基于转子磁链和扰动观测器的异步电机自适应反步控制

针对转子电阻摄动和内外部扰动问题,设计了自适应反步控制方法来调节电机速度。首先,提出了一种改进指数趋近律的滑模磁链观测器,估算转子磁链并根据所得磁链计算出转子磁链角。其次,采用扰动观测器估计电机系统中出现的模型不确定性和负载扰动等。再次,利用反步控制法,求解出虚拟控制律和转子电阻自适应律,并设计自适应反步控制器。最后,将所设计的控制方法与传统反步控制方法进行对比,实验结果表明,所提方法的动态过程响应速度快、超调小,稳态过程跟踪精度高,且具有良好的抗干扰能力。

一种基于自适应滤波的VFRM无位置传感器控制

可变磁通磁阻电机(variable flux reluctance machine,VFRM)的空间磁链谐波和逆变器非线性等因素会在扩展反电动势中产生谐波,进而降低无位置传感器的控制精度。为解决此问题,首先通过构建双曲正切函数滑模观测器,减小传统滑模观测器造成的高频抖振和相位延迟;然后分析了扩展反电动势谐波对转子位置估计的影响,并在此基础上提出了一种变步长最小二乘(least mean square,LMS)自适应滤波算法,准确地提取了扩展反电动势的基波分量,提高了转子位置和转速的估计精度。实验结果表明,所提算法与传统定步长LMS自适应滤波算法相比具有更好的控制性能。

IPMSM有效磁链二阶滑模自适应估计控制

针对传统滑模观测器的动态品质差、抖动大的问题,提出一种基于无位置传感器内置式永磁同步电机控制系统的定子有效磁链二阶滑模自适应磁链观测器。该观测器利用超螺旋算法理论,以静止坐标系下电流误差及电流误差的估计值为状态变量,构造出定子电流误差估计值的二阶滑模自适应观测器,得到准确的有效磁链估计,使得该估计值可在有限时间内快速收敛且具有强鲁棒性;同时利用定子磁链估计值获取电机转子位置信息,实现电机稳态运行。仿真和实验结果表明,在不同负载条件下该观测器具有很强的适应性,且磁链估计值抖动小、精度高,因此所提控制方案可行有效。

基于自适应解调鲁棒观测器的漏磁可控式永磁电机无位置传感器控制研究

漏磁可控式永磁(adjustable leakage flux permanent magnet,ALF-PM)电机具有轻载时宽调速范围、重载时高输出转矩的特性,满足电动拖拉机的多变运行工况需求。然而,多变工况下该电机的电磁参数失配严重影响无位置传感器控制的转子位置估计性能。为解决上述问题,该文提出一种基于自适应解调鲁棒观测器的无位置传感器控制策略。首先,提出基于自适应位置误差解调器的高频电流解调算法,直接解调q轴电流,并通过内部参数自适应以动态调节解调器带宽,从而保证ALF-PM电机在多变工况下解调信号的高品质。在此基础上,利用自适应扩张状态观测器来观测转子位置信息,提出带宽自适应调整方案来在线调整观测器参数,以及设计鲁棒控制器提高估计负载转矩的动态响应性能,降低多变工况下参数失配带来的影响,从而提高位置观测器的鲁棒性。最后,通过实验验证所提无位置传感器驱动控制系统的可行性和有效性。

基于自适应迭代优化FSMO的PMSM无感控制

针对磁链滑模观测器(flux sliding mode observer,FSMO)中存在的抖振以及转子位置估计精度的问题,提出了一种自适应迭代磁链滑模观测器(adaptive iterative flux sliding mode observer,AIFSMO)。首先,构建了以电流和磁链为状态变量的FSMO模型;其次,为了减少计算FSMO最优增益的迭代次数,构建了带有速度和电流的误差准则函数对其进行自适应调整,减少了系统的抖振;最后,与转子速度自适应辨识相结合,设计了改进转子位置估计器,在稳态、转速突变和负载突变3种工况下进行仿真测试。测试结果表明,与基于PLL(phase locked loop,PLL)的FSMO相比,消除了系统的抖振,提高了转子速度和位置的估计精度,在转速和负载突变时使系统的动态性能得到加强,减小了相位延迟。

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。

感应电机转速自适应全阶磁链观测器的离散化

全阶磁链观测器是以状态重构的方式来获取感应电机不可测量的相关信息,因其数学模型为四阶微分方程组,给数字化算法实现研究和分析带来难度,并且采用不同的离散化方法对系统控制性能的影响不同.基于数值积分单步法原理,分别采用一阶精度的欧拉法和二阶精度的梯形法,并采用适用于特殊应用场合的高精度三阶龙格-库塔法和四阶龙格-库塔法,实现以定、转子磁链为状态变量的开环和闭环全阶磁链观测器的数字化算法.针对2.2 kW感应电机实验平台,通过大量的实验结果验证不同算法的有效性、精度及其执行效率.

无电压传感PWM整流器的虚拟磁链自适应滑模观测研究

针对无电压传感的三相PWM整流器虚拟磁链估计中存在直流偏置和初值等问题,本文提出一种具有自适应功能的新型虚拟磁链滑模观测与控制策略。该策略将滑模变结构控制引入虚拟磁链观测器中,以Sigmoid函数为切换函数估计出网侧电源电压值,根据理想磁链与虚拟电动势的正交关系设计了自适应控制率来动态调整磁链补偿基准,使其能够快速准确地跟踪网侧电压波动带来的磁链变化,实现实时检验和修正虚拟磁链值的作用。新型的虚拟磁链观测器合理减少了传感器的数量,同时提高了虚拟磁链的观测精度,将其应用于整流器DPC系统中,仿真和实验结果表明,新型无电压传感控制策略有效抑制了直流母线电压动态响应波动,更有利于滤除网侧电流谐波,改善电能质量。

基于自适应观测器和自抗扰控制的PMSM直接转矩控制

提出一种新的自适应观测器,用于永磁同步电机直接转矩控制系统的定子磁链和定子电阻估计。该观测器利用静止坐标系下的电压模型估计定子磁链,采用转子坐标系下的电流模型估计定子电流,把定子电流估计误差通过增益矩阵作为反馈信号。定子电阻自适应律根据李亚普诺夫稳定性理论推出,观测器的增益矩阵采用极点配置方法得到,观测器的收敛性根据李亚普诺夫稳定性分析来保证。此外,采用自抗扰控制技术设计了速度控制器,该控制器能对负载扰动进行估计和补偿。仿真结果证明了所提自适应观测器的有效性和自抗扰控制器的抗负载扰动能力。

异步电机直接力矩控制中定子磁链自适应观测器的研究

为了提高直接力矩控制系统中定子磁链的观测精度，提出了一种新的定子磁链自适应观测器。该观测器在观测定子磁链的同时也辨识了随温度变化的定、转子电阻。该观测器的稳定性利用波波夫理论进行了严格的证明，其鲁棒性和观测效果也通过数字仿真得到充分的证实。

基于定子磁链滑模观测器的异步电机空间矢量调制直接转矩控制

针对异步电机直接转矩控制,设计了一种基于滑模控制理论的定子磁链自适应滑模观测器,它以定子电流和磁链为状态变量,利用实际电流与观测电流的误差构成滑模面,并将状态开关信号,输入到电流、磁链状态方程,对电流、磁链观测进行校正,此外通过一个由李亚普洛夫函数附加关系式完成对转子角速度的辨识。为降低系统低速稳态运行时的转矩脉动且保证瞬态运行时转矩的快速响应,在传统直接转矩控制基础上,使用占空比技术,实时计算电压矢量减小转矩误差所需的脉宽,实现对转矩的无差控制,该方法在保证系统响应速度的同时减小了系统平均转矩脉动。实验结果表明,定子磁链滑模观测器观测精度较高,速度辨识过程响应较快、精度较高,新转矩控制方法充分利用了功率器件开关频率,在低速时获得了相对圆形磁链轨迹更小的转矩脉动。

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。

基于宽速滑模观测器的新型自减速永磁轮毂电机无传感器直接转矩控制

研究了一种基于宽速滑模观测器的新型自减速永磁轮毂电机无传感器直接转矩控制方法,解决了传统直接转矩中转矩和磁链脉动大以及电机运行于空载或突加负载时直轴电流分量较大等问题;并解决了传统滑模观测器相位延迟的问题,有效改善系统抖振并提高了低速时转子位置估算精度。建立新型自减速永磁轮毂电机无传感器直接转矩控制调速系统并进行仿真和实验测试。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。

感应电机模糊自适应全阶磁链观测器研究

针对基于全阶磁链观测器的感应电机矢量控制系统存在低速不稳定问题,在观测转子磁链定向坐标系下,将转速辨识系统的稳定性问题转换为系统零极点的稳定性问题。利用劳斯-赫尔维茨判据得出了系统低速发电制动运行时的不稳定区域,给出了一种使不稳定区域最小化的反馈增益矩阵的设计方法。通过分析转速辨识对定、转子电阻的敏感性,提出一种引入自修正因子的模糊转速自适应律设计方法以减小参数变化的影响,提高转速辨识的精度。仿真结果表明所提方法不仅改善了感应电机矢量控制系统的低速运行性能,而且减小了参数摄动的影响,提高了系统的自适应性和鲁棒性。

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。

感应电动机转子速度和转子磁通的自适应辨识模型

提出了感应电动机转子速度和转子磁通的自适应辨识模型．借助全维转子状态估计器，根据Ｐｏｐｏｖ超稳定性定理，建立了转子速度和转子磁通的自适应辨识模型，又可在线跟踪定子和转子电阻的变化．计算机模拟的结果证明了该方案的有效性．

转子磁链误差对感应电机观测器稳定性影响

利用转子磁链电压模型研究转子磁链误差对感应电动机全阶转速自适应转子磁链观测器稳定性影响。通过研究观测器等效误差系统前向通道传递函数正实性,得到观测器在ω1-ωs平面中稳定区域边界方程。提出不含纯积分器的新型转子磁链误差模型,通过分析该模型对线性化等效转速控制系统开环零点分布影响,研究不同工况下观测器稳定区域分布。研究结果表明增大转子磁链误差能够扩大稳定区域,所提出的模型解决了低速再生发电工况时观测器稳定问题,但在低速电动工况时观测器不稳定。仿真结果表明组合应用不同转速自适应律观测器在所有工况下均能稳定。

基于串联LPF和滑模自适应的异步电机DTC研究

为提高异步电机的运行效率和驱动性能,提出一种基于滑模自适应控制理论的定子磁链无速度传感器控制策略,通过Lyapunov理论推导出的自适应收敛律能准确地估计转速;针对传统磁链观测器所存在的纯积分问题,又提出串联一阶低通滤波器(LPF)的改进型磁链观测器,新型磁链观测器没有相位和幅值的偏差,能较好地抑制直流偏移;最后,通过实验验证了所提控制策略的可行性。

基于CESO磁链观测器的模型参考自适应感应电机转速辨识

针对感应电机无速度传感器矢量控制下的速度辨识问题,设计了一种基于扩展状态观测器的闭环转子磁链观测器(CESO),并提出以其作为参考模型的模型参考自适应(CESO-MRAS)转速辨识方法。该磁链观测器将模型中不确定部分进行状态扩展并反馈补偿,是一种闭环观测器,因而对电机转子电阻变化以及外部扰动具有良好的鲁棒性,克服了传统电压转子磁链模型的纯积分和低速区的电压降问题。通过与传统MRAS的仿真比较研究,在转子电阻和转矩的大范围变化低速区,该算法能显著提高矢量控制系统的速度动态辨识能力和转矩抗扰能力。仿真和实验结果验证了该方法的正确性和有效性。

新型的速度自适应观测器在直接转矩控制系统中的应用

实现高性能直接转矩控制系统的重要环节是准确地观测异步电机的定子磁链。文中将一种新型的速度自适应磁链闭环观测器 ,应用于直接转矩控制系统中 ,取代了传统的积分器 ,理论证明该系统是超稳定系统。仿真与实验表明 ,该方案电机磁链观测精度高 ,电机参数鲁棒性好 ,同时基于磁链观测器所设计的速度自适应辨识方案准确性好 ,收敛速度快 ,使系统在较低转速下仍能保持优良的性能。本系统针对 1 .1 k W异步电机 ,采用数字信号处理器 DSP( TMS32 0 C32 )进行了数字化实现 ,实时控制软件是采用