Abstract
This paper proposes a torque control method for interior permanent-magnet (IPM) motors operating in a wide speed range requiring high torque/power accuracy and a fast dynamic response. Using the fact that the motor parameters are nonlinear and significantly vary with direct and quadrature current operating points, a new optimal operating plane is generated. This operating plane combines the maximum torque per ampere (MTPA) curve, current limit circle, and maximum torque per volt (MTPV) curve, voltage limitations, and torque calculation under the nonlinear parameter variations. As a result, new feedforward tables are generated, which make full use of measured motor parameters. The new torque and flux regulators built around the feedforward tables provide a fast dynamic response and accurate steady-state torque/power production. The proposed controller was implemented and successfully tested on a 105-kW IPM motor electric drive used in a fuel-cell vehicle program.
چکیده
این مقاله یک متد کنترل گشتاور را برای موتورهایی با مغناطیس دائمی داخلی (IPM) که با محدوده ی سرعت وسیع اجرا می شوند و نیازمند دقت گشتاوری بالا و واکنش داینامیک سریع می باشند را پیشنهاد می دهد. با توجه به این واقعیت که پارامترهای موتور غیر خطی هستند و به طور قابل توجهی با اعمال جریان مستقیم و متناوب تغییر می کنند، یک سطح عملیاتی بهینه جدید ایجاد می گردد. این سطح عملیاتی شامل ماکزیمم گشتاور در واحد آمپر (MTPA)، میزان گردش جریان، و ماکزیمم گشتاور در واحد ولت (MTPV)، محدودهی ولتاژ، و محاسبات گشتاور تحت پارامترهای متغیر غیر خطی می باشد. در نتیجه، جداول جدید جلوبرنده ای به وجود می آیند که از تمامی پارامترهای اندازهگیری شده موتور استفاده کردهاند. گشتاور جدید و تنظیم کننده فلوی الکتریکی ساخته شده در محدوده جداول جلو برنده یک واکنش داینامیک سریع را بوجود می آورد و گشتاور صحیح ثابتی تولید می گردد. کنترل کننده پیشنهادی پیاده سازی شده و با موفقیت بر روی موتور الکتریکی IPM با قدرت 105 کیلووات تست شده است.
1-مقدمه
موتورهای مغناطیس دائمی داخلی (IPM) به طور گسترده ای در ماشین آلات کششی الکتریکی بعلت ویژگی های مثبت آنها از جمله راندمان بالا و حجم قدرتی بالا مورد استفاده قرار می گیرند. این کاربردها نیازمند موتورهای محرکی هستند تا در محدوده ی سرعت بالا کار کرده و راندمان بالایی ارائه دهند. وسایل نقلیه همچنین تحت تاثیر تغییرات زیادی در ولتاژ dc هستند، مخصوصاً در حالتی که وسایل از پیل سوختی استفاده می کنند. در محدوده ی سرعت بالا، و یا در عملکردهایی با نیروی کم، جریان بهینه موتور تنها تابعی از گشتاور خواسته شده و سرعت نیست بلکه تابعی از پارامترهای موتور، ولتاژ dc، و حرارت موتور میباشد.
تعدادی از مطالعات قبلی سطح عملیاتی بهینه برای موتورهای IPM را در پارامترهای موتور، ولتاژ dc، و سرعت موتور پیشنهاد کردهاند. سطح عملیاتی در محدوده ی ماکزیمم گشتاور در واحد آمپر (MTPA)، محدوده گردش جریان، و ماکزیمم گشتاور در واحد ولت (MTPV) واقع شده است. بعلت وجود منحنی های بهینه متعدد و محدوده های تحمیل شده بر روی جریان موتور، یک تعدیل کننده ساده که بتواند به طور دقیق و سریع گشتاور خروجی موتور را در سرعتهای بالا کنترل کند موجود نمی باشد. برای داشتن یک گشتاور خروجی سریع و ثابت برای موتور، کنترل کننده های جلوبرنده در سطح عملیاتی بهینه برای موتورهای IPM مورد استفاده قرار می گیرد. سطح عملیاتی و کنترل کننده های جلو برنده همگی بر مبنای پارامترهای ثابت موتور می باشند. گر چه در هر دو محدودهی جریان مستقیم و متناوب موتور، اشباع و مغناطیس متقابل در موتورهای IPM پارامترهای موتور را به طور قابل توجهی غیر خطی کرده و بطور وسیعی متغیر میسازد. تحت این شرایط، سطح عملیاتی بهینهی مذکور و جداول جلو برنده دیگر بهینه و دقیق نیستند...