A New Hybrid Model Rotor Flux Observer and Its Application

A new hybrid model rotor flux observer, based on a new voltage model, is presented. In the first place, the voltage model of an induction machine was constructed by using the modeling method discussed in this paper and then the current model using a flux feedback was adopted in this flux observer. Secondly, the two models were com- bined via a filter and then the rotor flux observer was established. In the M-T synchronous coordinate, the observer was analyzed theoretically and several important functions were derived. A comparison between the observer and the traditional models was made using Matlab software. The simulation results show that the observer model had a better performance than the traditional model.

基于U-N模型的三电平异步电机直接转矩控制仿真

构建了基于二极管钳位式三电平逆变器的直接转矩控制仿真系统。针对直接转矩控制系统存在的转矩脉动、中点电位平衡和电压跳变等问题,优化了三电平矢量选择方法。为了解决U-I和I-N磁链观测模型易受定、转子参数和转子角速度精确度的影响,系统采用了全速度范围的U-N模型,提高了定子磁链观测的精确度。最后通过Simulink仿真验证了该模型的正确性和该算法的可行性。

异步电机的Γ型电路分析和改进型U-N模型设计

文章分析了异步电机Γ型电路的数学模型、极点分布和反馈矩阵的设计,采用了全阶磁链观测器模型观测定/转子磁链,对比了全阶磁链观测器模型和U-N模型,并结合两者优点得到了定/转子磁链同步补偿的改进型U-N模型。Matlab仿真结果表明,改进型模型具有良好的精度和鲁棒性,可适应于各种高性能的电机控制平台。

考虑磁链变化率的永磁同步电机失磁故障复合容错控制

针对永磁同步电机(PMSM)失磁故障中磁链变化较快,近似认为磁链变化率为0会导致传统PMSM失磁容错控制方法性能受限的问题,本文提出一种基于智能比例积分微分的无模型超螺旋滑模复合容错控制(iPID-MFSTSMC)方法。首先,构建考虑永磁体磁链变化量的PMSM失磁故障数学模型,根据这一模型设计了磁链滑模观测器,实现了对于磁链及其变化率的观测。此外,针对快速变化的负载转矩设计了负载转矩导数滑模观测器。然后,基于磁链及其变化率、负载转矩导数的观测,设计了iPID无模型容错控制方法,该方法采用超螺旋滑模算法对观测误差及其他扰动进行抑制,改善了动态性能且降低了控制器参数的设计难度。利用Lyapunov稳定性定理证明了所设计容错控制方法的稳定性,并给出了参数的设计条件。最后,在磁链以及负载转矩快速变化工况下,通过仿真和实验分析表明,该方法可以有效减少系统抖振并降低超调量。

基于多参数辨识的永磁同步电机磁链预测控制

在永磁同步电机(PMSM)有限集模型预测磁链控制策略(FCS-MPFC)中,磁链给定值计算、实际值获取以及未来值预测都要用到电机参数。受工况和温度的影响,电机参数具有变化性,参数偏差将影响实际预测控制性能。为提高控制系统鲁棒性,需要对电机d、q轴电感和永磁磁链进行在线辨识。鉴于此,该文提出了永磁同步电机多参数辨识方案,并基于此设计了FCS-MPFC策略。首先,依据电机稳态方程,设计了广义比例积分观测器(GPIO)对PMSM的q轴电感和永磁磁链进行辨识。其次,利用FCS-MPFC中电机定子电流变化较大的特征,提出了基于电流变化量的d轴电感辨识方法,克服了多参数辨识的欠秩问题。再次,依据FCS-MPFC策略下逆变器电压输出特性,优化设计了电流采样,有效避免了逆变器死区对辨识效果的影响。最后,针对磁链预测过程,设计了基于GPIO的磁链预测模型,进一步提高磁链预测的参数鲁棒性。该文的分析、设计以及性能提升均得到实验验证。

基于滑模理论的轧机异步电机模型预测电流控制

小型热连轧机异步传动电机具有生产效率高、操作简单等特点,但由于其经常处于高温、高压、粉尘等恶劣的工作环境中,对控制器的抗干扰性要求较高。针对小型热连轧机异步传动电机,结合滑模控制理论和模型预测控制,运用自适应滑模控制器(ASMC)作为转速外环控制器,且运用全阶滑模磁链观测器(SMRFO)观测并计算转子磁链,设计控制系统。仿真结果表明:该系统能够有效地控制小型热连轧机异步传动电机,相较于传统的模型预测电流控制系统,其响应速度和精度得到显著提升;当电机负载转矩突变时,该系统能够快速重新追踪给定速度,进一步提升抗干扰能力。

基于改进混合模型转子磁链观测器的异步电机无速度传感器控制

针对异步电机无速度传感器控制由于估计转子磁链不准确导致控制精度不佳的问题,提出了一种改进的混合模型转子磁链观测器设计方法。首先,介绍了常规的异步电机磁链观测方法,并借助异步电机的复矢量模型和特征函数详细分析了常规Gopinath型转子磁链观测器存在的主要问题。其次,为了解决常规磁链观测器存在的缺点,提出了一种改进的特征函数设计方法,进而得到了一种改进的混合模型转子磁链观测器。再次,基于特征函数和频率响应函数,进一步对比研究了常规Gopinath型转子磁链观测器和所提改进的混合模型转子磁链观测器的参数灵敏性。最后,利用所提混合模型转子磁链观测器的磁链观测结果和锁相环,实现了异步电机的无速度传感器控制。基于StarSim和YXSPACE-SP2000平台的对比实验结果,验证了所提混合模型转子磁链观测器的参数鲁棒性,同时也验证了所提无速度传感器控制策略的有效性。

城轨车辆电制动性能优化控制策略研究

针对城市轨道交通车辆启停频繁的特点,为实现精准停车、提升乘坐舒适度、降低损耗、节约能源等目的,文章提出一种异步电机纯电制动至零速停车的控制策略。在车辆运行全速范围内,利用数据与模型双驱动技术预测车辆最大可用减速度;在车辆电制动低速区段,设计减速度控制器针对电机制动转矩指令值进行实时调节;采用离散化闭环全阶转子磁链观测器辨识电机运行频率,从而利用辨识频率值替代速度传感器采集频率值完成停车过程。最终,通过半实物仿真平台和车辆运行试验证明上述研究策略的有效性。

广州地区光化辐射通量与辐照度的特征

应用NCARTUV辐射模式与地表实际观测分析了理论上广州地区地表可获得的最强光化辐射通量、辐照度及其波谱变化特征与月、日变化特征,计算与观测的差异用于评估气溶胶对紫外辐射通量的作用.结果表明,光化辐射通量与辐照度均具有正弦曲线的日变化特征,但光化辐射通量的正弦波形较辐照度的更为宽广,其辐射强度随太阳天顶角的增加下降幅度也更为缓慢;光化辐射中的总能量可见光谱区约占86%,紫外谱区仅占约14%;理论计算与实际观测表明,不同监测波段范围的紫外辐射表,虽然其标识均为监测UVA或UVB的辐射,但差异明显;广州地区的气溶胶污染显著影响紫外辐射通量.由于紫外辐射通量是影响对流层臭氧生产力的关键因子,有必要更加深入地认识广州地区气溶胶与紫外辐射通量的相互作用.

带零漂补偿和定子电阻自校正的磁链观测器

电压型磁链观测器的应用中,存在电动势零漂和定子电阻参数变化的问题,为此设计了一种自校正电压型磁链观测器。根据电动势零漂和定子电阻参数变化对磁链观测结果影响方式的不同,分别设计了电动势零漂估计器和定子电阻误差估计器,可以根据定子磁链计算值和定子电流进行零漂和电阻误差在线估计,并对相应变量进行校正。经过校正后,能够完全消除观测结果中的直流分量,并且保证磁链幅值、相角的准确性。观测器的效果通过Matlab/Simulink仿真和试验台实验进行了验证。仿真和实验结果表明了该磁链观测器的合理性和有效性。

永磁同步电动机无传感器控制技术现状与发展

对近年提出的多种估算永磁同步电动机转子位置、速度的方法进行了综述,比较了各种方法的优缺点;并对中高速适用的扩展卡尔曼滤波(EKF)进行了实验研究:零速及低速时,现有的永磁同步电动机无传感器技术多是指无位置传感器,少数几种无速度估计算法都有很大的局限性。本文针对这一现状,选取基于高频信号注入+磁链观测的永磁同步电动机全速范围无传感器控制方法进行了仿真验证;最后指出复合控制方法是实现全速范围无传感器控制技术的发展趋势。

基于全阶模型的异步电机磁链观测收敛性分析与对策

高性能交流驱动系统中,电机磁链位置能否准确获取将影响系统的动态与稳态性能。异步电机全阶模型同时实现了电机转速作为参数的在线辨识以及电机电流与磁链作为状态变量的实时观测。本文将对全阶模型在估计异步电机参数与变量过程中的磁链收敛特性进行研究。由于全阶模型的非线性特性,采用奇异摄动理论,将全阶模型分解为转速辨识模型与磁链观测模型,两个模型在时间尺度上分离,通过分析磁链观测子系统中系统特征值的分布与阻尼特性,研究了磁链观测的收敛性与影响收敛速度的影响因子。研究结果表明磁链系统在中高速的阻尼特性需要改善,并提出了改善收敛性的对策。仿真和实验验证了分析方法的正确性与所提对策的可行性。

感应电机速度和电阻自适应辨识的LMI方法(英文)

该文研究了一种感应电机无速度传感器模型参考自适应系统(model reference adaptive system,MRAS),提出一种新型的基于自适应磁链观测器的常数增益速度辨识方法。首先,运用李亚普诺夫(Lyapunov)稳定性理论设计出自适应磁链观测器及速度估算方法,通过MATLAB中的线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)工具箱求解线性矩阵不等式获得磁链观测器的增益矩阵,保证了此磁链观测器的稳定性,同时也克服了运用极点配置方法带来不稳定区域的问题。该文还研究了基于自适应观测器的电阻辨识问题。基于给出的自适应磁链估计方法,设计了感应电机无速度传感器直接转矩控制系统,并进行了MATLAB仿真和实验,结果表明,提出的无速度传感器速度方法在全速范围内具有很好的动态和静态性能。

一种新颖的磁链观测电压模型

在定子磁链定向的同步坐标系下,分析了磁链观测的本质,提出了一种新颖的磁链观测方案。此方案以估计出的位置角为反馈量,分别估计了定子磁链的幅值和相位,解决了电压模型的初始值不准确和积分零漂的问题。仿真证明,该方案具有稳定性好、精度高、对定子电阻变化不敏感等优点,适用于同步、异步电机。

同步电动机相电压重构及磁链观测研究

针对三电平逆变器输出电压波形为阶梯波,谐波含量大,不宜应用于控制等问题,给出一种三电平逆变器供电的同步电动机相电压重构方法,改善输出电压质量。介绍一种同步电动机综合磁链观测器,该模型结合了电流及电压模型优点,能全速范围准确观测磁链。采用电机相电压重构及综合磁链观测器,对比分析了电机相电压重构对磁链观测的性能改善。最后通过仿真和实验对上述理论做了可行性验证。

基于扩展状态观测器模型与定子电阻自适应的磁链观测器及其无速度传感器应用

针对感应电机无速度传感器矢量控制下的速度辨识问题,设计了一种基于改进扩展状态观测器(extended stateobserver,ESO)的转子磁链观测器,并提出以其作为参考模型的模型参考自适应(ESO-MRAS)转速辨识方法。该磁链观测器将模型中包括转子电阻的不确定部分进行扩展状态并观测,因此对电机转子电阻变化及外部扰动具有良好的鲁棒性,并采用定子电阻在线修正和重构自适应律误差信号解决纯积分和低速区的定子电阻压降问题。在无速度传感器矢量控制系统中,与传统MRAS方法进行对比研究表明,在定子、转子电阻变化显著的大转矩低速区,该算法能够提高系统的转速动态辨识能力和转矩响应能力。仿真和实验结果验证了该方法的正确性和有效性。

感应电机低采样频率的磁链观测器离散化模型研究

针对在高速运行区域感应电机全阶磁链观测器的一阶欧拉离散化模型的不稳定问题,该文提出一种基于不同参考坐标系下的改进磁链观测器离散化模型。以定子磁链和转子磁链为状态变量,根据电机静止坐标系下的定子方程与转子坐标系下的转子方程,利用离散化状态矩阵对方程进行转换处理,并设计反馈矩阵进行观测器极点配置,从而实现电机磁链状态的稳定观测。改进磁链观测器离散化模型的极点轨迹位于稳定区域内,全速度区域内的模型稳定。最后,通过系统仿真与实验,验证了改进磁链观测器离散化模型的正确性和有效性。

电磁轴承中磁通观测器的研究

采用磁通控制方案的电磁轴承系统中的关键环节是气隙磁通的测量。由于在电磁轴承气隙中安装磁通传感器存在较大的困难,所以很难直接用磁通传感器对气隙磁通进行测量,而采用状态观测器的方法进行磁通观测具有较佳的可行性。结合磁通观测器在电机领域中的研究进展,分析了电压模型和电流模型在电磁轴承中应用时存在的问题,进而分析了组合观测器的优点。由于组合观测器中线圈电阻的变化会对磁通观测产生较大的影响,提出了利用模型参考自适应方法对线圈电阻参数进行在线自整定。利用Matlab中的Simulink建立了仿真模型,并以DSP2812为核心研制了磁通型功率放大器,仿真和实验结果均验证了理论分析的正确性。

MM5和ETA相似理论近地层方案对农田下垫面通量模拟比较研究

近地层湍流通量计算对于中尺度数值模式有重要意义,湍流通量的参数化是当前大气边界层研究的重要课题之一。选择青藏高原东缘大理观象台边界层通量观测系统,离线测试了WRF区域模式中的两种常用的近地层参数化方案(MM5相似理论非迭代方案A和ETA相似理论迭代方案B),并将参数化方案计算结果与边界层铁塔涡动相关法的观测值进行对比分析。在大理观象台观测场不同植被随季节交替的状况下,根据边界层铁塔4层高度风速拟合,发现近地层空气动力学粗糙度随季节变化特征明显。将拟合的空气动力学粗糙度输入模式参数化方案进行通量计算。结果表明:稳定度是影响近地层参数化方案精度的重要因素,在不稳定条件下方案B低估了动量通量,方案A优于方案B,而在稳定条件下方案A低估了动量通量,方案B优于方案A,两种方案总体来看误差不大。对于大理边界层通量观测场农田植被交替的环境条件,不同季节下垫面植被类型的差异,以及植被的稀疏对近地层参数化方案湍流通量计算结果的精度有显著影响。方案B考虑了空气动力学粗糙度z_0和热量粗糙度z_(0h)的差异,不稳定条件下感热通量计算结果在裸土或稀少植被条件下明显优于方案A。针对方案B不稳定条件下感热通量计算结果在裸土下垫面仍出现高估的现象,使用了Zeng等1998年提出的用辐射地表温度订正裸土下垫面感热能量方法后,计算结果也有明显改善。

基于转子磁链模型的永磁同步电机转子位置估计策略

提出一种基于改进滑模观测器(SMO)和正切函数锁相环(PLL)结构的永磁同步电机无位置传感器转子位置估计策略。改进滑模观测器采用与电机转子电角速度相关的自适应反馈增益,引入幅值恒定的磁链分量计算电机转子位置,避免电机转速大小变化影响转子位置估计精度。为避免电机正、反向旋转切换导致的位置估计误差,建立了基于正切函数的锁相环结构,使得系统在各个平衡点均渐近稳定。与传统基于反电动势的位置估计策略相比,该文所提位置估计策略能够有效克服低转速工况下位置估计不准确以及转向突变导致的位置估计误差增大问题。最后将该文所提位置估计策略与传统基于反电动势的位置估计策略进行对比实验,实验结果验证了该文策略的有效性和实用性。