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方波工况下PMSM单电流调节器控制策略的研究

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电源学报 2021年第4期19卷 69-77页

作者：王震周明磊王琛琛北京交通大学电气工程学院北京100044

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... 详细信息

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。

关键词：永磁同步电机方波工况矢量控制单电流调节器

基于带载能力最大化的PMSM单电流调节器弱磁控制

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微特电机 2017年第8期45卷 5-8,12页

作者：孙鹤旭刘杰董砚荆锴河北工业大学天津300130 河北科技大学石家庄050018

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... 详细信息

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。

关键词：永磁同步电机弱磁控制单电流调节器 q轴电压

永磁同步电机变交轴电压单电流调节器弱磁控制方法研究

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永磁同步电机变交轴电压单电流调节器弱磁控制方法研究

作者：胡太元北京交通大学

学位级别：硕士

永磁同步电机具有结构简单、效率高等优点而在各领域中获得广泛应用。为了实现较宽的调速范围。需要对其进行弱磁控制。根据永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型,在直轴电流(id)为横轴,交轴电流(iq)为纵轴的直角坐标系(以下称id-i... 详细信息

永磁同步电机具有结构简单、效率高等优点而在各领域中获得广泛应用。为了实现较宽的调速范围。需要对其进行弱磁控制。根据永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型,在直轴电流(id)为横轴,交轴电流(iq)为纵轴的直角坐标系(以下称id-iq平面)中,对永磁同步电机的弱磁运行区域进行了分析,得出电机弱磁控制时交直轴电流的动态调节区域和电机稳态运行的最优工作点。本文分析了交轴电压给定的单电流调节器弱磁控制方法,虽然具有易于实现、动态响应快、参数鲁棒性好等优点,但电机效率和带载能力都有所下降。原因是电机电压未得到充分利用,电机稳态工作点位于电机电压极限椭圆内。本文提出一种新的交轴电压给定方法,即变交轴电压单电流调节器(single current regulator with variable q-axis voltage:SCR-VQV)弱磁控制方法。通过理论分析可知,SCR-VQV弱磁控制方法在保持原有方法优点的基础上,能够对电机电压进行充分利用,保证电机稳态工作点位于最优工作点,电机效率和带载能力提高。通过MATLAB/Simulink搭建了采用单电流调节器弱磁控制方法的永磁同步电机传动系统仿真模型,并搭建了基于Myway控制系统的永磁同步电机传动系统实验平台。通过仿真及实验结果验证了采用SCR-VQV弱磁控制方法下的永磁同步电机具有较好的动态性能,电机直流电压得到充分利用,电机稳态工作点位于最优工作点,电机效率和带载能力得到提高,电机获得较宽的调速范围。

关键词：永磁同步电机弱磁控制单电流调节器变交轴电压

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永磁同步电机单电流调节器弱磁控制系统研究

永磁同步电机单电流调节器弱磁控制系统研究

作者：刘畅河北工业大学

学位级别：硕士

随着碳中和以及碳达峰战略的实施,电动汽车产业又迎来了新的发展机遇。永磁同步电机因其高性能、结构简单、功率密度集中等优势,被广泛的应用于电动汽车等领域。电动汽车要求电机有较宽的转速范围,当逆变器输出电压达到极限值时,需要通... 详细信息

随着碳中和以及碳达峰战略的实施,电动汽车产业又迎来了新的发展机遇。永磁同步电机因其高性能、结构简单、功率密度集中等优势,被广泛的应用于电动汽车等领域。电动汽车要求电机有较宽的转速范围,当逆变器输出电压达到极限值时,需要通过弱磁控制继续提升转速,永磁电机高速运行时的性能取决于其弱磁控制算法,单电流调节器弱磁控制系统结构简单,可以实现深度弱磁,研究并优化单电流调节器弱磁控制系统具有重要意义。本文首先介绍了永磁同步电机的数学模型,在此基础上对永磁同步电机矢量控制技术和SVPWM调制技术进行了介绍。双电流调节器弱磁控制方法在高速运行时会出现耦合现象,会影响控制系统的性能,为了解决这个问题,对单电流调节器弱磁控制方法进行了研究。针对传统的PI控制难以满足永磁同步电机高性能的控制要求,本文将滑模控制应用到单电流调节器弱磁控制系统中,为了改善滑模控制的抖振问题,在指数趋近率的基础上提出了一种新型趋近率,然后利用新型趋近率设计了单电流调节器弱磁系统的滑模速度控制器,为了削弱负载扰动对控制系统的影响,设计了负载扰动观测器对扰动进行观测,并将观测结果反馈回滑模控制器。仿真表明,本文所提方法可有效提升单电流调节器弱磁控制系统的动态性能和鲁棒性。为了节约成本,同时有效应对温度和湿度等环境因素造成的物理传感器老化,观测精度下降等问题,本文进一步针对单电流调节器弱磁系统的无速度传感器控制进行了研究,设计了采用滑模观测器的单电流调节器无传感器弱磁系统。为了提高滑模观测器的估计精度,从控制函数、滤波结构、转子和转速信息提取三方面对其进行了改进,最后通过仿真对无传感器单电流弱磁系统在弱磁区域的运行稳定性和转速估计精度进行了验证。最后以DSP28335作为控制芯片搭建了硬件实验平台,通过基于模型的设计方法完成了软件程序开发,对算法的性能进行了实验验证。

关键词：滑模控制永磁同步电机弱磁控制单电流调节器无传感器控制

基于单电流调节器提高永磁同步电机弱磁控制的研究

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基于单电流调节器提高永磁同步电机弱磁控制的研究

作者：杨海靖河北工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机因其高效、节能的优势在轨道交通、航空航天、家用电器、电动汽车等领域得到广泛应用。尤其是近年来随着电力电子技术、微机控制技术及控制理论的发展,永磁同步电机运动控制系统受到越来越多国内外学者的关注。弱磁控制可... 详细信息

永磁同步电机因其高效、节能的优势在轨道交通、航空航天、家用电器、电动汽车等领域得到广泛应用。尤其是近年来随着电力电子技术、微机控制技术及控制理论的发展,永磁同步电机运动控制系统受到越来越多国内外学者的关注。弱磁控制可以在不增加逆变器容量的前提下极大的拓宽电机的调速范围,因此永磁同步电机弱磁控制的相关研究具有十分重要的意义。本文首先对国内外永磁同步电机弱磁控制方法进行了深入分析和研究,并对其优缺点进行归纳总结。其次建立了永磁同步电机矢量控制数学模型,并对其弱磁控制的原理、实现、工作区间进行了深入的理论分析,得到其稳态工作模型,为后续改进的弱磁控制方法提供了理论基础。基于TMS320F28035控制芯片、德州仪器电机控制套件以及伺服控制电机建立永磁同步电机实验平台,为后续研究提供实验支持。传统的双电流调节器弱磁控制系统具有控制简单、鲁棒性好等优点。但是其两个电流调节器并联易导致电流调节器的饱和,系统难以具有良好的控制稳定性。单电流调节器弱磁控制系统电流环只有一个电流调节器,交轴电压依靠控制器直接给定。因此单电流调节器弱磁控制系统不存在双电流调节器的饱和问题,在高转速弱磁区间有更好的控制稳定性。仿真与实验验证了该结论。传统的单电流调节器控制系统有难以兼顾强带载能力与高轻载效率的局限性,为此本文借助虚拟阻抗修正了电机的负载线,使得电机轻载时工作在最优效率点附近,随着负载增加逐步过渡到最大电磁转矩附近工作,在不降低电机带载能力的前提下提高了电机轻载时的效率。仿真与实验验证了该算法的可行性及有效性。实验验证了该系统相比较传统单电流调节器控制系统具有十分优秀的轻载效率。

关键词：永磁同步电机负载线设计单电流调节器效率优化

电动汽车IPMSM单电流调节器弱磁控制技术

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电源学报 2014年第4期12卷 41-46页

作者：康劲松张亚洲同济大学电子与信息工程学院上海201804

针对电动汽车IPMSM在弱磁扩速时交直轴电流强耦合的问题,采用单电流调节器的弱磁控制方式,通过选择开关对最大转矩电流比(MTPA)控制方式和弱磁控制方式在不同运行状态下进行切换。在弱磁控制中直轴电压指令由直轴电流调节器获得,交轴电... 详细信息

针对电动汽车IPMSM在弱磁扩速时交直轴电流强耦合的问题,采用单电流调节器的弱磁控制方式,通过选择开关对最大转矩电流比(MTPA)控制方式和弱磁控制方式在不同运行状态下进行切换。在弱磁控制中直轴电压指令由直轴电流调节器获得,交轴电压指令则根据直轴电压值通过调节器直接给出。该方法能够对电机直流电压充分利用,使电机工作在最优工作点。建立该控制系统的Matlab/Simulink仿真模型,仿真结果分析证明该方法的可行性。最后搭建以英飞凌TC 1782为主控芯片的电动汽车驱动控制系统平台,对所提的控制策略的实际应用能力进行验证。

关键词：电动汽车 IPMSM 弱磁控制单电流调节器

一种新型的基于单电流调节器提高永磁同步电机系统负载与抗扰能力的算法

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电机与控制应用 2018年第5期45卷 77-82,87页

作者：杨海靖迟颂宋桂英李雪省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300130

提出了一种根据永磁同步电机(PMSM)转速来调节交轴电压的最大转矩法。算法对电压极限矢量圆与电流极限矢量圆定量分析,找到电机稳定运行时的最大转矩点,通过在电压极限矢量圆补偿定子电阻压降修正最大转矩点。通过直接给定交轴电压的方... 详细信息

提出了一种根据永磁同步电机(PMSM)转速来调节交轴电压的最大转矩法。算法对电压极限矢量圆与电流极限矢量圆定量分析,找到电机稳定运行时的最大转矩点,通过在电压极限矢量圆补偿定子电阻压降修正最大转矩点。通过直接给定交轴电压的方式,充分利用修正最大转矩点的电磁转矩,提高电机的负载能力和抗干扰能力。仿真验证了该算法的有效性和可行性。对于最大转矩点的定量分析,使此模型具有良好的可移植性。

关键词：永磁同步电机弱磁控制单电流调节器电压极限矢量圆修正最大转矩

一种基于单D轴电流调节器的PMSM在方波下的控制策略

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中国电机工程学报 2022年第3期42卷 1154-1163页

作者：王震周明磊谢冰若白龙王琛琛北京交通大学电气工程学院北京市海淀区100044 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京市海淀区100081

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)由于其多方面的优点,在轨道交通领域得到越来越多的重视。轨道交通领域的牵引电机在高速区通常会进入方波工况。针对永磁电机在方波工况下电机电压完全失去调节能力的问题,提出... 详细信息

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)由于其多方面的优点,在轨道交通领域得到越来越多的重视。轨道交通领域的牵引电机在高速区通常会进入方波工况。针对永磁电机在方波工况下电机电压完全失去调节能力的问题,提出一种基于单d轴电流调节器调节q轴电压的控制策略(single D-axis current regulator-variable Q-axis voltage,SDCR-VQ),该方法可适用于任意形式的永磁电机在全弱磁区域内的控制。通过建立该方法的小信号模型,对其稳定性以及动态性能进行分析。基于该方法,针对永磁电机在运行中电机参数会发生变化的问题,对电机参数不准的影响进行分析,并提出一种多参数在线补偿策略。最后通过仿真和实验验证了所提方波下控制策略以及参数补偿策略的有效性。

关键词：永磁同步电机方波矢量控制单电流调节器参数补偿

用于永磁同步电机单电流弱磁控制的积分型滑模控制器

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机车电传动 2018年第1期 39-43页

作者：曹玉迟颂河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130

为提高永磁同步电机单电流调节器高速运行的转速控制性能,设计了一种用于永磁同步电机单电流弱磁控制的转速滑模控制器。在滑模控制器的设计中选取了积分型滑模面,有效削弱滑模的固有抖振现象,减小了转速误差和抖动,而且电机转速对负载... 详细信息

为提高永磁同步电机单电流调节器高速运行的转速控制性能,设计了一种用于永磁同步电机单电流弱磁控制的转速滑模控制器。在滑模控制器的设计中选取了积分型滑模面,有效削弱滑模的固有抖振现象,减小了转速误差和抖动,而且电机转速对负载和供电电压的变化不敏感。结合单电流弱磁控制策略,滑模控制器利用电机定子电流d-q轴交叉耦合效应的作用,实现弱磁和转速的集成控制。仿真和数据分析验证了其可行性。

关键词：滑模控制积分型滑模面弱磁控制单电流调节器永磁同步电机