矩阵变换器驱动的永磁同步电机模型预测转矩控制系统研究
永磁同步电机的转矩直接控制
永磁同步电机的转矩直接控制一、本文概述本文旨在探讨永磁同步电机（PMSM）的转矩直接控制策略。
永磁同步电机作为现代电力传动系统中的核心组件，具有高效率、高功率密度和优良的控制性能。
转矩直接控制作为一种先进的电机控制技术，能够实现对电机转矩的快速、精确控制，从而提高电机系统的动态响应性能和稳定性。
本文首先将对永磁同步电机的基本结构和原理进行简要介绍，为后续转矩直接控制策略的研究奠定基础。
随后，将详细阐述转矩直接控制的基本原理和实现方法，包括转矩计算、控制器设计和优化等方面。
在此基础上，本文将重点分析转矩直接控制在永磁同步电机中的应用，探讨其在实际运行中的优势和局限性。
本文还将对转矩直接控制策略的性能进行仿真和实验研究，评估其在不同工况下的控制效果。
通过对比分析，本文将提出改进和优化转矩直接控制策略的方法，以提高永磁同步电机的控制性能和运行效率。
本文将对转矩直接控制在永磁同步电机中的应用前景进行展望，探讨其在新能源汽车、工业自动化等领域的发展潜力。
本文的研究成果将为永磁同步电机的转矩直接控制提供理论支持和实践指导，推动其在现代电力传动系统中的广泛应用。
二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种特殊的同步电机，其磁场源由永磁体提供，无需外部电源供电。
PMSM利用磁场相互作用产生转矩，从而实现电机的旋转运动。
PMSM的定子部分与常规电机相似，由三相绕组构成，用于产生电磁场。
而转子部分则装有永磁体，这些永磁体产生的磁场与定子绕组的电磁场相互作用，产生转矩。
PMSM的转矩大小和方向取决于定子电流的大小、方向以及永磁体与定子绕组磁场之间的相对位置。
PMSM的控制主要依赖于对定子电流的控制。
通过改变定子电流的大小、频率和相位，可以实现对PMSM转矩和转速的精确控制。
与传统的感应电机相比，PMSM具有更高的转矩密度和效率，以及更低的维护成本。
PMSM的工作原理基于法拉第电磁感应定律和安培环路定律。
当定子绕组通电时，会产生一个旋转磁场，这个磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，产生转矩。
矩阵变换器-永磁同步电机矢量 控制系统的新型电流控制方法
2007年 3 月电工技术学报Vol.22 No.3 第22卷第3期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Mar. 2007矩阵变换器−永磁同步电机矢量控制系统的新型电流控制方法葛红娟周波苏国庆张绍（南京航空航天大学自动化学院南京 210016）摘要分析了基于电流滞环控制的矩阵变换器−永磁同步电机（MC-PMSM）系统的开关组合状态和存在的缺点：系统侧电流存在较大的5次和7次谐波分量。
提出了一种改进电流控制方法，该方法采用电机电流双环控制，得出三相电机电流的6个电流控制信号，并将输入三相电压分成12个相区，根据电流控制信号和相区号的不同，选择不同的输入相与输出相连接，确定出矩阵变换器开关组合状态。
在该方法中，每个输入相在整个周期内都参与调制，降低了系统输入电流的谐波分量，提高了系统输入电流的正弦度。
关键词：矩阵变换器永磁同步电机谐波分量电流双环控制矢量控制中图分类号：TM301Novel Current Modulation Approach for the Vector Control ofMC-PMSM SystemGe Hongjuan Zhou Bo Su Guoqing Zhang Shao（Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 210016 China）Abstract An improved current hysteresis-loop modulation approach for the vector control of matrix converter-permanent magnet synchronous motor (MC-PMSM) system is presented in this paper.With the approach, the three-phase input voltages are divided into twelve sections and three pairs of current control signals are deduced by comparing the reference values and the measured values of the output currents based on double current loops. Then, the states of the switches in the MC-PMSM system are determined according to the section number of the input voltages and one of the three pairs of current control signals, so that the modulation of every input voltage phase hold in the whole periods.Hence the 5th harmonic, the 7th harmonic, and the total harmonic distortion (THD) of the input currents, which are relative large when the based current hysteresis-loop modulation method is adopted in the system, are obviously reduced and the input currents of the system become more sinusoidal.Keywords：Matrix converter, permanent magnet synchronous motor, harmonic components, double current loop modulation, vector control1引言矩阵变换器可以实现输入电流和输出电压波形的正弦化，输入功率因数可调，没有大体积的直流环节，因此，在交流传动系统中蕴藏着良好的应用前景。
永磁同步电机的预测电流控制算法研究
永磁同步电机的预测电流控制算法研究【摘要】为提高永磁同步电机（PMSM）的调速性能，本文在分析PMSM 的数学模型和预测电流控制原理的基础上，建立了采用预测电流控制的三相电压型逆变器驱动PMSM的系统仿真模型，结果表明，系统开关频率恒定，电流变化比较平稳，鲁棒性强，且具有良好的动静态性能，验证了所提方案的有效性。
【关键词】永磁同步电机;预测电流控制;鲁棒性1.引言永磁同步电机以其运行效率高、转矩体积比高以及控制灵活等优点而广受关注，近年来国内外学者们永磁同步电机的控制策略研究，取得了一定的进展。
目前对永磁同步电机的研究方法主要有：直接转矩控制、滑模变结构控制、解耦控制、矢量控制等。
[1]提出了电流反馈电压解耦控制方法，取得的效果明显，但系统鲁棒性较差。
[2]阐述了一种基于新型指数趋近律的滑模变结构控制策略，有效的改善了滑模控制的固有抖振情况，使趋近速度上升，但只是对表贴式永磁同步电机进行了相关的验证。
预测控制算法是目前的一种新型研究方法，与已有控制策略相比，可以使电流的谐波含量更低、系统动态响应性能更高。
当建立好准确的系统模型后，对系统各状态变量进行实时，检测，能够基本上实现系统无差拍控制，提高系统控制性能[3-5]。
本文对基于三相电压型逆变器的永磁同步电机电流预测控制方法进行了研究，推导了永磁同步电机的系统数学模型，阐述了电流预测控制方法的原理，并对最优控制电压进行了计算，最后建立了系统的仿真模型，通过仿真验证了所提方案的可行性。
2.逆变器的矢量模型逆变器主电路如图1所示[6]。
图1 逆变器主电路逆变器的开关状态取决于门控信号Sa、Sb、和Sc，如下：（1）（2）（3）表示为向量形式：（4）其中。
逆变器生成的输出电压空间矢量定义：（5）是对逆变器（图1）各相对中性点（N）的电压，然后，负载电压矢量V与开关状态矢量S的关系为：（6）式（6）中是直流母线电压。
考虑到所有可能的组合的门控信号，以及8个开关状态，因此，得到8个电压矢量。
永磁同步电动机模型预测控制
７ １ ０ １ ２ ３ ； ２ ． 西北工业大学 人文与经法学院 ， 陕西 西安
摘
一
要： 提 出永磁 同步电动机 （ Ｐ Ｍ ｓ Ｍ） 调速 系统模型预测控制（ ＭＰ Ｃ ） 设计方法。 针对Ｐ ＭＳ Ｍ调速 系统的非线性特点 ， 提出
种新 的 Ｐ ＭＳ Ｍ调 速 系统 离散 线 性模 型 ， 便 于对 系统设 计 多 变量控 制 器 。利 用新 的 Ｐ ＭＳ Ｍ 调速 系统 离散 线 性 模 型 ， 结 合
第 １ １ 期 ２ ０ １ ３年 １ １月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ２ ２ １
永磁 同步 电动机模 型预测控 制
王 利 平 ， 张
（ １ ． 西京学 院， 陕西 西安
丽
７ １ ０ ０ ７ ２ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｅｓ ｄ ／ ｇ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｎ ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍ
ห้องสมุดไป่ตู้
ｆ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ （ Ｐ ＭＳ Ｍ） ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｂ ｙ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ
Ｍ Ｐ Ｃ具有的处理 多变量 系统和 系统约束条件的优点 ， 提 出用一个 ＭＰ Ｃ控制器代替传统 矢量控 制中速度和电流双 闭环控
制结构以及针对输入约束条件的抗饱和回路的设计思路。新设计方法极 大地简化 了系统结构 ， 提 高了系统的可控性。最 后， 通过仿真对采用传统抗饱和技 术的矢量控 制方法与 ＭＰ Ｃ进行比较 ， ＭＰ Ｃ在 多变量 系统和 多变量约束条件 下， 表现 出明显的应用优势及潜力。仿真结果表 明 ＭＰ Ｃ控制 Ｐ ＭＳ Ｍ调速 系统结构 简单， 计算量小 ， 静、 动态性 能优异。 关键词 ： 永磁同步 ； 电动机 ； 矢量控制 ； 约束； 多变量 中图分类 号： Ｔ Ｈ１ ６ ； Ｔ Ｍ３ ４ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ － ０ ２ ２ １ — ０ ３
永磁同步电机最大转矩 电流比控制仿真研究毕业答辩PPT
1、设计理论 三大控制策略
矢量控制策略 通过控制电机励磁电流和转矩电流，从而控制电机转矩。
优点：良好的转矩响应、速度响应。 缺点：坐标变换复杂、受电机参数影响大。
直接转矩控制策略
将电机转矩直接作为被控制量进行控制。
优点：坐标变换简单、高动态性能。 缺点：会出现转矩脉动、磁链脉动现象。
最大转矩电流比控制策略 通过控制定子电流，从而达到最大转矩输出。
速度/rad/s
3、仿真波形
T /N·m
e
30 25 20 15 10
5 0 -50
600 500 400 300 200 100
0 0
—MPTA控制 ---id=0控制
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 t/s —MPTA控制 ---id=0控制
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 t/s
iq
is
sin(
)
id iq
cos sin
sin i
c
os
i
1、设计理论 设计流程框图
最大转矩电流比控制系统流程框图：
MPTA控制策略模块、SVPWM模块、三相逆变器模块、PMSM模块、坐标变换模块、 位置和速度计算模块、输出波形模块。
MPTA控制策略
SVPWM
三相逆变器
PMSM
输出波 形
i
i
i0
1
2
0
3
1
1 2 3
2
1 2 3 2
ia
ib
1 1 ic
2
2
2
1、设计理论
两种坐标轴系变换
PARK变换 α-β两相静止坐标系变换到d-q两相同步旋转坐标系
《具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器的开发与研究》
《具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器的开发与研究》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，对电机驱动系统的性能要求日益提高。
永磁同步电机（PMSM）以其高效率、高功率密度和良好的调速性能，在工业自动化、电动汽车及航空航天等领域得到广泛应用。
具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器，能实现更为精确的电机控制，提高系统的动态性能和稳定性。
本文旨在探讨具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器的开发与研究，为相关领域的研究和应用提供参考。
二、永磁同步电机基本原理与特性永磁同步电机依靠永久磁场和定子上的电流磁场之间的相互作用，实现电机转子的同步旋转。
其特点包括高效率、高功率因数、低能耗等。
同时，由于没有电励磁系统，其结构相对简单，维护成本较低。
三、扭矩反馈系统的重要性扭矩反馈系统在永磁同步电机驱动控制器中扮演着重要角色。
通过实时监测电机的扭矩输出，可以有效地对电机进行控制，提高系统的动态响应速度和稳定性。
此外，扭矩反馈还能帮助系统实现精确的速度和位置控制，满足复杂工况下的应用需求。
四、具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器开发1. 硬件设计：- 控制器硬件主要包括微处理器、功率转换电路、电流传感器、扭矩传感器等。
- 微处理器负责处理传感器信号，控制功率转换电路，实现电机的精确控制。
- 功率转换电路将直流电源转换为交流电源，驱动电机运行。
- 电流传感器和扭矩传感器实时监测电机的电流和扭矩输出，为控制器提供反馈信号。
2. 软件算法：- 控制器软件算法包括扭矩观测器、控制器算法、通信协议等。
- 扭矩观测器通过算法估计电机的扭矩输出，提供给控制器作为反馈信号。
- 控制器算法根据电机的实时状态和设定的控制目标，计算控制信号，驱动电机运行。
- 通信协议用于控制器与上位机之间的数据传输和指令交互。
五、研究现状与挑战目前，具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器在理论研究和实际应用方面均取得了一定的成果。
然而，仍存在一些挑战需要解决，如扭矩传感器的精度和稳定性问题、控制算法的优化和改进等。
永磁同步电机模型预测控制及容错控制策略的研究
永磁同步电机模型预测控制及容错控制策略的研究永磁同步电机模型预测控制及容错控制策略的研究摘要：随着工业自动化技术的不断进步，永磁同步电机作为一种高效能、高动态响应、高功率因数的主动传动设备，得到了广泛的应用。
然而，永磁同步电机在实际运行中也面临着各种问题和异常情况的挑战。
本文以永磁同步电机的模型预测控制和容错控制策略为研究对象，对其进行分析和探讨，并提出相关解决方案。
一、引言永磁同步电机是一种高性能的电力驱动器，广泛应用于工业自动化领域。
其具有响应速度快、高效能、高功率因数等特点，但在实际运行中也会遇到一些异常情况，如电网故障、扰动等，需要进行相关的控制和管理。
二、永磁同步电机的模型预测控制研究永磁同步电机的模型预测控制是一种先进的控制策略，可以有效地解决电机模型不精确、外部扰动等问题。
该方法通过建立电机的数学模型，并根据该模型进行状态和输出的预测，从而实现更精确的控制。
在永磁同步电机的模型预测控制中，首先需要建立电机的数学模型。
该模型需要考虑电机的动态响应特性、电机转子位置、转子磁场等因素。
然后，通过模型预测，确定电机的最优控制量，并对其进行相应调节。
最后，将调节后的控制量输入到电机的控制器中，以实现对电机的精确控制。
三、永磁同步电机的容错控制策略研究在实际运行中，永磁同步电机可能会遇到电网故障、电机故障等异常情况。
为了保证电机的稳定运行，需要针对这些异常情况制定相应的容错控制策略。
容错控制策略通常包括故障检测、故障诊断和故障恢复三个阶段。
首先，需要对电机进行故障检测，通过监测电机的输入输出信号，判断电机是否出现异常。
然后，针对电机故障进行诊断，确定故障类型和位置。
最后，根据故障诊断结果，采取相应的故障恢复措施，保证电机的稳定运行。
四、相关解决方案的提出针对永磁同步电机的模型预测控制和容错控制策略，本文提出了一些相关解决方案。
在模型预测控制方面，可以采用基于最优化算法的模型预测控制方法，以提高控制精度和响应速度。
【项目】台达电力电子科教发展计划资助项目
杨中平
北京交通大学
高压气体放电灯整流效应及其对镇流器影响研究
王卫
哈尔滨工业大学
一种三相软开关高功率因子AC/DC功率变换技术的研究
贲洪奇
哈尔滨工业大学
2005年
基于电磁轴承飞轮储能UPS的研究
姜新建
清华大学
MRI梯度系统中高精度大功率脉冲功率放大技术的研究
南京航空航天大学
燃料电池不停电电源(FC-UPS)（重大项目）
徐德鸿
浙江大学
新颖电梯能量回收控制系统研究（重点项目）
吕征宇
浙江大学
基于电力电子电路拓扑的电源线通信技术研究
吴建德
浙江大学
风力发电系统的电能质量和能量管理全部优化控制（重点项目）
刘进军
西安交通大学
多发电机大功率风电变换系统的研究
曾翔君
西安交通大学
刘瑞芳
北京交通大學
2011年
储能型波力发电系统研究（重点）
肖曦
清华大学
基于谐波注入的微电网阻抗测量关键技术研究（重点）
卓放
清华大学
电力电子系统电磁兼容的人工免疫方法研究（重点）
熊蕊
西安交通大学
面向高故障容限感应电机驱动系统的多目标容错控制研究
于泳
哈尔滨工业大学
高增益高效率直流光伏集成发电模块关键技术研究
孙旭东
清华大学
混合多电平逆变器及其PWM控制方法的研究
刘文华
清华大学
矩阵变换器和基于自抗扰控制器的异步电动机组合控制
黄立培
清华大学
开关磁阻起动/发电机系统关键技朮研究
刘闯
南京航空航天大学
逆变器并联系统谐波环流的分析和抑制
永磁同步电机调速系统的伪微分反馈控制
永磁同步电机调速系统的伪微分反馈控制李光泉;葛红娟;刘天翔;马春江【摘要】永磁同步电机是一个多变量、非线性、强耦合的复杂系统,对外界扰动及内部参数变化敏感,为改善系统动静态性能,提高系统鲁棒性,本文引入了一种新的速度调节方法--伪微分反馈(Pseudo Derivative Feedback,PDF)控制策略.文章首先介绍了基于PDF调节器的矩阵变换器一永磁同步电机调速系统,推导出了系统的传递函数和微分方程,根据推导结果绘制了系统的博德图,并对系统的动静态性能和抗干扰能力进行了理论分析.在同等条件下对两种调节器(PDF与PI)下的调速系统分别进行了仿真和实验研究,结果表明:采用PDF调节器时,系统的输出响应速度更快、无超调和振荡,有效地提高了系统的动静态性能和鲁棒性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2010(025)008【总页数】6页(P18-23)【关键词】伪微分反馈控制;速度调节;PI控制;鲁棒性;永磁同步电机【作者】李光泉;葛红娟;刘天翔;马春江【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,南京,210016;南京航空航天大学自动化学院,南京,210016;南京航空航天大学自动化学院,南京,210016;南京航空航天大学自动化学院,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】TM301.2;TM3521 引言永磁同步电机（PMSM）具有结构简单、功率密度高、效率高等优点，在高精度数控机床、机器人、特种加工等场所得到了广泛的应用。
传统PMSM控制器大多采用 PI调节器，PI控制算法简单，能满足一定范围内的控制要求，但其设计依赖于精确数学模型。
而PMSM是一个多变量、强耦合、非线性、变参数的复杂对象，在实际应用中，由于外界干扰及内部摄动等不确定因素的影响，传统PI调节器难以满足高性能控制的要求。
针对PI调节器存在的问题，相关文献提出了一些解决方法，如滑模变结构PI控制法、模糊自整定PI控制法、参数自寻优控制法等[1-3]，但这些控制理论相对比较复杂。
矩阵变换器供电的永磁同步电动机矢量控制系统研究
ＡＢＳＴＲＡＣＴ ： Ｂａ ｅ ｎ ｓ ｐ ｒｏ ｌｃ ｒｃ ｌｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｆｍａｒｘ ｃ ｎ ｅ ｔｒ ｏ ｉ ｅ ｔ ｅ ｔｒｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｄ ｏ ｕ ｅ ｒｅ ｅ ｔｉ ａ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅｏ ｔ ｏ ｖ ｒｅ ｓｃ ｍｂ ｎ ｄ ｗｉ ｖ ｃｏ ｏ ｔｏ ｉ ｉ ｈ ｔｃ ｏｏ ｙ， ｄ ｅ ｌ ｔ ｄ ｅ ｏ ａ ｏ ｔｍａｒｘ ｃ ｎ ｅ ｅ ’ ｈｙ ｔ ｒ ｓｓ ｃ ｒｅ ｅ ｈｎ ｌｇ ｅ ｐ ｙ ｓｕ ｉ ｄ ｔ ｄ ｐ ｔ ｏ ｖ ｒ ｒｓ ｓｅ ｅ ｉ ｕ ｒ ｎｔＰＷ Ｍ ｏ ｔｏ ｔａｅ ｙ ｔ ｅ ｌ ｅ ｉ ｔ ｃ ｎ ｒ ｌｓｒｔ ｇ ｏ ｒ ａ ｉ ｚ ｔ ＭＳ ｒ ｔｒｆｕ — ｒｅ ｔｄ ｖ ｃｏ — ｏ ｔｏｌ ｄ ｓ ｓｅ ｈｅ Ｐ Ｍ ｏｏ — ｘ ｏ ｎ ｅ ｅ ｔ ｒｃ ｎ ｒ ｌｅ ｙ ｔ ｍ． Ｔｈ ｎ， ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｆｔ ｅ ｓ ｓｅ ｉ ｉ ｎ ｉ — ｌ ｉ ｅ ｈ ｄ ｌｏ ｈ ｙ ｔ ｍ ｓｂｕ ｌ ａ ｄ ｓｍｕ ｔ ｌ ｔｄ ｂ ｈ ｏ ｔ ｒ ｆＭａｌ ｂ Ｓｉ ｌｎ ａｅ ｙ ｔ ｅ ｓ ｆｗａ ｅ ｏ ｔ ／ ｍｕ ｉ ｋ， ａ ｄ ｔ ｅ ｍａｎ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｗａ ｅｏ ｍｓ ｇ ｖ ａ ｎ ｈ ｉ ｉ ｌｔｏ ｖ ｆｒ ａ ｅ． Ｔｈ ｅ ｕｌ ｆｔ ｅ ｅ ｒ ｓ ｔ ｏ ｈ ｓ ｓｍｕ ａｉｎ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔｉ ｉ ｅ ｓｂ ｅ ｔ ｐ ｙ ｍａｒｘ ｃ ｎ ｅ ｅ ｔ ｈ ｉ ｌｔｏ ｎ ｉａ ｅｔ ａ ｔ Ｓｆ ａ ｉｌ ｏ ａ ｐｌ ｔｉ ｏ ｖ ｒ ｍ ｏｔ ｅ ＰＭＳ ｖ ｃ ｏ ｏ ｔｏ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ． ｔ Ｍ ｅ ｔｒｃ ｎ ｒ ｌｍｏ ｉ ｙ ｔｍ ｏ ｔ ｅ ｇ ｏ ｒｏｍａ ｃ ｆｔ ｅ ｍｏｉ ｎ ｙ ｔｍ ， ｉ ａ ｄ ｔｏ ｈ ｏ ｄ ｐｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈ ｔｏ ｓ ｓｅ ｆ ｎ ｄ ｉｉ ｎ， ｏ ｅ ｃ ｍｅ ｔ ｈ ｒｃ ｍｉ ｇ ｕ ｈ ｓ ｔ ｅ ｐ ｏ ｖ ｒ ｏ ｈｅ ｓ ｏ ｏ ｎ ｓ ｓ ｃ ａ ｈ ｏ ｒ ｔ ｃ ｒｅ ｔｗａ ｅ ｏ ｍ ｎ ｈ ｏ ｐ ｗｅ ａ ｔｒ ｉ ｈ ｎ ｕ ｉ ｅ ｏ ｈ ｏ ｖ ｎ ｉｎ ｃ ｎｖ ｒｅ ． ｕ ｒ ｎ ｖ ｆｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｌｗ ｏ ｒｆ ｃｏ ｎ ｔ ｅ ｉ ｐ ｔｓｄ ｆｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｏ ｅ ｒ ｔ ＫＥＹ ＯＲＤＳ： Ｍａ ｒｘ ｃ ｎ ｅ ｅ Ｗ ｔｉ ｏ ｖ ｒ ｒ； Ｐ ｔ ＭＳＭ ； Ｖｅ ｔｒ ｃ ｎ ｒ ｌ Ｈｙ ｔ ｒ ｓｓｃ ｒｅ ｃｏ ｏ ｔｏ ； ｓｅ ｅ ｉ ｕ ｒ ｎｔ
永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真
永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真王涛;李勇;王青;贾克军【摘要】基于永磁同步电机具有多变量、非线性的复杂特性,为研究需要,对其物理模型进行简化,建立了电机的数学模型及其基本方程.在矢量控制众多方法中采用最为简单的使直轴电流id=0方法进行研究,得到了基于转子磁场定向矢量控制下的电机电磁转矩方程.在Matlab/Simulink搭建整个系统仿真模型、转速和电流控制模块,并对这些模块进行仿真.仿真结果表明所得波形符合理论分析,系统响应快、超调量小,系统运行稳定,具有良好的动、静态特性.该模型的建立和分析对电机的实际控制提供了新的研究思路.%Based on the complex system of Permanent Magnetic Synchronous Motor (PMSM) with multi-variable and nonlinear, in this paper, the physical model of PMSM is simplified and the mathematical model of the motor is established in order to facilitate research. This paper uses id = 0 control manner which is the simplest manner in vector control methods, motor electromagnetic torque equation is established based on rotor field oriented vector control. The system model,speed and current control block are built and simulated with Matlab/Simulink. Simulation results show that the waveform is consistent with theoretical analysis; the model has fast response and small overshoot. The system runs stably with good dynamic and static characteristics. So,the establishment and analysis of PMSM model provide a new study for its actual control.【期刊名称】《河北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(031)006【总页数】5页(P648-652)【关键词】永磁同步电机;矢量控制;建模;仿真【作者】王涛;李勇;王青;贾克军【作者单位】河北大学质量技术监督学院,河北保定071002;北京科技大学车辆工程研究所,北京100083;河北大学质量技术监督学院,河北保定071002;河北大学质量技术监督学院,河北保定071002【正文语种】中文【中图分类】TH39永磁同步电机与励磁同步电机相比取消了励磁电源和励磁绕组，取而代之的是能够产生稳定磁场的永磁体，这就使得永磁同步电机结构更加紧凑，重量减轻，体积减小，又由于同时也取消了励磁系统的损耗，其效率、功率因数得到了很大的提高［1-2］.永磁同步电机的励磁磁场由转子上的永磁体产生，按转子磁场定向的矢量控制实现类似于直流电机对转矩和转子磁链的分别控制，从而获得类似于直流电机的宽范围调速性能.随着电力电子技术和控制技术的发展，永磁同步电机具有精度高、动态性能好、调速范围大以及定位控制准确等优点，常被应用于伺服系统和高性能的调速系统，因此引起了国内外越来越多学者的广泛关注［3］.本文对永磁同步电机建立数学模型得到其基本方程，对矢量控制众多控制方法中最为简单的id＝0方法进行研究，在Matlab／Simulink平台下建立该控制方法的仿真模型并进行仿真，并对仿真结果进行分析.该模型的建立和分析对电机的实际控制提供了新的研究思路.1.1 永磁同步电机基本结构永磁同步电机的定子与一般交流电机的定子绕组相同，采用三相交流绕组.定子铁心由带有齿和槽的冲片叠成，在槽中嵌入交流绕组.当三相对称电流通入三相对称绕组时，在气隙中产生同步旋转磁场，为简化问题同时又不影响数学模型的精度，常作如下假设：1）气隙磁场即永磁体产生的励磁磁场和三相绕组产生的电枢反应磁场呈正弦分布，定子三相绕组磁通产生的感应电动势也呈正弦分布；2）由于永磁同步电机的气隙比较大，所以不计定子磁路的饱和和铁损；3）转子上没有阻尼绕组，永磁体没有阻尼作用［4-5］.1.2 永磁同步电机基本方程将永磁同步电机模型建立在三相静止坐标系（abc坐标系）上，可得到其各绕组电压平衡方程［6-7］式中，ea，eb，ec 为永磁体磁场在a，b，c三相电枢绕组中感应的旋转电动势，Rs 为定子绕组电阻，La，Lb，Lc 为定子绕组自感，Mab，Mbc，Mca为绕组间的互感.由于转子结构不对称，将abc坐标系（三相静止坐标系）中的a，b，c三相绕组先变换到αβ坐标系（两相静止坐标系），然后再由αβ坐标系变换到dq坐标系（两相旋转坐标系）中.采用的坐标变换关系式为［8-11］得到dq坐标系上的电压方程为dq向abc转换关系如式（5）所示.式中，Ld，Lq 为定子绕组自感，id，iq 为d，q轴电流分量，Rs 为定子绕组电阻，ud，uq 为d，q轴电压分量，ωr 为转子角速度，ψf ＝ψfm／2，ψfm 为与定子a，b，c三相绕组交链的永磁体磁链的幅值.电机在dq坐标系中转矩方程为永磁同步电机的矢量控制方法有很多种，其中使直轴电流id＝0控制是最常用的方法.此时电流矢量随负载状态的变化在q轴上移动.根据式（4），id＝0时的电磁转矩为.采用该方法消除了直轴电流带来的电枢反应，电机所有电流都用来产生电磁转矩，电流控制效率得到提高，产生最大的电磁转矩.永磁同步电机矢量控制结构图1所示.根据永磁同步电机矢量控制结构图［12-15］，在Matlab／Simulink中搭建仿真模型，如图2所示.本文采用永磁同步电机电流、速度的双闭环控制，如图3所示.内环为电流环，外环为速度环.将电流环看作是速度调节系统中的一个环节，其作用是提高系统的快速性，抑制电流环内部干扰，限制最大电流以保障系统安全运行，速度环的作用是增强系统抗负载扰动的能力，抑制速度波动［16］.转速调节模块如图4所示.该模块由PI调节器和限幅输出模块组成.通过反复调整kp，ki参数使系统输出达到最佳状态.电流调节其实就是转矩调节模块，将转速调节器的输出电流作为转矩调节器的输入.该模块也由PI调节器和限幅输出模块组成，电流调节模型图与转速调节模型图相同［17-18］.仿真参数设置：逆变器直流电源电压380V，永磁同步电机定子绕组电阻Rs＝2.67Ω，d轴电感Ld＝0.007H，q轴电感Lq＝0.007H，极对数p＝2，电机转动惯量J＝0.006kg·m2.电机空载启动，启动转速给定n＝3 000r／min；待系统进入稳态后在0.05s时突加Tl＝6N·m的负载，仿真时间t＝0.1s.仿真结果如图5a-c 所示.从图5a中可以看出电机在启动后的0.02s内转速快速上升，并在经过0.01s的波动之后迅速达到稳定状态，电机动态响应性能良好.图5b中看出0.03s之前出现很大的振荡，这是因为电机启动初期转子转速低于定子旋转磁场转速，定子磁链和永磁体磁链产生的转矩在较短的时间内起到制动作用.当牵引转矩小于制动转矩时，电机总转矩下降，从而出现振荡现象.在0.05s突加6N·m的负载时，转速、转矩均有相应响应，但经过短暂的波动之后均达到稳定状态.由于仿真过程中使用PWM逆变器供电，定子电流中出现一定的谐波分量，影响到电磁转矩，使转矩和转速均出现一定的脉动，但不影响系统的稳定性.图5c为电机的机械特性曲线，可以看出机械特性较为理想.在分析永磁同步电机数学模型的基础之上，建立了电机的数学方程，通过数学的方法去研究永磁同步电机，并在Matlab／Simulink里搭建模型并进行仿真.由电机仿真波形可以看出，系统响应快速且平稳，转速和转矩超调量非常小，系统起动后保持恒定转矩；突加扰动时系统波动较小，充分说明系统具有较好的鲁棒性.仿真结果证明了本文所提出的永磁同步电机仿真建模方法的有效性.【相关文献】［1］曾毅.变频调速控制系统的设计和维护［M］.2版.济南：山东科学技术出版社，2002.［2］张铁军.永磁同步电机数字化控制系统研究［D］.长沙：湖南大学，2006.［3］王成元.电机现代控制技术［M］.北京：机械工业出版社，2007.［4］杨文峰，孙韶元.参数自调整模糊控制交流调速系统的研究［J］.电工技术杂志，2001（9）：11-13.［5］BARRERO F，GONZÁLEZ A ，TORRALBA A，et al.Speed control of induction motors using a novel fuzzy sliding mode structure［J］.IEEE Transactions on Fuzzy Systems，2002，10（3）：375-380.［6］薛峰，谢运祥，吴捷.直接转矩控制系统的转速估算模型及其参数补偿方法［J］.电工技术学报，1998，13（5）：26-30.［7］EBERHART R，KENNEDY J.A new optimizer using particl swarm theory［Z］.Proceedings of Sixth International Symposium MicroMachine and Human Science，Nagoya，Japan，1995.［8］陈伯时.电力拖动自动控制系统［M］.2版.北京：机械工业出版社，2001.［9］陈荣.永磁同步电机伺服系统研究［D］.南京：南京航空航天大学，2004.［10］黄永安，马路，刘慧敏.MATLAB 7.1／Simulink 6.1建模仿真开发与高级工程应用［M］.北京：清华大学出版社，2005.［11］李学文，李学军.基于SIMULINK的永磁同步电机建模与仿真［J］.河北大学学报：自然科学版，2007，27（S1）：28-31.［12］BOUCHIKER S，CAPOLINO G A.Vector control of a permanent magnet synchronous motor using AC matrix converter［J］.IEEE Transactions on Power Electronics，1998，13（6）：1089-1099.［13］沈艳霞，吴定会，李三东.永磁同步电机位置跟踪控制器及Backstepping方法建模［J］.系统仿真学报，2005，17（6）：1318-1321.［14］薛花，姜建国.基于EKF永磁同步电机FMRC方法的仿真研究［J］.系统仿真学报，2006，18（11）：3324-3327.［15］林伟杰.永磁同步电机两种磁场定向控制策略的比较［J］.电力电子技术，2007，41（1）：26-29.［16］LI Yong，MA Fei，CHEN Shunxin，et al.PMSM simuation for AC drive in mining dump truck［Z］.The Ninth International Conference on Information and Management Sciences（IMS2010），Urumchi，2010.［17］KENNEDY J，EBERHART R.Particle swarm optimization［Z］.Pro IEEE Int Conf on Neural Networks，Perth，1995.［18］钱昊，赵荣祥.永磁同步电机矢量控制系统［J］.农机化研究，2006（2）：90-91.。
交一交矩阵变换器驱动下的PMSM矢量控制
（） ３
换器 ，给出基于电流跟踪控制 的矩阵变换器设计方
［ ＝一￣Ｌ ［Ｒ ］ ＋ ｐ
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输 出 电压 ，功 率 可 以实 现 双 向流 动 和 实 现 能 量 的 再
生利 用 。交 一交 矩 阵 变换 器 的输 出 电压 大 小 、相位
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ｄ ｑ旋转 坐标 系下 的 Ｐ Ｍ 电压方 程为 ： ＭＳ
及频 率均 可 自由调 节 ，频 率 可 高 于输 入 频 率 ，输 入 电流 相位 可 超前 、滞 后 或 等 于输 入 电压 相 位 ，且 没 有 中间直 流 环节 ，具 有 体 积 小 和 重 量 轻 的特 点 ，符
ｂ ｓ ｄ ｏ ｕ ｒ ｎ ｒ ｃ ｉ ｏ ｔｏ ，ｔ ｅ ＡＣ— ｔｉ ｏ ｖ ｒｅ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ａ ｅ ｎ ｃ ｒｅ ｔｔａ ｋｎｇｃ ｎｒ ｌ ｈ ＡＣ ｍａｒｘ ｃ ｎ ｅ ｔｒｗａ ｅ ｉ ｎ ｄ．Ｍｏ ｅ ｖ ｒ ｈｅｓｍｕｌ ｋ ｍｏ ｅ ｒ ｏ ｅ ，ｔ ｉ ｉ ｄｌ ｎ ｗａ ｓａ ｌｓ ｅ ｏ ｈ ｓｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｆ ｒｔ ｅＰＭＳ ｖ ｃ ｏ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｅ ｙ ＡＣ・ Ｍ ｅ ｔｒｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｆｄ ｂ ＡＣ ｔｉ ｏ ｖ ｒｅ ，ｓｍｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｔ ｏ ｅ ｍａｒｘ ｃ ｎ ｅ ｒ ｉ ｌｔｏ ｅ ｕｌ ｐｒｖ ｄ ｔ ｓ ｔ ｅ ｆ ａ ｉ ｉｉｙ ｏ ｈ ｅ ｓｂ ｌｔ ｆＰＭＳ ｖ ｃｏ ｏ ｔｏ ａ ｅ ｎ ｃ ｒｅ ｔｔａ ｋ ｎ ｆＡＣ・ Ｍ ｅ ｔｒ ｃ ｎ ｒ ｌｂ ｓ ｄ ｏ ｕ ｒ ｎ ｒ ｃ ｉ ｇ ｏ － ＡＣ ｔ ｘ ｅ ｎｖ ￣ｅ ｍａｒ ｏ ｅ ｒ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ：ＰＭＳ ；ｍａｒｘ ｃ ｎ ｅ ｔｒ；ｃ ｒｅ ｔｔａ ｋ ｎ ｙ ｗｏ ｄ Ｍ ｔ ｏ ｖ ｒｅ ｉ ｕ ｒ ｎ ｒ ｃ ｉ ｇ；ｖ ｃｏ ｏ ｔｏ ｅ ｔｒ ｃ ｎ ｒ ｌ
基于滑模控制的TSMC-PMSM调速系统
基于滑模控制的TSMC-PMSM调速系统
周锋;栗梅;孙尧;刘见
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2012(046)008
【摘要】设计了一种基于双级矩阵变换器(TSMC)驱动的永磁同步电机(PMSM)滑模变结构直接转矩控制方案.该方案针对一般滑模控制器的抖振问题,设计了积分滑模面、符号函数平滑和变指数趋近律,并应用于PMSM转矩和磁链的控制,既克服了滞环直接转矩控制(DTC)转矩和磁链脉动大的不足,又解决了一般滑模控制器的抖振问题.采用DSP和FPGA开发了一套系统实验样机,给出了系统的软硬件设计方法,实验结果验证了系统设计的有效性,实现了系统高性能调速及网侧电能质量的优化.
【总页数】4页(P93-96)
【作者】周锋;栗梅;孙尧;刘见
【作者单位】中南大学,信息科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学,信息科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学,信息科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学,信息科学与工程学院,湖南长沙410083
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.基于滑模控制的船舶电力推进调速系统仿真 [J], 高键;吴祥瑞
2.基于新型趋近律滑模控制的TSMC-PMSM矢量控制系统 [J], 刘见;粟梅;裴茂林;张春强
3.基于积分滑模控制的对称六相永磁同步电机调速系统研究 [J], 李永恒;刘陵顺;闫红广
4.基于Anti-reset Windup方法改进的PMSM调速系统的滑模控制 [J], 张富程;李慧斌
5.基于双滑模控制的PMSS直接转矩调速系统设计 [J], 单文桃; 李永俊; 刘新; 王琳
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矩阵变换器驱动永磁同步电机滑模变结构直接转矩控制
前言
高性能永磁同步电动机驱动控制主要采用交直交 供 电方式 ，控制策略以矢量变换控制为主 。而直接转 矩控制与矢量控制相 比， 具有控制简单 ，对电机参数 变化 鲁棒 性好 等优 点 。 采用 矩阵 变换器 驱 动交 流 电机 ， 不仅可以满足 日 益严格的电网电能质量的要求 ，降低 谐波污染 ，而且可 以实现能量的双向流动 ，获得单位 功率因 ， 。 变结构控制具有结构简单 、响应快速、对 系统的
［ 摘 要］ 本 文提出了一种新的趋近率用于永磁 同步 电机 的变结构直接 转矩控制 。该趋近率按 指数 和加 速度
两种速率趋 向滑模 面 ，解决 了滑模控制 中的高频抖振 问题 ，并提高 了趋 近速度 ，并建立 了矩 阵变换器供 电的
永磁同步 电机变结构直接转矩控制系统。利用 双空 间矢 量调 制策略获得了较小 的转矩脉动和恒定 的开关频率 ， 同时保持 了传统直接转矩控制优 良的动静态性能 。
３ ４
矩 阵变换器驱动永磁 同步电机滑模变结构直接转矩控制
矩 阵变换 器 驱 动 永磁 同步 电机 滑模变结构直接转 矩控 制
尚重 阳 ，普清 民 （ １ ．西安航空学院电气工程 系，西安 ７ １ ０ ０ ７ ７ ； ２ ．中山职 业技 术 学院 电子 工程 系， 广 东 中山 ５ ２ ８ ４ ０ ４）
ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ， ｎｄ ａ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｇ ｏ ｏ ｄ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｅ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｏ ｎ ｒｏ ｔ １ ．
双三相永磁同步电机模型预测电流控制研究
电气传动2021年第51卷第6期摘要：六相逆变器为双三相永磁同步电机提供了丰富的电压矢量资源，能够使预测电流控制变得更加精准，但更多的电压矢量会带来算法计算量过大的问题，同时双三相电机的谐波电流会使电机的损耗增加，需要对其进行抑制。
提出了一种改进的模型预测电流控制方法。
利用最外围大矢量与次外围中矢量在z 1z 2子平面方向相反的特性，在一个控制周期内将两个矢量按照相应比例结合并作用于电机，可实现抑制谐波电流的目的。
根据定子磁链所在扇区的位置确定出更小范围内的8个预测电压矢量，从而减少了系统运算量。
同时以d ，q 轴电流误差项作为价值函数，消除z 1z 2子平面的电流误差项，如此可避免权重系数的整定。
通过实验对所研究方法进行了验证，结果表明所提MPCC 方法可以有效地降低谐波电流，并且具有良好的控制性能。
关键词：双三相永磁同步电机；模型预测电流控制；谐波电流抑制；预测电压矢量中图分类号：TM28文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd22559Research on Model Predictive Current Control of Dual Three Phase PermanentMagnet Synchronous Motor SONG Wenxiang ，REN Hang（School of Mechatronic Engineering and Automation ，Shanghai University ，Shanghai 200444，China ）Abstract:Six phase inverter provides abundant voltage vector resources for dual three-phase permanent magnet synchronous motor ，which can make predictive current control more accurate.However ，more voltage vectors cause the problem of too much calculation.At the same time ，the harmonic current of dual three-phase motor will increase the motor loss ，which needs to be suppressed.Therefore ，an improved model predictive current control （MPCC ）algorithm was proposed.According to the characteristic that the largest vector of the outermost region is opposite to the middle vector of the sub periphery in the z 1z 2sub-plane ，the two vectors were combined according to a certain proportion to act on the motor in a control cycle to suppress the harmonic current.Furthermore ，the stator flux linkage position was observed and the predicted voltage vector was determined according to its sector.The predicted voltage vectors were reduced to 8.The d ，q axis current error term was used as the value function to eliminate the current error term of z 1z 2sub-plane ，so as to avoid the setting of weight coefficient.The results show that MPCC can effectively reduce the harmonic current and has good control performance.Key words:dual three phase permanent magnet synchronous motor （DTP-PMSM ）；model predictive current control （MPCC ）；harmonic current suppression ；predictive voltage vector双三相永磁同步电机模型预测电流控制研究宋文祥，任航（上海大学机电工程与自动化学院，上海200444）作者简介：宋文祥（1973—），男，博士，教授，Email ：**************.cn随着电力电子技术、微控制器技术和电机控制理论的发展，以及工业应用场合的需求，多相电机及驱动系统以其低压大功率输出、高可靠性、低转矩脉动的特点吸引了越来越多的学者研究[1-3]。
矩阵变换器—永磁同步电机无传感器控制系统的研究
如矩 阵 变 换 器 输 入 功 率 因数 可调 ，能 量 可 双 向流 动 ， 无 直 流 环 节 储 能 元件 ，输 入输 出 波 形 良好 。 如 今 ， 针 对 矩 阵 变 换 器 进 行 了 很 多 研 究 ，如 用 于 变 频 调 速 系统…，风 力发 电系统口，航 空宇航 系统 口 】 ， 车 辆 牵 引 系统 等 。其 中变 频 调速 系统是 研 究 的热 点 ， 目前 已经 有基 于 矩 阵变 换 器 的磁 场 定 向控 制
矩 阵变换器一永磁 同步 电机 无传感器控制 系统的研究
Ｍ ａ 期Ｍ ， 湘 ｍ 锄 糟 ｎ ａ！ ｔｍ 匐 ， ｈｍ ｎｏ ｎｃ 惦 ｍ撕 湘 － 筠 ａ Ｉ ｅ ｈ 『 ｔ 椭 ｂ Ｉ ｅｄｏｎ ｓｅ 暑ｓ
潘 宝安
Ｐ ａ ．ｎ ＡＮ Ｂ ｏ ａ
（ 临沂职业学院，临沂 ２ ６ ０ ７ ０ ０）
中图分 类号 ：Ｔ ２ ３ Ｐ ７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ —０ （ ０ ） ５ 上） １ ６ ４ ９ １ ４ ２ １ ０ （ 一０ —０ ０ ３ ２ ３
Ｄｏ： ．９ ９ Ｊｉｓ ．０ ９ ０ ． ０ ２ ５ ） ４ ｉ１ ３ ６／ ． ｎ １ ０ － １４ ２ １ ．（Ｅ ．２ ０ ｓ ３
机 的转速 隅。然 而 ，速 度传 感器 的 引入 增大 了系统 的体 积 ，提 高 了 成本 ，并 且 限 制 了在 恶 劣 环 境 中
的 应 用 。 由永 磁 同步 电机 本 身 的模 型 ，可 以 通 过
和 为 ｆ 在 扇 区 内 的 两 个 相 邻 矢 所 量 ， 。 零矢 量 （０ 或 １ １． 为 ０ ０ ｌ ）占空 比计 算为
一
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／ Ａ ／ ／ Ｂ － ４
PMSM模型预测直接转矩改进控制策略研究
PMSM模型预测直接转矩改进控制策略研究孙旭霞;樊昱琨;李生民;刘一栋【摘要】永磁同步电机直接转矩控制,其转矩与磁链脉动问题较为突出.在永磁同步电机直接转矩控制中运用模型预测控制算法,以算法滚动优化与反馈校正的特点对转矩、磁链脉动进行抑制;在模型预测直接转矩控制的基础上运用空间电压矢量细分,增加可预测电压矢量的个数,以提升预测精度;同时,对预测运算进行简化处理,增进算法适用性.仿真验证了该算法的可行性和有效性,并通过实验平台进行试验测试.结果表明,该控制系统相电流波形正弦度高、高次谐波得到抑制,而且简化后的算法使得系统运行时间减少了39.7％.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2019(049)008【总页数】6页(P26-31)【关键词】永磁同步电机;直接转矩控制;模型预测;脉动【作者】孙旭霞;樊昱琨;李生民;刘一栋【作者单位】西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安 710048;陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室,陕西西安 710048;西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安 710048;陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室,陕西西安 710048;西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安 710048;陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室,陕西西安 710048;西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安 710048;陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室,陕西西安 710048【正文语种】中文【中图分类】TM341近年来，随着永磁同步电机应用日益广泛，其交流调速系统的控制策略成为科研技术人员关注的焦点。
直接转矩控制，以其优异的动态性能，已在军工、交通、工业生产等领域有着较为广泛的影响力。
但传统永磁同步电机直接转矩控制（PMSM-DΤC），存在转矩脉动与磁链脉动大、逆变器频率过高的问题。
为此，众多学者提出了改进方案：如在系统中加入矩阵变换器或运用多开关逆变器［1-2］；将传统滞环控制器更换为多级滞环控制器［3］；运用模糊、滑模变、遗传等智能控制方法［4-6］对转速调节器或滞环控制器进行替换；使用空间电压矢量调制（space vector pulse width modulation，SVPWM）和占空比调制对系统进行改进［7-8］等。
基于电压矢量利用率的永磁同步电机模型预测转矩控制备选电压矢量集合
基于电压矢量利用率的永磁同步电机模型预测转矩控制备选电压矢量集合**李耀华，杨启东，苏锦仕，任佳越，秦玉贵，赵承辉，周逸凡(长安大学汽车学院，陕西西安710064)摘要：传统模型预测控制(MPC)采用电压源逆变器(VSI)生成的全部7个电压矢量作为备选电压矢量集合，造成较大的运算负担。
不同条件下，模型预测转矩控制(MPTC)系统对7个电压矢量的实际利用率并不均衡。
在考虑定子磁链扇区、磁链和转矩控制信号和转矩角条件下,分析了表贴式永磁同步电机(SPMSM) MPTC系统对7个备选电压矢量的实际利用情况，并基于电压矢量利用率规律,提出了可动态变化的备选电压矢量集合。
仿真结果表明与传统备选电压矢量集合相比,所提备选电压矢量集合可在保持控制性能基本相当的同时，减小备选电压矢量个数,有效提高系统实时性能。
关键词：表贴式永磁同步电机；模型预测转矩控制；备选电压矢量；计算负担中图分类号：TM301.2文献标志码：A文章编号：1673-6540(2020)04-0010-08doi:10.12177/emca.2O19.190Candidate Voltage Vector Sets Used in Model Predictive Torque Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Based onUtilization Rate of Voltage Vectors*LI Yaohua,YANG Qidong,SU Jinshi,REN Jiayue,QIN Yugui,ZHAO Chenghui,ZHOU Yifan(School of Automobile,Chang J an University,Xi'an710064,China)Abstract:Traditional model predictive control(MPC)uses all7voltage vectors generated by voltage source inverter(VSI)as candidate voltage vectors,which results in heavy calculation burden.But traditional model predictive torque control(MPTC)does not utilize7voltage vectors equally under some conditions.The MPTC system for surface permanent magnet synchronous motor(SPMSM)is built.Considering different stator flux sectors,flux and torque control commands and torque angles,the utilization rate of7voltage vectors is studied.Based on the principle of utilization rate of voltage vectors,simplified candidate voltage vector sets are proposed which can dynamically adjust candidate voltage vectors.Simulation results show that compared with traditional candidate voltage vectors sets,the proposed sets maintain the performance equivalently and decrease the number of candidate voltage vectors,and therefore can improve the real-time performance of the system.Key words:surface permanent magnet synchronous motor(SPMSM)；model predictive torque control (MPTC)；candidate voltage vectors；calculation burden收稿日期：2019-12-15；收到修改稿日期：2020-03-03*基金项目：国家自然科学基金项目(51207012)；陕西省工业科技攻关项目(2016GY-069)；陕西省微特电机及驱动技术重点实验室开放基金项目(2013SSJ2002)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(300102228201)作者简介：李耀华(1980—)，男，博士，副教授,研究方向为电机电控与新能源汽车技术。
基于ADRC 的永磁同步电机模型预测转矩控制系统
1引言永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor,PMSM ）具有重量轻、损耗小和功率因数（power factor ，PF ）高、运行可靠等优点，已经在数控机床、电动汽车以及压缩机等领域得到普遍的应用。
矩阵变换器（matrix converter ，MC ）具有体积小、结构简单、PF 可调以及谐波污染小等特点，因而在电动机驱动、移动电源和发电系统等领域广泛应用。
基于PMSM 控制系统研究现状，结合市级、院级科研项目，本文针对PMSM 系统，考虑到系统需要较强的抗干扰能力，PF 接近1，电流输入输出波形与正弦函数一致，稳定快速的转矩动态响应以及更好地跟踪给定转速变化能力等要求，设计了基于ADRC 的PMSM 的MPTC 控制策略。
2MC 驱动PMSM 系统数学模型2.1永磁同步电机的动态模型本文在同步旋转d -q 坐标系下，建立了永磁同步电机数学模型（理想条件为：磁路不饱和、磁场空间按正弦曲线分布，忽略磁滞和涡流影响）。
则PMSM 在d -q 坐标系下的数学模型如式（1）所示。
di d dt =1L d（u d -R s i d +pL d ωr i q）di q dt =1L q[u q -R s i q -pωr （L d i d +ψf ）]⎧⎩⏐⏐⏐⏐⏐⎨⏐⏐⏐⏐⏐（1）式中，u d 、u q 、i d 、i q 、L d 、L q 分别为定子电压、电流、电感在d -q 坐标系的分量，R s 为定子电阻，ψf 为永磁体磁链，p 为磁极对数，ωr 为转子角速度。
PMSM 机械转动方程为：dωr dt =T e -T 1-T f -B m ωr J（2）式中，J 为转动惯量，T 1为负载转矩，T f 为库伦摩擦系数，B m 为阻力摩擦系数，T e 为电磁转矩，在d -q 两相旋转坐标系下可以表达为式（3）所示。
【基金项目】陕西铁路工程职业技术学院校级自然科学基金资助项目（KY2018-69）；陕西省渭南市市级科技项目（ZDYF-JCYJ-138）。
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矩阵变换器驱动的永磁同步电机模型预测转矩控制系统
研究
矩阵变换器驱动的永磁同步电机模型预测转矩控制系统研究
摘要：永磁同步电机（PMSM）是一种在工业应用中广泛使用的电机，具有高效能、高速度、高扭矩和良好的动态性能等优点。
为了进一步提高PMSM的控制性能，本文基于矩阵变换
器与模型预测控制技术，对PMSM的转矩控制系统进行了研究。
首先，介绍了PMSM的基本原理和数学模型，并对PMSM的数学模型进行了推导。
其次，建立了PMSM的控制系统模型，并采
用了矩阵变换器驱动控制策略。
然后，引入模型预测控制技术，通过预测未来时刻的系统状态，优化输出控制指令，实现对PMSM转矩的精确控制。
最后，通过数值仿真和实验验证了所
提出的方法的有效性和可行性。
关键词：永磁同步电机；矩阵变换器；模型预测控制；转矩控制；控制系统
1. 引言
随着现代工业自动化技术的发展，永磁同步电机作为一种快速、可靠和高效能的电机，得到了广泛的应用。
研究永磁同步电机的高性能控制方法对于提高电机的运行效率、降低能源消耗具有重要意义。
在永磁同步电机的控制系统中，转矩控制是其中一个关键问题，对于电机的稳定运行和性能优化具有重要影响。
2. 永磁同步电机模型
2.1 永磁同步电机的基本原理
永磁同步电机的转矩与磁场强度和电流之间的关系密切相关。
通过控制电流，可以有效地控制永磁同步电机的转矩输出。
因
此，准确建立永磁同步电机的数学模型对于电机的控制具有重要意义。
2.2 永磁同步电机的数学模型
永磁同步电机的数学模型可以用电流方程和电动势方程表示。
通过建立电流方程和电动势方程的动态方程组，可以描述永磁同步电机的转矩与电流之间的关系。
3. 模型预测控制技术
3.1 模型预测控制基本原理
模型预测控制是一种通过预测系统未来时刻的状态和输出，优化控制指令从而实现对系统的精确控制的方法。
在模型预测控制中，首先建立系统的数学模型，然后通过对系统未来时刻的状态进行预测，优化控制指令以实现对系统的精确控制。
3.2 模型预测控制在转矩控制中的应用
模型预测控制技术在转矩控制中具有重要的应用价值。
通过预测未来时刻的系统状态，可以优化输出控制指令，实现对转矩的精确控制。
在PMSM的转矩控制系统中，引入模型预测控制技术可以进一步提高系统的控制性能。
4. 矩阵变换器驱动的永磁同步电机模型预测转矩控制系统
4.1 永磁同步电机模型预测转矩控制系统框架
本文基于矩阵变换器驱动和模型预测控制技术，提出了一种新的转矩控制系统框架。
该控制系统包括永磁同步电机的数学模型建模、矩阵变换器驱动和模型预测控制。
4.2 永磁同步电机的数学模型建模
根据前文介绍的永磁同步电机的数学模型，建立了永磁同步电机的模型。
4.3 矩阵变换器驱动
矩阵变换器是一种常用的电机驱动器，可以将输入电压转换为电流以驱动电机。
在转矩控制系统中，采用矩阵变换器驱动技术，实现对永磁同步电机的转矩输出的控制。
4.4 模型预测控制
引入模型预测控制技术，通过预测未来时刻的系统状态，优化输出控制指令以实现对永磁同步电机转矩的精确控制。
5. 数值仿真与实验验证
通过数值仿真和实验验证了所提出的转矩控制系统的有效性和可行性。
通过对比实验数据和仿真结果，证明了所提出方法在控制永磁同步电机转矩方面的优越性。
6. 结论
本文基于矩阵变换器驱动和模型预测控制技术，对永磁同步电机的转矩控制系统进行了研究。
通过建立永磁同步电机的数学模型、采用矩阵变换器驱动技术和引入模型预测控制技术，实现了对永磁同步电机转矩的精确控制。
通过数值仿真和实验验证了所提出的方法的有效性和可行性，为进一步提高永磁同步电机的控制性能提供了重要的理论和方法支持。
本研究基于矩阵变换器驱动和模型预测控制技术，对永磁同步电机的转矩控制系统进行了深入研究。
通过建立永磁同步电机的数学模型，并采用矩阵变换器驱动技术，我们成功实现了对永磁同步电机转矩的精确控制。
同时，引入模型预测控制技术，通过预测未来时刻的系统状态，优化输出控制指令，进一步提高了控制性能。
通过数值仿真和实验验证，我们证明了所提出方法在控制永磁同步电机转矩方面的优越性和可行性。
我们的方法不仅能够有效地控制永磁同步电机的转矩输出，还能够提高系统的响
应速度和稳定性。
本研究为进一步提高永磁同步电机的控制性能提供了重要的理论和方法支持。
我们相信，这些研究成果对于推动永磁同步电机在工业应用中的广泛应用具有重要意义。