PCIM 研讨会 | 墙报交流：聚焦电机驱动与运动控制技术，探索永磁同步电机无传感控制、直线电机优化、多相电机拓扑前沿突破

Motor Drive & Motion Control

电机驱动与运动控制

8月27日 ，13:30-15:00

双三相永磁同步电机单个电流传感器故障容错控制

演讲简介：

在双三相永磁同步电机控制系统中，至少需要四个相电流传感器进行矢量控制。当电机处于高速状态时，电流传感器易受高压、大电流等方面的影响发生故障，从而使控制性能恶化。针对双三相永磁同步电机驱动系统中的单个电流传感器故障，本文提出了一种容错控制方法。该方法基于全阶滑模观测器，并结合坐标变换与旋转、ADALINE滤波技术，在不增加硬件成本的条件下实现容错控制。仿真与实验结果验证了该方法在电流传感器故障下仍能保持系统稳定运行，能有效抑制dq轴电流波动。

基于扩张状态观测器的内置式永磁同步电机无差拍转速控制

演讲简介：

在航空航天装备中，多电驱动系统因其高可靠性、高效率、小体积和轻重量等优势，正逐步替代传统的液压驱动系统。为实现从零速到高速的运行，电机必须具备宽调速范围运行和高动态响应的能力。传统两级级联速度环的带宽低于电流环，这降低了整个系统的带宽并削弱了控制性能。因此，采用非级联的直接速度控制技术，例如无差拍直接速度控制策略，变得至关重要。这些策略能简化控制结构，减少控制延迟，并提高动态响应。为此，本文研究了一种适用于内置式永磁同步电机的无差拍直接速度控制策略，重点考察其在宽速度范围内的速度控制精度和动态跟踪性能。

对此提出了一种考虑参数扰动的内置式永磁同步电机无差拍直接速度控制方案。该方案将级联的电流环和速度环合并为一个单一的控制器，通过无差拍控制，以电磁转矩为公共参数，直接从速度参考值生成参考电压。对于采用最大转矩电流比控制的基速运行，通过对运动方程进行离散化以获得参考转矩，并将其代入最大转矩电流比控制的 d-q 轴电流方程。一个扩展状态观测器用于估计并补偿集总扰动。通过数字信号处理器实验验证了该方案的可行性，并证明了其相较于传统双环控制在性能上的提升。

基于dq轴系耦合抑制的PMSM在线视在电感辨识方法研究

演讲简介：

本报告旨在介绍一种针对永磁同步电机在磁饱和与交叉耦合工况下的在线视在电感辨识方法。永磁同步电机因其优越的功率密度与效率，在工业驱动领域得到广泛应用。电机参数的在线获取是实现高精度控制的前提，然而，传统基于高频信号注入的辨识方法在电机处于重载工况时，由于磁路饱和及交叉耦合效应，dq轴电压方程呈现强耦合特性，导致视在电感及交叉耦合互感的辨识精度显著下降。针对上述问题，本文提出一种基于dq轴系耦合信号自适应抑制的在线视在电感辨识方案。该方法通过注入解耦高频信号，结合ADALINE算法对交叉耦合引起的干扰分量进行自适应抑制，从而将高频电压方程简化为解耦形式。在此基础上，利用简化后的电压方程与稳态电压方程，分步实现视在电感及视在交叉耦合互感的在线辨识。为验证所提方法的有效性，在2.2kW永磁同步电机对拖平台上开展了实验研究。结果表明，在不同负载条件下，该方法能够有效抑制耦合效应带来的辨识误差，实现视在电感参数的稳定、准确辨识。

低载波比下永磁同步电机高性能无位置传感器控制

演讲简介：

本文研究了低载波比条件下永磁同步电机的高性能无位置传感器控制。提出一种基于永磁同步电机离散建模的离散域电流调节器，以提升电流环的稳定性与动态性能。此外，构建了一种基于准比例谐振的滑模观测器，替代传统符号函数与低通滤波器，减小抖振与相位延迟。

演讲简介：

To achieve ideal deadbeat current control of the permanent magnet linear synchronous motor (PMLSM) drives under parameter mismatch, a model parameter self-correcting deadbeat predictive current control method is proposed in this article. First, the impact of parameter mismatch on conventional deadbeat predictive current control using an extended state observer is analyzed, indicating that neglecting resistance leads to a transient drop in the current step response, and the under/overshoot caused by inductance mismatch cannot be improved by ESO. Afterward, a model parameter self-correction scheme is proposed to form a closed-loop disturbance regulation system by integrating with ESO. In this system, the observed disturbances are regulated to zero by adjusting the model parameters, enabling indirect correction of all model parameters without signal injection. The proposed MPSC-DPCC, comprising DPCC, ESO, and MPSC, exhibits strong robustness against initial model parameter mismatch and motor parameter variation. The ideal deadbeat current control without any transient drop and under/overshoot can be easily achieved, and it is not limited by the observer bandwidth    

基于参数整定的无差拍预测控制优化策略

演讲简介：

为了提高永磁同步电机（PMSM）在动态工况下的电流响应性能，提出了一种基于参数辨识的无差拍预测控制策略。从电机参数敏感性、逆变器非线性以及数字控制固有延时等方面进行了深入分析，通过融合电机参数辨识、自适应误差补偿和控制器参数整定等算法，全面提升了无差拍预测控制（DBPC）的暂态与稳态性能。    

基于固定时间一致性的多永磁同步电机系统协同转速控制与电流最优化控制方法

演讲简介：

为解决传统多电机速度协同控制中跟踪性能差、鲁棒性弱的问题，本文针对多台永磁同步电机（multi-PMSMs）提出了一种基于多智能体系统（MAS）固定时间共识的新方法。首先，将多台永磁同步电机（multi-PMSM）的转速调节系统建模为多智能体系统（MAS），并设计了一种确保固定时间收敛的共识协议。在电流环中，采用了最优电流控制器以实现滤波和转矩纹波抑制。代码级仿真验证证明了该策略的可行性。

基于参考电压误差补偿的低参数敏感性无差拍预测电流控制算法    

演讲简介：

为解决永磁同步电机无差拍预测电流控制中的参数依赖性问题，本文提出一种基于参考电压误差补偿的低参数灵敏度DPCC算法。首先，指出传统DPCC对电机参数精度的高度依赖性。为此，所提算法利用代价函数与无差拍思想，将由参数失配引起的总扰动项进行分离，并补偿至参考电压矢量中。同时，为降低算法的计算复杂度，推导出一种简化的预测电流模型。最后，通过搭建实验平台对所提方法进行验证，结果表明，该算法在不同工况下，发生参数失配时，均能有效消除参数变化带来的稳态误差和动态性能下降问题，降低系统对电机参数的灵敏度，增强了控制系统的鲁棒性和实用性。    

三相三电平串绕组逆变器三维空间矢量脉宽调制

演讲简介：

在电动汽车、机器人等现代电气领域，电机驱动系统需兼顾高电压利用率、低谐波与紧凑设计，而传统星形连接逆变器存在直流母线电压利用率低、波形质量不佳等问题。为此，本研究提出一种融合二极管中点钳位型三电平特性与串绕组拓扑的三相三电平逆变器，并设计对应的三维空间矢量脉宽调制（3D-SVPWM）策略。

该拓扑通过串绕组四桥臂结构与多电平技术结合，既继承了串绕组直流母线电压利用率提升 1.732 倍的优势，又具备多电平拓扑低开关应力、低谐波的特点。核心创新在于重构正交 α-β-γ 空间的电压矢量分布：对 α-β 平面矢量采用最近三矢量合成法，对含零序分量的矢量通过 120° 夹角等幅矢量组合抵消其对输出平面的干扰，同时通过动态调整冗余小矢量作用时间，实现中点电位平衡。

MATLAB/Simulink 仿真验证表明，该方案输出线电压与相电压呈现清晰的三电平特性，电磁转矩初始超调小、快速稳定且无明显波动，直流母线电压利用率达 2Vdc/√3，显著优于传统三电平调制。该拓扑兼具容错性与扩展性，可为高精度、低谐波电机驱动场景提供高效解决方案，未来将进一步优化动态稳定性并拓展至更高电平拓扑，为现代电气系统的高效紧凑设计奠定基础。

双三相直线电机推力波动抑制

演讲简介：

高性能电机系统是我国先进智能制造、航天航空、轨道交通牵引、风力发电等装备制造业向高端化发展的关键核心部件。与传统三相电机相比，双三相电机采用两套三相绕组，其定子绕组连接为两个独立的中性点，具备功率密度高、容错性能好、控制自由度高等优点。然而，已有研究多集中于相移30°的非对称双三相电机，针对相移60°对称拓扑的空间矢量解耦矩阵与谐波分析相对不足。为此，本文推导了60°移相双三相直线电机的空间矢量解耦矩阵，将特定阶次的电流谐波分解到多维正交子空间中。此外，还建立了考虑空间磁场畸变的推力数学模型，并采用无差拍预测电流控制对推力脉动进行抑制。

基于十二相同步发电机的电磁暂态建模研究

演讲简介：

船舶同步发电机在船舶电力系统中承担着主要的发电任务，相较于三相交流发电机，十二相同步发电机因直流脉动小与交流干扰小等优势得到普遍应用。船舶十二相同步整流发电系统由原动机、十二相同步发电机、整流装置、励磁控制器与负载五个主要部分构成。考虑到模型分析的简化性，假设十二相同步发电机满足5点理想条件，包括定子绕组空间分布、转子无交轴励磁绕组、忽略铁芯的非线性因素、忽略空间谐波磁场影响和忽略转子凸极效应，针对5部分完成十二相发电机的建模仿真，搭建正常状态下的dq0坐标系数学模型并进一步根据该模型得到便于仿真搭建的VBR模型，通过主要工况的仿真实验来验证模型的正确性与准确性。再结合某实测数据对比，进一步验证可行性、准确性、效率性。

计及速度效应的长定子直线同步电机动子电磁-热耦合分析

演讲简介：

本文针对高速磁浮长定子直线同步电机（LSLSM）动子的温升特性，开展了考虑速度影响的电磁–热耦合分析研究。首先通过电磁有限元模型获得动子损耗分布，并将其作为热源引入流体模型，对400–600 km/h不同速度工况下的温度场进行分析。结果表明，尽管动子损耗随速度显著增加，但高速气流带来的对流冷却效应在该速度范围内起主导作用，使得最高温度反而略有下降。在此基础上，构建了基于多层感知机（MLP）的温度预测模型，实现了高效且准确的温度估计。

基于物理信息神经网络的永磁同步电机建模

演讲简介：

传统永磁同步电机机理模型虽能反映基本特性，却难以精确刻画复杂的非线性因素；而纯数据驱动神经网络虽具备强大的非线性拟合能力，却受限于对海量数据的依赖及物理可解释性的缺失。针对上述局限，本论文提出一种基于物理信息神经网络的永磁同步电机建模新方法。该方法将电磁与机械微分方程作为正则化项嵌入损失函数，构建了融合物理约束与数据驱动的统一架构。模型以时间及电压指令为输入，直接映射电流与转速状态，在显著降低数据依赖的同时确保了预测结果的物理一致性。基于Simulink高保真模型的验证结果表明，该物理信息神经网络模型能精准捕捉动态工况下的主导特性。尽管在电压突变瞬间存在轻微震荡，但整体动态响应与系统较好吻合，展现了较好的拟合效果。

用于电机驱动器的超高耐压聚酰亚胺基隔离器

演讲简介：

电子系统隔离是保障高压场景设备安全运行及信号稳定传输的核心技术，目前行业内已形成两类主流技术方案。光耦隔离器可提供低成本的中高隔离耐压解决方案，但其存在集成度低、传输速率低、功耗偏高及使用寿命短等短板，难以适配高可靠性场景的应用需求。基于电容耦合的数字隔离器仅能实现中低压隔离，受二氧化硅介质薄膜高内应力的制约，其隔离耐压难以突破20kVrms，且抗干扰特性较弱。以聚酰亚胺（PI）为隔离介质的磁隔离器，兼具光耦隔离器的极高隔离耐压、强抗干扰能力与电容隔离器的高集成度、长使用寿命，可广泛应用于风电、光伏\轨道交通以及AI电源等高端工业领域。本文提出一种新型高压磁隔离器，经实验验证，该器件在20kVrms测试条件下，耐压时间均超过999秒，浪涌测试电压可达35kV，进一步提升了高压隔离场景的适配能力与运行可靠性。

A Power Pulsations Control Model based on Digital Motor Control Processing Tehniques DSP

演讲简介：

The high pulsating electric torque has been modeled in a special way for the analysis of resonance in scalar control and for load reversal in vector control of induction servomotors at resonance, the pulsations caused by the frequency passing through the electrical resonance frequency; an internal model for direct oscillations is presented.

MLP-PI Current Control Strategy for PMSM Considering Inverter Nonlinearity

演讲简介：

本文针对采用氮化镓（GaN）功率器件的永磁同步电机（PMSM）驱动系统，提出一种考虑逆变器非线性特性的MLP‑PI 并联型电流控制策略。由死区时间与功率器件压降所引起的非线性电压误差，会恶化电流波形质量，在高开关频率工况下尤为明显。该方法将多层感知器（MLP）与传统 PI 控制器并联，以补偿逆变器带来的电压偏差。MLP 利用给定相电压与采样相电压的差值、相电流及转速进行离线训练。实验与仿真结果表明，该方法能显著降低电流总谐波畸变率（THD），并提升系统低速运行性能。

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