改进滑模观测器的电流源逆变器驱动PMSM无位置传感器控制

由于电流源逆变器(CSI)的叠流效应以及前级DC-DC控制的母线电流脉动较大,使得扩展反电动势中含有大量谐波,造成较大的位置误差。针对此问题,该文提出一种改进滑模观测器的电流源逆变器驱动永磁同步电机无传感器控制方法。首先,基于传统滑模观测器,设计复系数滤波器代替传统低通滤波器,实现了对估计反电动势的准确提取,同时也抑制了估计反电动势中的高频抖动和高次谐波。其次,将二阶广义积分器内嵌于锁相环中,用于消除位置误差信号中的低次谐波,提高位置观测准确度。最后,将估算的速度信息反馈回复系数滤波器,实现复系数滤波器的自适应性。实验结果表明,所提方法在不同工况下,能够有效提高估算的转子位置精度,验证了方法的可行性与有效性。

基于几何约束优化的重复控制器及PMSM电流谐波抑制应用

重复控制器凭借其具有多个谐振峰而广泛应用于电流谐波抑制领域,然而在实际电机控制系统中,由于系统采样频率固定而电流谐波频率随电机转速而变化,会导致重复控制器中出现分数阶延时环节,而该环节在实际控制器中无法实现。对此,该文针对现有分数阶处理方法进行讨论,分析了插值逼近方法中插值系数对重复控制器整体频率特性的作用,据此提出基于几何约束优化的分数阶重复控制器,通过优化各插值系数,电机在全转速范围内都可以保证谐振频率和电流谐波频率相吻合,并且谐振峰值更符合电机谐波组成规律;还分析了滤波器所处反馈回路位置对频率特性的影响,作为组合滤波器设计依据;为保证系统稳定,对包含PI、重复控制器以及离散电机模型的电流控制系统进行稳定性分析,并作为控制参数选取依据。最后,通过台架实验验证了该文所提出的方法的谐波抑制性能是更优的。

基于扰动观测器的PMSM系统自适应反步滑模控制

针对负载转矩波动和系统参数变化的永磁同步电机(PMSM)系统的控制问题,提出了一种带有非线性扰动观测器的自适应反步滑模位置跟踪控制方法。首先,设计了自适应反步滑模控制器,以确保电机位置快速收敛到期望值,并设计了自适应收敛增益,以减小电机位置响应下的大的过冲;其次,设计非线性扰动观测器估计未知扰动,并为自适应反步滑模控制提供前馈补偿,以提高系统的鲁棒性,并减少稳态位置误差。仿真结果表明,该方法可以有效减少过冲,很好地实现了PMSM系统的快速位置跟踪控制,具有良好的抗扰动性能。

基于载波调制PWM的对称六相与三相PMSM串联系统矢量解耦控制

针对对称六相与三相PMSM串联系统的解耦控制问题,基于串联系统的数学模型,在二相旋转坐标系下进行了漏感压降补偿,并基于坐标变换和控制量叠加得到了逆变器期望输出。在解耦控制的工程实现方面,充分考虑了逆变器电压、电流限制,提出1种直流母线电压分配方法,提高了系统运行的可靠性。实验证明,所提控制策略能够实现2台电机在负载或转速突变情况下的解耦运行。

分数阶不确定PMSM混沌系统的自适应滑模同步

研究分数阶PMSM(permanent magnet synchronization motor)混沌系统的同步问题,根据Lyapunov稳定性理论及分数阶微积分,运用自适应滑模控制理论,通过设计分数阶滑模面及适应规则,研究了其自适应滑模同步问题,得出了系统同步的充分条件,并用数值仿真验证了结论的正确性.

PMSM混沌系统无初始状态约束的固定时间有界控制

永磁同步电机(PMSM)是一种多变量、耦合性强的非线性系统,在实际运行过程中会出现混沌振荡。为了抑制PMSM系统的混沌,本文设计一种无初始状态约束的固定时间有界控制器。首先根据PMSM系统各个子系统的虚拟误差设计虚拟控制器,通过反步法推导得出控制器具有较高的抗干扰性能和鲁棒性,并证明时变反馈参数能够保证系统在到达有限时间收敛的同时达到渐近稳定,且稳定时间只与规定的边界有关。最后数值仿真通过调整控制系数k使系统能够在不同的初始状态下快速达到稳定,验证了所设计的控制器无论系统的初始状态如何,都能够使系统在2.8 s内达到稳定状态且输出收敛于给定的边界。

基于简化有限集模型预测电流控制的五相PMSM统一容错控制

在五相永磁同步电机(permanent-magnet synchronous motor,PMSM)中,有限集模型预测容错控制(finite control set model predictive fault tolerant control,FCS-MPFTC)存在计算量大、电流谐波含量高等问题。因此,该文提出一种简化FCS-MPFTC来实现相开路和短路故障情况下的统一容错控制。首先,将模型预测电流控制的电流代价函数等效转化为电压代价函数,并采用无差拍方法通过电流模型计算出参考电压。然后,基于抑制三次谐波电流为0的原则合成虚拟电压矢量(virtual voltage vector,V^(3));通过重构V^(3)和扇区,以直接获得参考电压矢量对应的最优电压矢量。最后,对传统和简化FCS-MPFTC在开路和短路故障下进行对比实验。结果表明,所提策略能够有效减小故障后计算量、转矩脉动以及电流谐波含量。

一种基于折息最小二乘法的PMSM磁链辨识方法

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的磁链准确辨识是实现高性能电机控制的基础。针对传统递推最小二乘(recursive least squares,RLS)法受噪声影响小但存在数据饱和,影响辨识精度和动态性问题,以及遗忘最小二乘(recursive least squares with forgetting factor,FRLS)法避免数据饱和但存在参数估计误差与动态跟踪性能矛盾的问题,文章提出一种基于折息最小二乘(recursive least squares with discount factor,DRLS)法的磁链辨识方法。该算法在FRLS法中引入加权因子构成折息因子,采用递推方法进行磁链辨识,减小参数估计误差,提高磁链辨识精度及动态跟踪能力。通过MATLAB仿真及半实物仿真试验,验证所提磁链识别方法的有效性。

基于两级滤波的改进滑模观测器PMSM无速度传感器控制

针对永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服系统中由滑模观测器引起的位置估算误差以及抖振问题,提出了一种改进的两级滤波滑模观测器。首先,根据PMSM的数学模型,设计了利用传统滑模观测器估计定子电流和反电动势的估计算法;其次,分析了传统滑模观测器在PMSM伺服系统应用中的不足;再次,提出了一种新的饱和函数以代替传统的符号函数,改进了滑模观测器的控制律;最后,通过变截止频率滤波器和卡尔曼滤波器组成的二级滤波器,得到PMSM转子更精确的位置估计信息。利用Matlab,对使用了传统观测器的系统和使用改进的观测器的系统分别进行了仿真,仿真结果表明:与使用了传统观测器的PMSM伺服系统相比,使用了改进观测器的PMSM伺服系统转速误差更小、估算结果更准确。

基于拓展控制集的PMSM有限控制集无模型预测电流控制策略

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free predictive current control,FCS-MFPCC)。首先,分析PMSM系统的数学模型并详述有限控制集模型预测电流控制(finite-control-set model predictive current control,FCS-MPCC)的原理。其次,介绍基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的传统FCS-MFPCC。针对传统FCS-MFPCC稳态性能不足的问题,采用基于离散空间矢量调制(discrete space vector modulation,DSVM)的控制集拓展方案,将控制集的电压矢量数目拓展至25。然后,为解决拓展控制集带来的高计算量问题,提出一种快速寻优策略,阐述该策略的实施原理与流程。最后,基于一台500 W PMSM实验平台,对比传统FCS-MFPCC与所提FCS-MFPCC的控制性能,验证所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,所提算法能够有效提升系统稳态性能,且定子绕组电流总谐波畸变率由10.07%降低至6.48%。

基于改进滑模控制器的PMSM控制

针对表贴式永磁同步电机在受到外界扰动时传统滑模控制系统超调量过大的问题,提出了基于模型预测的在线优化滑模面系数的方法。为了减少控制系统的超调量,文中用滑模观测器来观测系统的转速和位置,对滑模面系数进行预测,通过价值函数选取最优滑模面,使状态变量能够快速收敛到滑模面。仿真结果表明:与传统滑模控制相比,文中方法具有较高的抗干扰性。

基于高阶滑模的PMSM无传感器控制

针对传统永磁同步电机(PMSM)无传感器控制存在的超调量大、抖振明显,易受负载扰动影响的现象。提出一种基于高阶滑模的控制策略,结合超螺旋算法(STA)和任意阶算法设计出新型高阶滑模控制器,将新型的控制器分别应用于速度控制器、状态观测器和扭矩观测器,用饱和函数代替符号函数,同时采用积分滑模面和模糊控制对控制系统进行优化。系统使用状态观测器和锁相环(PLL)获取转子位置信息,并通过扭矩观测器将观测值前馈补偿至速度控制器。经过模拟仿真表明该高阶滑模控制系统可以有效地抑制超调和抖振,提升转子位置的估算精度,同时大大提升了系统的抗干扰性和鲁棒性。

基于改进小波神经网络的新型PMSM速度控制

采用传统PI控制策略的永磁同步电机调速系统无法兼顾良好的动态响应性能与抗扰动能力,且在实际应用中参数整定繁琐。为改善以上问题,对速度环设计一种改进型小波神经网络PI控制器,该控制器基于自适应学习速率的梯度下降法并引入惯性项在线更新网络参数,通过权重因子扩大PI参数输出范围,以增强控制器性能;为消除电流环比例参数对速度环的影响,设计无差拍电流预测控制器,进一步提升系统动态响应性能。仿真结果表明,上述控制方案能够实现速度环PI参数在线自整定,明显提升系统动态响应性能,且具有良好的抗扰动能力。

Current optimization-based control of dual three-phase PMSM for low-frequency temperature swing reduction

In this paper,a control scheme based on current optimization is proposed for dual three-phase permanent-magnet synchronous motor(DTP-PMSM)drive to reduce the low-frequency temperature swing.The reduction of temperature swing can be equivalent to reducing maximum instantaneous phase copper loss in this paper.First,a two-level optimization aiming at minimizing maximum instantaneous phase copper loss at each electrical angle is proposed.Then,the optimization is transformed to a singlelevel optimization by introducing the auxiliary variable for easy solving.Considering that singleobjective optimization trades a great total copper loss for a small reduction of maximum phase copper loss,the optimization considering both instantaneous total copper loss and maximum phase copper loss is proposed,which has the same performance of temperature swing reduction but with lower total loss.In this way,the proposed control scheme can reduce maximum junction temperature by 11%.Both simulation and experimental results are presented to prove the effectiveness and superiority of the proposed control scheme for low-frequency temperature swing reduction.

Permanent Magnet Temperature Estimation for PMSMs Using Virtual Position-offset Injection

This paper proposes a virtual position-offset injection based permanent magnet temperature estimation approach for permanent magnet synchronous machines(PMSMs). The concept of virtual position-offset injection is mathematically transforming the machine model to a virtual frame with a position-offset. The virtual frame temperature estimation model is derived to calculate the permanent magnet temperature(PMT) directly from the measurements with computation efficiency. The estimation model involves a combined inductance term, which can simplify the establishment of saturation compensation model with less measurements. Moreover, resistance and inverter distorted terms are cancelled in the estimation model, which can improve the robustness to the winding temperature rise and inverter distortion. The proposed approach can achieve simplified computation in temperature estimation and reduced memory usage in saturation compensation. While existing model-based approaches could be affected by either the need of resistance and inverter information or complex saturation compensation. Experiments are conducted on the test machine to verify the proposed approach under various operating conditions.

Laboratory Implementation of Direct Torque Controller based Speed Loop Pseudo Derivative Feedforward Controller for PMSM Drive

This paper,evaluate the effectiveness of a proposed speed loop pseudo derivative feedforward(PDFF)controller-based direct torque controller(DTC)for a PMSM drive against the performance of existing PI speed controller-based DTC and hysteresis current controller(HCC).The proposed PDFF-based speed regulator effectively reduces oscillation and overshoot associated with rotor angular speed,electromagnetic torque,and stator current.Two case studies,one using forward-to-reverse motoring operation and the other involving reverse-to-forward braking operation,has been validated to show the effectiveness of the proposed control strategy.The proposed controller's superior performance is demonstrated through experimental verification utilizing an FPGA controller for a 1.5 kW PMSM drive laboratory prototype.

基于EKF的PMSM无位置传感器控制

为了获得永磁同步电机转子的位置信息,提出了一种五阶扩展卡尔曼滤波器(EKF)的算法;在传统的四阶EKF中引入对负载转矩的估算,并将其前馈至电流环以解决速度环对外界负载扰动响应慢的问题;通过设计改进的递推最小二乘法实时辨识电机的转动惯量,优化了系统的观测性能和鲁棒性,基于Simulink搭建仿真模型,结果表明该观测器性能优秀且提高了系统的抗扰动性能;最后,通过硬件实验实现了电机位置误差仅在0.02 rad以内,且负载转矩观测误差在4%以内,有效改善了系统在有负载波动时的动态特性。

基于模糊滑模控制的PMSM矢量控制系统

永磁同步电机(PMSM)双闭环矢量控制系统中,传统PI控制器转速环无法满足PMSM的更高控制要求。该文设计一种积分滑模控制器,并引入光滑、连续的新式饱和函数替代滑模控制器中的符号函数,以提高系统的抗扰动性能和鲁棒性;为提高系统在电机运行状态发生变化时的自适应调节能力,使用模糊控制对滑模趋近律中的参数进行自适应调节,以提高趋近速度,降低滑模抖振。建立基于模糊控制的PMSM滑模控制系统仿真模型,并与使用传统滑模控制器的PMSM控制模型进行对比分析,结果验证了模糊滑模速度控制器具有更好的抗扰动能力和鲁棒性。

基于新型趋近律的PMSM调速系统研究

针对负载扰动造成永磁同步电机(PMSM)调速控制系统性能下降的现象,提出了基于新型趋近律的无模型滑模控制算法。搭建PMSM转速环超局部模型,利用新型趋近律来提高系统趋近阶段的收敛速度,并设计了一个改进无模型滑模控制器增强抑制扰动。通过与传统的PI控制的实验结果进行对比,验证了所提方法动态响应强,具有强抗扰能力。

基于二阶滑模扰动观测的PMSM电流预测控制研究

针对无差拍电流预测控制(DPCC)对电机参数的依赖性,系统性能尤其易受电感参数影响的问题,研究基于二阶滑模扰动观测的永磁同步电机(PMSM)电流预测控制方法。首先,根据滑模控制原理分析电感参数失配对系统参数鲁棒性的影响,及传统滑模控制的不连续函数导致的系统“抖振”;然后,在DPCC中引入一种基于二阶趋近律的滑模扰动观测器(SMDO),实时补偿电感参数失配造成的扰动,同时通过二阶趋近律加速扰动误差的收敛;最后,将该方法与DPCC、SMDO+DPCC进行对比仿真实验。实验结果表明,在电感参数失配的情况下,该方法降低了电流稳态误差,提高了系统参数的鲁棒性,减少了传统滑模控制带来的系统“抖振”现象。