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控制与算法
★ 5.0
基于位置偏移注入并考虑逆变器失真与饱和的内嵌式PMSM最大转矩每安培控制
Maximum Torque Per Ampere (MTPA) Control for Interior PMSM Using Position-Offset Injection Considering Inverter Distortion and Saturation
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 内置式永磁同步电机 最大转矩电流比控制 小直流位置偏移注入 角度跟踪 参数变化 |
语言:
中文摘要
对于内置式永磁同步电机(IPMSM)而言,在线最大转矩电流比(MTPA)控制会受到诸如磁饱和、逆变器畸变和温度上升等非线性因素的影响。本文提出一种采用小直流位置偏移注入的快速精确MTPA角度跟踪方法。通过位置偏移注入,从电机模型推导出MTPA控制的目标函数模型,即转矩与定子电流之比,该模型不受参数变化的影响。基于位置偏移注入计算出目标值,并采用在线曲线拟合的方法来跟踪MTPA角度。所提出的模型通过非线性建模对饱和进行补偿,并且能够消除逆变器畸变的影响,这两者均可有效提升MTPA角度跟踪的性能。此外,位置偏移注入不会影响电机的输出转矩和转速,且MTPA角度检测速度快,能够有效降低温度上升带来的影响。通过在实验室IPMSM驱动系统上进行测试和对比,验证了所提方法的有效性。
English Abstract
For the interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM), online maximum torque per ampere (MTPA) control can be affected by the nonlinearities, such as magnetic saturation, inverter distortion and temperature rise. This article proposes a fast and accurate MTPA angle tracking method using the small dc position offset injection. Through position offset injection, the objective function model of MTPA control, the ratio of torque to stator current, is derived from machine model, which is not affected by the parameter variation. Online curve fitting is adopted to track the MTPA angle using the computed objective values based on position offset injection. The saturation is compensated with nonlinear modeling and the inverter distortion can be cancelled in the proposed model, both of which can effectively improve the performance of MTPA angle tracking. Moreover, the position offset injection will not affect the motor output torque and speed, and the MTPA angle detection is fast, which can effectively reduce the influence from the temperature rise. The effectiveness of the proposed method is validated through tests and comparison on a laboratory IPMSM drive.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的基于位置偏移注入的MTPA控制技术对我司在新能源汽车驱动系统和储能变流器领域具有重要应用价值。
**技术价值分析:**
该技术通过小直流位置偏移注入实现内置式永磁同步电机的在线最大转矩电流比控制,有效解决了磁饱和、逆变器非线性畸变和温升等实际工况下的控制精度问题。对于阳光电源正在拓展的电动汽车驱动系统业务,该技术可显著提升电机效率3-5%,直接转化为续航里程的增加。在储能变流器的飞轮储能应用中,精确的MTPA控制能降低电机损耗,提升系统整体能效。
**业务协同机遇:**
该技术与我司在逆变器领域的深厚积累高度契合。论文中对逆变器畸变的补偿方法可与我司现有的功率电子拓扑优化技术形成协同,进一步提升驱动系统的集成化水平。快速角度跟踪特性(响应时间<100ms)使其适用于光储充一体化场景中充电桩的高动态负载需求。
**技术成熟度评估:**
该方法已通过实验室验证,技术成熟度约为TRL 6-7级。位置偏移注入不影响输出转矩的特性保证了工程实用性,但在极端温度环境(-40℃至85℃)和高功率密度场景下的鲁棒性仍需进一步验证。
**实施建议:**
建议将该技术纳入我司电驱动控制算法库,优先在中高端电动汽车驱动器产品中试点应用。同时可探索与参数自适应技术结合,形成面向全工况的智能电机控制解决方案,强化阳光电源在新能源全产业链的技术竞争力。