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基于轴线方向不等宽度磁极结构的表贴式永磁同步电机极频振动的削弱

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电机与控制应用 2024年第6期51卷 88-97页

作者：武彤夏加宽朱启升沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870

针对一台10极12槽表贴式永磁同步电机的极频振动问题,提出了一种轴线方向不等宽度磁极结构的削弱方案。该方案可以在保证电机转矩密度前提下,有效降低电机的极频振动。首先,根据麦克斯韦张量法,推导出电机径向电磁力的解析表达式,并建... 详细信息

针对一台10极12槽表贴式永磁同步电机的极频振动问题,提出了一种轴线方向不等宽度磁极结构的削弱方案。该方案可以在保证电机转矩密度前提下,有效降低电机的极频振动。首先,根据麦克斯韦张量法,推导出电机径向电磁力的解析表达式,并建立了作用在电机定子齿部电磁力模型;同时,对样机中产生极频电磁力谐波的因素进行了分析研究。然后,通过有限元仿真分析,介绍了利用轴线方向不等宽度磁极结构降低极频电磁力的基本机理,并对优化前后的电机的电磁性能和振动加速度进行了比较分析。最后,研究结果表明,采用轴线方向不等宽度磁极结构能够有效地减弱极频电磁力谐波和振动,同时保持电机的转矩密度,证实了优化方案的有效性。

关键词：表贴式永磁同步电机削弱极频振动轴线方向不等宽度磁极有限元模型

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表贴式永磁同步电机模型预测电流控制研究

表贴式永磁同步电机模型预测电流控制研究

作者：蒋庆江苏大学

学位级别：硕士

近年来,智能制造技术的发展得到了国家的高度重视,而电机控制技术对推动智能制造的发展起着关键作用。永磁同步电机因其效率高、结构简单可靠以及高功率密度的优势,在动力机械、汽车电驱动系统等工业领域得到了广泛的应用,其控制策略的... 详细信息

近年来,智能制造技术的发展得到了国家的高度重视,而电机控制技术对推动智能制造的发展起着关键作用。永磁同步电机因其效率高、结构简单可靠以及高功率密度的优势,在动力机械、汽车电驱动系统等工业领域得到了广泛的应用,其控制策略的研究已成为当下的热点。作为永磁同步电机的一种,表贴式永磁同步电机(Surface-mount Permanent Magnet Synchronous Motor,SPMSM)具有较好的线性转矩特性,可快速获得感应电流,广泛应用在要求快速响应的伺服系统中。本文以SPMSM为研究对象,对其相应数学模型与矢量控制方法、模型预测电流控制方法、参数鲁棒性能的改善、实验系统的构建与验证等方面进行了深入的研究。主要研究内容如下:(1)给出了SPMSM的数学模型,详细阐述了坐标变换原理,并介绍了空间电压矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)技术,并在此基础上搭建了矢量控制系统,为后续控制算法的研究奠定基础。(2)针对模型预测控制(Model Predicitive Control,MPC)在电机电流控制中存在较大电流和转矩脉动,输出调制范围有限,性能下降等问题,提出了一种改进的三矢量模型预测电流控制(Improved Three-vector-based Model Predictive Current Control,ITV-MPCC)方法。首先,引入虚拟矢量扩展电压矢量控制集,扩展电压矢量的可用数量。其次,提出一种分层多级优化策略,根据两个不同的控制集与价值函数选择出第一和第二电压矢量。采用一种连续调制的方法防止过调制,然后加入零矢量调整输出电压矢量大小,并根据无差拍原理得到输出矢量的作用时间。通过仿真对所提方法的有效性和可行性进行了验证。(3)为了提高传统MPCC的参数鲁棒性,提出一种结合超局部模型和高阶快速终端滑模观测器的无模型电流预测控制方法。将MPCC预测模型替换为不使用任何电机参数的超局部模型。采用有限时间收敛的高阶快速终端滑模观测器观测超局部模型并补偿参数扰动,并给出系统稳定性分析和证明。仿真显示本文所提方法可有效提高MPCC的参数鲁棒性。(4)搭建以TMS320C28346为主控芯片的实时数字电机控制平台,并详细介绍了硬件组成部分和软件设计部分。基于该实验平台,对本文所研究的两种控制算法进行了实验验证。实验结果证明了所提方法的有效性和可行性,为研究更高性能的永磁同步电机控制系统提供了实验基础。

关键词：表贴式永磁同步电机模型预测电流控制分层多级优化无模型预测控制超局部模型高阶快速终端滑模观测器

表贴式永磁同步电机无位置传感器控制技术研究

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表贴式永磁同步电机无位置传感器控制技术研究

作者：张建哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

永磁同步电机作为电力拖动和控制领域的常用交流电机,具有优异的调速特性,其中表贴式永磁同步电机广泛应用于对电气特性要求较高的控制场所。传统的表贴式永磁同步电机调速系统需要借助外部检测装置来测量电机转子位置信息,这极大地限... 详细信息

永磁同步电机作为电力拖动和控制领域的常用交流电机,具有优异的调速特性,其中表贴式永磁同步电机广泛应用于对电气特性要求较高的控制场所。传统的表贴式永磁同步电机调速系统需要借助外部检测装置来测量电机转子位置信息,这极大地限制了其调速系统的应用范围。为使表贴式永磁同步电机调速系统的实际应用更为深入,本文对表贴式永磁同步电机无位置传感器控制技术展开了深入研究。首先,针对电机低速运行时传统脉振高频电压注入法转子位置检测效果不佳,使控制系统性能下降,故提出一种采用二阶广义积分器的改进方法,有效地提高了控制系统的动态性能。并利用Simulink仿真模拟平台,对改进前后的脉振高频电压注入法无位置传感器控制系统的动态性能进行对比分析,结果表明改进的脉振高频电压注入法在低速运行状态下的有效性。其次,针对电机中高速运行时模型参考自适应算法动态性能不佳的缺点,提出一种改进的模型参考自适应算法,有效的提高了控制系统的快速性。并利用Simulink仿真模拟平台,对改进前后的模型参考自适应算法无位置传感器控制系统的动态性能进行对比分析,结果表明改进的模型参考自适应算法在中高运行状态下的有效性。根据以上两种改进的无位置传感器控制算法,设计了全速度范围内的表贴式永磁同步电机无位置传感器控制系统,并利用Simulink仿真模拟平台,证明了该混合控制算法的可行性与有效性。最后,对表贴式永磁同步电机无位置传感器控制系统进行软硬件设计,并进行了软件调试和硬件实验,实验结果验证了设计的合理性与有效性。

关键词：表贴式永磁同步电机无位置传感器脉振高频电压注入模型参考自适应

表贴式永磁同步电机宽转速范围无位置传感器控制策略研究

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表贴式永磁同步电机宽转速范围无位置传感器控制策略研究

作者：虞发鹏南京航空航天大学

学位级别：硕士

永磁同步电机凭借结构简单、功率密度大、效率高、过载能力强等优势,逐渐取代了有刷直流电机和感应电机在调速系统中的地位。无位置传感器控制技术在降低调速系统体积成本、提高运行可靠性等方面具有工程应用价值,因此得到了广泛关注。... 详细信息

永磁同步电机凭借结构简单、功率密度大、效率高、过载能力强等优势,逐渐取代了有刷直流电机和感应电机在调速系统中的地位。无位置传感器控制技术在降低调速系统体积成本、提高运行可靠性等方面具有工程应用价值,因此得到了广泛关注。本文针对一台表贴式永磁同步电机,对适用于零低速范围的脉振高频电压注入法和中高速范围的复系数滤波反电势观测器进行了研究,采用加权平均切换策略将两种方法进行复合,实现了该表贴式永磁同步电机在宽转速范围内的无位置传感器控制。首先推导了永磁同步电机在三种坐标系下的数学模型,并对矢量控制策略进行了分析。其次针对零低速范围采用的脉振高频电压注入法,分析了该方法的位置估计原理以及电机高频数学模型中定子电阻对位置估计系统稳定性的影响。针对判断转子极性时注入正负脉冲电压造成的初始位置检测过程繁琐的问题,提出了一种基于估计直轴高频响应电流平均值的直轴正方向判断方法。在中高速运行范围,针对现有的反电势估计方法算法复杂、估计反电势存在相位滞后等问题,在低通滤波反电势观测器的基础上提出了一种复系数滤波反电势观测器,分析了电机电阻电感的误差对该观测器的影响。针对位置估计系统中锁相环动态性能较差的问题,设计了一种滑模位置误差补偿器,通过对估计转子位置进行补偿,提高了电机动态过程中位置估计精度。针对无位置传感器控制系统抗负载扰动能力差的问题,采用降阶负载转矩观测器估计出负载转矩用作前馈补偿,提高了系统的抗干扰能力。最后基于Simulink平台搭建了无位置传感器控制系统的仿真模型,并进行了硬件平台的搭建和软件算法的编写,通过仿真和实验验证了本文所提出的各种算法的有效性。

关键词：表贴式永磁同步电机无位置传感器控制脉振高频电压注入法低通滤波反电势观测器复系数滤波反电势观测器滑模位置误差补偿器降阶负载转矩观测器

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表贴式永磁同步电机温升敏感性因素分析

中国电机工程学报 2014年第33期34卷 5888-5894页

作者：王志鹏王梦琪丁树业单薏刘端增于春雨吕艳玲海军装备部北京市海淀区100073 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江省哈尔滨市150080

随着科技的发展,船舶用永磁同步电机的功率密度与日俱增。为研究其温度分布规律及电机内部件机构及材料对温升的影响,该文以一台50 k W表贴式永磁同步电机为例,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)以及传热传质学基本理... 详细信息

随着科技的发展,船舶用永磁同步电机的功率密度与日俱增。为研究其温度分布规律及电机内部件机构及材料对温升的影响,该文以一台50 k W表贴式永磁同步电机为例,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)以及传热传质学基本理论,根据共轭传热原理,建立了二维全域温度物理模型。应用有限体积元法,对变频供电情况下的表贴式永磁同步驱动电机内各部件起动温度及稳态温度进行了数值求解,通过与实验数据的对比分析,验证其计算结果的准确性以及求解方法的合理性。在此基础上,对散热翅高度、机壳材料及外风机风量对全域温升的影响进行分析。

关键词：表贴式永磁同步电机二维全域温度场有限体积元法温升敏感性

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表贴式永磁同步电机全阶滑模观测与控制策略

电工技术学报 2018年第24期33卷 5688-5699页

作者：王要强冯玉涛秦明李明辉郑州大学电气工程学院郑州450001 西继迅达电梯有限公司许昌461000

为了解决永磁同步电机控制系统中传统滑模观测器在转子位置估计时存在的抖振问题,以定子电流和反电动势为状态变量,提出一种以边界层可变的双曲正切函数为切换函数的全阶滑模观测器,可以削弱系统抖振,有利于电机反电动势的准确观测;引... 详细信息

为了解决永磁同步电机控制系统中传统滑模观测器在转子位置估计时存在的抖振问题,以定子电流和反电动势为状态变量,提出一种以边界层可变的双曲正切函数为切换函数的全阶滑模观测器,可以削弱系统抖振,有利于电机反电动势的准确观测;引入锁相环控制算法对转子位置和转速进行估算,避免了滤波器的引入而导致的相位误差问题;针对速度控制,采用具有扰动观测和补偿能力的滑模速度控制器替代传统速度控制环中的恒参数PI控制器,以改善系统动态性能。仿真与实验结果验证了所提观测器与控制策略的正确性与有效性。

关键词：表贴式永磁同步电机全阶滑模观测器滑模控制器鲁棒性

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表贴式永磁同步电机无位置传感器起动新方法

中国电机工程学报 2016年第9期36卷 2513-2520页

作者：李洁周波刘兵王龙倪天恒徐学海时仁帅江苏省新能源发电与电能变换重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016 深圳市蓝海华腾技术股份有限公司广东省深圳市518055

针对表贴式永磁同步电机(surface mounted permanent magnet synchronous machines,SPMSM),该文提出一种脉振高频信号注入法结合载波频率成分法的无位置传感器起动控制新方法。该方法首先向SPMSM的d轴注入脉振高频信号,使得SPMSM呈现"... 详细信息

针对表贴式永磁同步电机(surface mounted permanent magnet synchronous machines,SPMSM),该文提出一种脉振高频信号注入法结合载波频率成分法的无位置传感器起动控制新方法。该方法首先向SPMSM的d轴注入脉振高频信号,使得SPMSM呈现"饱和凸极性";然后引入载波频率成分法进行转子磁极极性判断,即提取三相载波正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)逆变器中的三相载波频率成分信号,解析其饱和分量幅值的正负,实现对SPMSM转子磁极极性的判别。与传统的通过二次注入其他形式的信号来判断转子磁极的方法相比,该方法有效改善了现有无位置传感器起动方法中存在的算法执行时间长、实施过程复杂等缺点。实验结果表明,所提方法能够准确、快速地检测出SPMSM的初始位置,保证电机顺利平稳起动,具有良好的位置估计精度。

关键词：表贴式永磁同步电机无位置传感器脉振高频信号注入法三相载波正弦脉宽调制

表贴式永磁同步电机转速环复合PI无位置传感器控制

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电工技术学报 2020年第10期35卷 2119-2129页

作者：李垣江董鑫魏海峰张懿李可礼江苏科技大学电子信息学院镇江212003 江苏舾普泰克自动化科技有限公司镇江212003

针对传统永磁同步电机转速环PI控制下转速跟踪性能差的问题,设计一种复合PI无位置传感器应用于表贴式永磁同步电机转速环控制系统。在传统PI控制的基础上,转速环采用积分钳位型抗积分饱和方法,增加给定输入微分前馈环节和控制增益环节,... 详细信息

针对传统永磁同步电机转速环PI控制下转速跟踪性能差的问题,设计一种复合PI无位置传感器应用于表贴式永磁同步电机转速环控制系统。在传统PI控制的基础上,转速环采用积分钳位型抗积分饱和方法,增加给定输入微分前馈环节和控制增益环节,增强转速环系统跟踪响应性能。分析无阻尼自然频率和阻尼比两者参数选取对系统转矩扰动和角速度测量噪声抑制能力的影响,证明系统抗转矩扰动性能与抑制噪声性能之间存在矛盾。针对该问题,设计以电机转子角速度为状态变量的新型滑模观测器对角速度进行观测,将其直接引入至转速闭环系统反馈,避免角速度反馈噪声对转速跟踪性能造成影响。实验结果验证了该理论分析的正确性与控制策略的可行性。

关键词：表贴式永磁同步电机复合PI控制微分前馈控制增益滑模观测器

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表贴式永磁同步电机伺服系统电流环设计

中国电机工程学报 2012年第33期32卷 82-88,179页

作者：王恩德黄声华强电磁工程新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

电流环直接影响表贴式永磁同步电机(surfacepermanent magnet synchronous motor,SPMSM)伺服系统的电流波形和电磁转矩,使系统的动、静态性能变差。当系统运行工况变化使得电机电感饱和时,电流环中含有电感参数的解耦项就会失效。从合... 详细信息

电流环直接影响表贴式永磁同步电机(surfacepermanent magnet synchronous motor,SPMSM)伺服系统的电流波形和电磁转矩,使系统的动、静态性能变差。当系统运行工况变化使得电机电感饱和时,电流环中含有电感参数的解耦项就会失效。从合成矢量的角度出发,提出了一种同步dq旋转坐标系下无需电感参数的电流解耦调节器,实现了无电感参数解耦控制,改善了SPMSM系统的动态性能。另外,由于死区、电机制造工艺、磁场饱和等原因,电机电流中含有影响系统性能的5、7、11、13等低次谐波。提出了同步旋转dq坐标系下比例积分+比例谐振(proportionalintegral+proportional resonance,PI+PR)的电流复合调节器,对低次电流谐波进行闭环调节,从而显著减小了谐波电流,改善了系统性能。仿真分析和实验结果均验证了该方案的可行性。

关键词：表贴式永磁同步电机同步旋转dq坐标系合成矢量解耦控制比例谐振