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基于定子磁链观测的大功率永磁同步牵引电机转矩闭环控制

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基于定子磁链观测的大功率永磁同步牵引电机转矩闭环控制

作者：王婷婷北京交通大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor)应用于牵引传动系统中,需要根据对其下发的转矩指令来进行控制。目前常用的永磁同步牵引传动系统转矩控制方法如查表法、公式计算转矩闭环控制等方法都存在受电机电感参数变化的影响,... 详细信息

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor)应用于牵引传动系统中,需要根据对其下发的转矩指令来进行控制。目前常用的永磁同步牵引传动系统转矩控制方法如查表法、公式计算转矩闭环控制等方法都存在受电机电感参数变化的影响,转矩控制精度不高的问题。方波工况下采用电压相角法弱磁控制,能在电压幅值饱和的情况下继续提高转速,但想要对转矩进行准确的控制,也需要观测到精确的转矩作为反馈量。大功率牵引传动系统受开关器件的限制需要保持较低的开关频率,受接触网电压的限制需要过渡到方波工况,而传统的过调制方法电压不对称性严重。针对上述问题,本文对转矩观测方法和永磁同步电机全速域转矩控制进行了研究。首先基于PMSM扩展磁链数学模型,建立了状态观测器。扩展磁链状态观测器通过永磁同步电机的电压、电流和转速来观测扩展磁链,然后根据扩展磁链计算出定子磁链。这种方法观测到的定子磁链不受电机电感参数变化的影响。根据永磁同步牵引传动系统的需求对观测器的极点进行配置。通过仿真验证了其收敛性和参数鲁棒性。通过观测的定子磁链与定子电流计算出电机电磁转矩,定子电流和定子磁链的精度都不受电机电感参数变化的影响,因此估算转矩的精确性也不受电感参数变化的影响,保证了转矩环反馈量的准确性。接下来分析了电流控制策略,为了减小牵引传动系统损耗采用MTPA控制方式：为了在逆变器电压饱和时还能提升转速并控制电机转矩,采用了电压相角法弱磁控制：根据上述分析,结合转矩观测方法提出了基于定子磁链观测的永磁同步牵引系统全速域转矩闭环控制方案,通过仿真对其进行了验证。对电机转矩控制受电感参数变化的影响进行了定量分析。另外为了保证调制能够从线性区顺利过渡到方波,提出了变载波频率过调制的方法,对该方法和基本矢量钳位同步调制进行了分析和实验。搭建了基于TMS320VC33控制器的300kW永磁同步电机实验平台。首先在该平台验证了基于扩展磁链观测器的磁链和转矩观测准确性;然后将估算转矩作为反馈,进行了恒转矩区转矩闭环控制稳态和动态实验;最后加入弱磁控制,对电机进行了全速域的转矩闭环控制稳态和动态实验。实验结果表明,采用本文的转矩闭环控制方案,永磁同步电机在全速域的转矩控制性能较好。

关键词：永磁同步电机扩展磁链转矩估算弱磁控制转矩闭环控制参数变化

基于新型转子磁链观测器的异步电机转矩闭环矢量控制

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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中国电机工程学报 2017年第11期37卷 3298-3306页

作者：杨淑英丁大尉李曦张兴合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽省合肥市230009

在电动汽车等特殊应用领域,异步电机通常需要直接跟踪主控系统下发的转矩指令。扭矩传感器的安装不仅会增加成本,而且降低系统的可靠性。因此,对电磁转矩的准确观测至关重要。在设计滑模观测器实现异步电机反电动势准确观测的基础上,通... 详细信息

在电动汽车等特殊应用领域,异步电机通常需要直接跟踪主控系统下发的转矩指令。扭矩传感器的安装不仅会增加成本,而且降低系统的可靠性。因此,对电磁转矩的准确观测至关重要。在设计滑模观测器实现异步电机反电动势准确观测的基础上,通过构造反电动势和转子磁链的状态方程,提出一种新型转子磁链滑模观测器。该观测器实现了对转子磁链的准确观测,继而实现了电磁转矩观测及转矩闭环控制。该方案的突出优势在于,转子磁链的观测对转子电阻、励磁电感等电机参数有着较强的鲁棒性。同时,基于此设计的转矩闭环控制系统具有较好的转矩跟踪控制能力。仿真及实验验证了该方案的可行性和有效性。

关键词：转子磁链观测器转矩闭环控制反电动势参数鲁棒性异步电机

城轨列车永磁同步牵引电机全速域转矩闭环矢量控制研究

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铁道学报 2020年第11期42卷 60-67页

作者：方晓春王婷婷杨中平林飞北京交通大学电气工程学院北京100044 中车青岛四方车辆研究所有限公司山东青岛266031

电磁转矩是城轨列车永磁同步牵引电机的控制目标,常用转矩控制方案如查表法、电感辨识法等受电机电感参数变化的影响,使转矩控制精度不高。本文基于永磁同步电机扩展磁链数学模型,建立状态观测器,通过重构的电机电压、反馈的电流和转速... 详细信息

电磁转矩是城轨列车永磁同步牵引电机的控制目标,常用转矩控制方案如查表法、电感辨识法等受电机电感参数变化的影响,使转矩控制精度不高。本文基于永磁同步电机扩展磁链数学模型,建立状态观测器,通过重构的电机电压、反馈的电流和转速观测扩展磁链,进而得到定子磁链;根据定子磁链与电机电流估算反馈转矩,计算结果不受电感参数变化的影响。受限于观测器极点配置,提出启动时采用电感辨识法,之后过渡到磁链观测法的全速域反馈转矩估算方案。永磁同步电机在中低速域采用双电流闭环控制,在高速域采用电压相角法弱磁控制实现电压受限时的转速拓展,完成全速域转矩闭环矢量控制。该全速域转矩闭环控制方案得到了仿真与300 kW平台实验验证。

关键词：永磁同步电机转矩闭环控制拓展磁链转矩估算弱磁控制

基于扩展磁链观测的永磁同步电机转矩闭环矢量控制

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电力系统自动化 2014年第6期38卷 80-84页

作者：杨淑英占琦张兴郭磊磊周岩峰合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽省合肥市230009 阳光电源股份有限公司安徽省合肥市230088

用于风力发电和电动汽车等特殊应用场合中的永磁同步电机(PMSM)驱动器通常需要直接跟踪主控系统下发的转矩指令,而实际系统中通常不安装扭矩仪等转矩检测部件,因此,电磁转矩的准确获取对高精度转矩闭环至关重要。文中提出了一种基于最... 详细信息

用于风力发电和电动汽车等特殊应用场合中的永磁同步电机(PMSM)驱动器通常需要直接跟踪主控系统下发的转矩指令,而实际系统中通常不安装扭矩仪等转矩检测部件,因此,电磁转矩的准确获取对高精度转矩闭环至关重要。文中提出了一种基于最小阶扩展磁链观测器的实时定子磁链观测方案,并在此基础上完成电磁转矩的观测计算。该定子磁链观测方案不仅可以避免传统方案造成的积分饱和、相位或幅值偏差等不利影响,而且该观测方案具有较强的参数鲁棒性,其转矩观测计算精度基本不受PMSM交、直轴电感以及转子磁链的影响。11kW的PMSM仿真与实验验证了该方案的可行性和有效性。

关键词：扩展磁链观测器定子磁链观测转矩闭环控制永磁同步电机

混合动力车用轮毂电机转速闭环和转矩闭环仿真的对比

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农业装备与车辆工程 2008年第7期46卷 24-26页

作者：孔祥星同济大学中德学院上海200092

在分析混合动力车用永磁无刷直流电机(BLDCM)的数学模型之后,利用Matlab的Simulink仿真模块对电机建模,分析了转速闭环控制下电机转矩脉动较大的原因,提出转矩闭环控制,减小了转矩脉动。

关键词：永磁无刷直流电机建模仿真转矩闭环控制

电动汽车用内置式永磁同步电动机精确转矩控制方法

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农业机械学报 2014年第1期45卷 8-13页

作者：朱元武四辈吴志红陆科同济大学中德学院上海201804 同济大学汽车学院上海201804

提出一种基于转矩观测器的电动汽车内置式永磁同步电动机精确转矩闭环控制方法。通过内置式永磁同步电动机数学模型的建立,分析了基于Popov超稳定理论的模型参考自适应参数辨识方法,为了提高系统的响应速度,提出和采用了极点配置法。研... 详细信息

提出一种基于转矩观测器的电动汽车内置式永磁同步电动机精确转矩闭环控制方法。通过内置式永磁同步电动机数学模型的建立,分析了基于Popov超稳定理论的模型参考自适应参数辨识方法,为了提高系统的响应速度,提出和采用了极点配置法。研究了自适应模型控制参数对MRAI系统响应时间的影响,并进行了验证和理论分析。仿真和实验结果表明辨识出的永磁体磁通和定子电阻较为准确,转矩观测器可以根据辨识出的永磁体磁通对实际的转矩进行估算,以此和转矩命令值构成转矩闭环控制,从而在永磁体磁通发生变化时提高驱动系统的转矩控制精度,改善电动汽车驱动系统的性能。

关键词：电动汽车内置式永磁同步电动机模型参考自适应辨识极点配置转矩闭环控制

面向控制的柴油机IMEP在线计算方法及试验

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内燃机学报 2011年第3期29卷 276-281页

作者：万国强黄英张付军李丹阳左哲北京理工大学军用车辆动力系统技术国防重点学科实验室北京100081

利用缸压信号傅里叶变换的方法推导了平均有效压力(IMEP)计算公式,并结合分析DEUTZ BF6M 2015柴油机缸压信号的频谱,得到了能够保证IMEP计算精度的缸压信号最大采样步长;研究了采样步长和上止点位置误差对IMEP计算结果的影响;运用MicroA... 详细信息

利用缸压信号傅里叶变换的方法推导了平均有效压力(IMEP)计算公式,并结合分析DEUTZ BF6M 2015柴油机缸压信号的频谱,得到了能够保证IMEP计算精度的缸压信号最大采样步长;研究了采样步长和上止点位置误差对IMEP计算结果的影响;运用MicroAutoBox硬件平台,开发了用于柴油机转矩闭环控制的实时IMEP在线计算系统,并在DEUTZ BF6M 2015柴油机台架上对开发的IMEP在线计算系统进行了试验研究.结果表明,与Kistler燃烧分析仪相比,开发的IMEP在线计算系统,在保证上止点位置准确,采样步长小于30°CA的条件下,IMEP计算结果误差小于5%.

关键词：柴油机平均有效压力转矩闭环控制采样步长

IPMSM非奇异快速终端滑模无速度传感器转矩控制

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仪器仪表学报 2015年第2期36卷 294-303页

作者：赵凯辉陈特放张昌凡何静黄刚湖南工业大学电气与信息工程学院株洲412007 中南大学交通运输工程学院长沙410075 中南大学信息科学与工程学院长沙410075

为了提高轨道交通用内置式永磁同步电动机转矩控制性能,构建了非奇异快速终端滑模观测器观测等效反电动势,采用分数阶锁相环实现速度和位置的辨识,基于有效磁链实现了转矩控制。首先,采用等效反电动势的概念建立了内置式永磁同步电动机... 详细信息

为了提高轨道交通用内置式永磁同步电动机转矩控制性能,构建了非奇异快速终端滑模观测器观测等效反电动势,采用分数阶锁相环实现速度和位置的辨识,基于有效磁链实现了转矩控制。首先,采用等效反电动势的概念建立了内置式永磁同步电动机的模型,此模型和表贴式永磁同步电机等效;其次,在α-β静止坐标系构建了非奇异快速终端滑模观测器(NFTSMO),应用滑模等值原理观测内置式永磁同步电动机的等效反电动势,利用分数阶锁相环(FO-SPLL)实现了转子速度和位置的辨识,并观测有效磁链和负载转矩,构成转矩闭环控制。最后,通过仿真和RT-Lab硬件在环实验验证了所提出方法的正确性和有效性。

关键词：非奇异快速终端滑模观测器有效磁链等效反电动势分数阶锁相环转矩闭环控制

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无刷直流电机转矩观测与电感自适应辨识

中国电机工程学报 2011年第33期31卷 151-158页

作者：郭鸿浩周波左广杰许恩利唐国芬江苏省新能源发电与电能变换重点实验室江苏省南京市210016

为提高无刷直流电机(brushless DC motor,BLDCM)转矩观测结果的准确性,定量分析了传统的反电势滑模观测器(sliding-mode observer,SMO)及相应的转矩观测结果受定子电感参数偏差的影响程度。分析表明,电感参数偏差会在定子电流变化时引... 详细信息

为提高无刷直流电机(brushless DC motor,BLDCM)转矩观测结果的准确性,定量分析了传统的反电势滑模观测器(sliding-mode observer,SMO)及相应的转矩观测结果受定子电感参数偏差的影响程度。分析表明,电感参数偏差会在定子电流变化时引起反电势和转矩观测误差。为消除这一影响,利用李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论,设计了定子电感自适应辨识率,在线辨识得到电感参数,实时调整SMO的系数矩阵和输入矩阵,构成了新型的自适应滑模观测器,提高了观测精度。最后利用RT-LAB实时控制器进行实验,验证了理论分析的正确性。实验结果表明,所提方法能有效辨识出BLDCM的定子电感值,并正确观测出电机转矩。

关键词：无刷直流电机转矩闭环控制反电势观测转矩观测参数辨识滑模观测器