振,将一种改进的滑模控制策略应用于永磁同步电机(PMSM)最大转矩电流比(MTPA)控制调速系统中。采用最大转矩电流比控制方法分配定子直轴、交轴电流,将他们与转矩的关系分别拟合为低阶多项式,提高了该方法的工程实用性;速度环采用基于变指数趋近律的滑模控制策略,选取积分滑模面,并将控制律连续化,有效地削弱了滑模控制系统固有的抖振。仿真与实验表明,所设计控制器提高了系统鲁棒性,具有优良的稳态、动态性能,适用于电动汽车电机驱动系统。

关键词：永磁同步电机最大转矩电流比控制滑模变结构控制变指数趋近律积分滑模面

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基于Saber的功率因数校正电路仿真分析

实验技术与管理 2016年第5期33卷 117-120页

作者：周凯石增金宁治哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080

介绍了一种有源功率因数校正电路。在传统不可控整流电路的基础上增加外围辅助电路,并以UC3854为核心部件控制功率元件的通断,使输入电流波形跟随输入电压波形。通过仿真波形分析及公式计算可知,功率因数校正技术能够使输入电流波形始... 详细信息

介绍了一种有源功率因数校正电路。在传统不可控整流电路的基础上增加外围辅助电路,并以UC3854为核心部件控制功率元件的通断,使输入电流波形跟随输入电压波形。通过仿真波形分析及公式计算可知,功率因数校正技术能够使输入电流波形始终保持为正弦波,其相位能够与输入电压波形保持同步,输出端直流电压波形也较为平滑,是提高电路功率因数的一种有效手段。

关键词：功率因数校正电路仿真分析整流电路 Saber

电网次同步振荡对光伏发电系统的影响分析及抑制策略研究

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中国电机工程学报 2023年

作者：孙东阳申文强周凯金宁治吴晓刚祖光鑫哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江省电力科学研究院

在电网发生次同步振荡时，光伏并网逆变器的工作性能会受到干扰，影响光伏发电系统的稳定性。针对这一问题，本文首先分析了锁相环输出相位扰动对于坐标变换过程的影响，建立了计及相位扰动的光伏并网逆变器的数学模型，梳理了电网次同... 详细信息

在电网发生次同步振荡时，光伏并网逆变器的工作性能会受到干扰，影响光伏发电系统的稳定性。针对这一问题，本文首先分析了锁相环输出相位扰动对于坐标变换过程的影响，建立了计及相位扰动的光伏并网逆变器的数学模型，梳理了电网次同步振荡对光伏并网逆变器产生扰动的机理，并将扰动分为物理扰动量以及误差扰动量；其次，设计改进型锁相环以消除相位引起的误差扰动量对光伏发电系统的影响；再次，针对不同目标下的抑制效果进行了对比分析，同时确定了振荡电压特性对控制器产生影响的关键因素。依据上述研究，提出一种基于自适应准谐振控制器的光伏发电系统功率振荡抑制策略。最后，通过搭建实验平台，对本文所提控制策略的有效性进行验证。

关键词：光伏发电次同步振荡锁相环振荡特性准谐振控制器频率自适应

具有增益调度切换增益的永磁同步电机滑模控制

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电气传动 2015年第4期45卷 3-7页

作者：金宁治张忠民刘端增哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院黑龙江哈尔滨150001

滑模控制器的切换增益需要随着参数摄动和外部扰动变化,但是增大切换增益会加剧系统抖振。针对这一问题,采用增益调度和自适应相结合的方法对永磁同步电机滑模控制器的切换增益进行实时整定。该方法根据自适应律在线调整切换增益系数的... 详细信息

滑模控制器的切换增益需要随着参数摄动和外部扰动变化,但是增大切换增益会加剧系统抖振。针对这一问题,采用增益调度和自适应相结合的方法对永磁同步电机滑模控制器的切换增益进行实时整定。该方法根据自适应律在线调整切换增益系数的边界范围,同时以关于直轴、交轴电流的积分滑模面函数作为调度变量,在允许边界范围内对切换增益系数进行增益调度。所设计方法在保证系统鲁棒性的前提下,削弱了系统抖振,改善了控制性能。

关键词：永磁同步电机滑模控制增益调度切换增益自适应

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电动车用永磁同步电机定子谐波优化控制

哈尔滨理工大学学报 2018年第5期23卷 62-67页

作者：王硕王旭东金宁治刘宇博谢瑞哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080

针对电动车用永磁同步电机传统控制策略下电机定子含有高次谐波的问题,提出了通过反电势补偿来抑制电流畸变的改进控制方法。在传统电流转速双闭环控制框架的前提下,通过对高次谐波分量进行提取,加入高次谐波电压反馈环节,实现了对定子... 详细信息

针对电动车用永磁同步电机传统控制策略下电机定子含有高次谐波的问题,提出了通过反电势补偿来抑制电流畸变的改进控制方法。在传统电流转速双闭环控制框架的前提下,通过对高次谐波分量进行提取,加入高次谐波电压反馈环节,实现了对定子电流的优化,抑制了电机转矩脉动,提高电动汽车运行的平稳性。在Matlab/Simulink下进行仿真实验,通过分析高次谐波电流波形和转矩波形,证实显著抑制了电机定子电流中的高次谐波,验证该控制算法的有效性。

关键词：永磁同步电机电压反馈谐波优化转矩脉动

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基于CPLD的三相SPWM发生器的设计

哈尔滨商业大学学报（自然科学版） 2006年第1期22卷 62-65页

作者：金宁治于长胜哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080

设计了对称规则采样和不对称规则采样的三相SPWM发生器模块,其开关频率至少可达50kHz,调频范围2 kHz以上,死区时间和调制比均可调,并通过仿真验证了不对称规则采样的输出特性要明显优于对称规则采样.采用分时操作的方法就可以应用较低... 详细信息

设计了对称规则采样和不对称规则采样的三相SPWM发生器模块,其开关频率至少可达50kHz,调频范围2 kHz以上,死区时间和调制比均可调,并通过仿真验证了不对称规则采样的输出特性要明显优于对称规则采样.采用分时操作的方法就可以应用较低成本的CPLD达到上述性能要求,因此该模块与转子位置预估等功能模块相结合应用于无刷直流电动机的简易正弦驱动场合.

关键词： CPLD SPWM 无刷直流电动机简易正弦驱动调制比

带有自适应参数辨识的IPMSM MTPA控制

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电机与控制学报 2020年第7期24卷 90-101页

作者：金宁治周凯 Herbert Ho-Ching IU 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080 西澳大学电气电子与计算机工程学院澳大利亚西澳6009

内置式永磁同步电机的工作点可能随着参数变化而偏离理想的最大转矩电流比(MTPA)轨迹,因而导致系统不能获得最优转矩-电流特性。针对这一问题,提出了一种在线识别定子交轴电感、转子磁链的模型参考自适应(MRAS)参数辨识方法。该方法在... 详细信息

内置式永磁同步电机的工作点可能随着参数变化而偏离理想的最大转矩电流比(MTPA)轨迹,因而导致系统不能获得最优转矩-电流特性。针对这一问题,提出了一种在线识别定子交轴电感、转子磁链的模型参考自适应(MRAS)参数辨识方法。该方法在分析辨识模型欠秩问题和评估MTPA轨迹随参数变化偏离程度的基础上,推导了MRAS辨识模型,采用Popov超稳定性理论设计了满秩辨识器及其增益矩阵,并利用参数辨识结果计算定子电流工作点,以达到实时更新和跟踪MTPA轨迹的目的。仿真与实验结果验证了所设计方法的可行性和有效性,该方法显著提高了内置式永磁同步电机MTPA控制系统的转矩-电流特性。

关键词：内置式永磁同步电机最大转矩电流比参数辨识模型参考自适应欠秩问题