基于二阶变增益滑模的感应电机电压模型磁链观测器

针对无速度传感器感应电机驱动系统,基于二阶滑模的电压模型磁链观测器可以有效提升传统开环电压模型观测器的转速估计鲁棒性。然而,现有二阶滑模电压模型观测器仍然存在以下2个问题:1)滑模观测器常数增益与可变稳定性条件间的不匹配问题;2)由于存在直流偏置,需要采用非理想积分器来估计转子磁链。针对这2个问题,该文提出相应解决方案:1)改进二阶滑模观测器结构,并根据稳定性条件设计可变增益,以同时实现宽调速范围内的观测器稳定性与抖振抑制;2)根据滑模观测器的输出,设计一种带直流偏置补偿的积分器,以提升磁链估计精确度。最后,在3.7 kW的感应电机实验装置上进行对比实验,证明所提方法有效性。

基于级联惯性负载转矩观测器的永磁伺服电机复合抗扰控制

针对永磁伺服电机在运行时位置跟踪精度差和抗干扰性能弱等问题,提出一种模型预测位置控制与非奇异快速终端滑模速度控制相结合的复合模型预测控制策略。该控制策略采用非奇异快速终端滑模设计速度控制器,以有效提高响应速度及系统鲁棒性;采用模型预测位置控制提高位置跟踪精度;同时,采用基于转动惯量观测和负载转矩观测器相结合的级联惯性负载转矩观测器观测负载转矩并进行前馈补偿,进一步提高系统的抗干扰性能。通过仿真和实验结果可得,所提复合模型预测控制可有效提高永磁伺服电机的动态响应速度和抗负载扰动能力。

基于扩张状态观测器和抗饱和输入的伺服电机等效反步滑模控制

为了提高伺服电机系统的动态响应速度、抗干扰能力,解决输入饱和的问题,课题组基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)和抗饱和输入(anti-saturation input,ASI)辅助系统设计了伺服电机的运动控制方案。首先,建立了伺服电机的数学模型,将系统阻尼和系统不确定性归为扰动,将扰动设为系统的扩张状态;然后在等效反步滑模控制(backstepping sliding mode control,BSMC)的基础上,引入了ASI辅助系统和ESO,解决输入饱和问题,并抑制内、外干扰;采用双曲正切饱和函数替换符号函数以减小滑模控制的抖振;通过李雅普诺夫稳定性方法检验所提出控制器的稳定性。最后,将基于ESO和ASI的等效反步滑模控制与比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制、滑模控制(sliding mode control,SMC)进行仿真对比。结果表明:相较于传统PID和SMC控制器,课题组所设计的控制器可以实现伺服电机的无超调快速响应,解决了输入饱和问题,并具有较好的抗干扰能力和减小输入冲击的作用。

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

永磁同步电机因具有功率密度高和动态响应速度快等诸多优点,在交流伺服传动领域具有明显的优势。永磁同步电机的高性能控制依赖于精确的转子位置信息,传统的机械式传感器成本高、体积大,限制了永磁同步电机的应用,无传感器控制技术是解决以上问题的一种有效途径。针对传统的永磁同步电机无传感器控制都是基于两相静止正交坐标上的数学模型进行研究的情况,设计一种基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制方法。首先,建立永磁同步电机在两相同步旋转正交坐标系上的动态模型,并以此进行无传感器控制研究;其次,基于李雅普诺夫稳定性理论分析并设计了滑模观测器,得到感应电动势,并应用李雅普诺夫稳定性理论得到控制增益的约束条件;然后,引入一个低通滤波器削弱滑模控制固有的抖振,得到有效电动势,基于反正切函数对其带来的相位延迟进行补偿,提取位置信息;最后,通过仿真验证永磁同步电机无传感器控制方法对角速度和转子位置估计的有效性和鲁棒性。

基于滑模观测器的永磁同步电机谐波电流抑制

传统的永磁同步电机无位置传感器控制系统,利用电机的反电势来提取转子位置信息,但其定子电流中含有大量的谐波而产生畸变,对控制系统产生不利的影响。本文在永磁同步电机滑模观测器的基础上,通过一种谐波抑制算法,向PWM三相调制参考电压波形中添加相应的谐波成分,以抵消电机电流中的谐波。通过仿真验证,证明了这种方法的有效性,显著减小定子电流的畸变,降低转矩脉动,并提供更高的系统灵活性,提高了永磁同步电机的无传感器控制系统性能。

基于增强型扩张状态观测器的永磁同步电机低抖振高抗扰二阶终端滑模电流控制

永磁同步电机电流滑模控制具有较好的参数鲁棒性,但控制精度受到滑模抖振的影响,且抖振抑制与抗扰性之间存在矛盾。为此,该文提出一种基于增强型扩张状态观测器的二阶终端滑模电流控制方案,可以有效提升电流控制性能。通过二阶终端滑模控制器的设计,将一阶积分快速终端滑模嵌套在二阶非奇异终端滑模面中,使得滑模抖振得到较好的抑制,同时实现电流无稳态误差的快速收敛。通过引入扩张状态观测器对扰动信号的集总估计与补偿,缓解了抖振与抗扰性之间的矛盾,进一步提升了电流精度。针对数字控制的延迟影响,设计了Smith预估器,提升了扰动补偿精度。最后,通过实验对该文所设计的电流控制方案进行验证,并通过对比展示了该方案的有效性。

新型滑模观测器下的表贴式永磁同步电机控制

在传统的滑模观测器(SMO)下的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制系统中存在着一些问题,如抖振较强,实际转速与预期转速差值较大并且有波动等情况。针对这些问题,采用滑模控制中的一般趋近律代替传统滑模观测器中的等速趋近律,并且用光滑的Sigmoid函数替代传统的符号函数,同时通过模糊控制系统对指数趋近律中的参数进行自适应调节,对表贴式PMSM的无位置传感器控制中产生的抖振进行抑制,并且提高SMO的观测精度。利用Lyapunov第二方法对该方法进行稳定性判断,验证该方法的稳定性。使用MATLAB/Simulink搭建基于滑模观测器的PMSM控制系统仿真模型,将该仿真结果与传统的滑模观测器的仿真结果进行比较分析。研究结果显示,新型的滑模观测器依旧能够快速地追踪转子的位置,同时具有更加良好的稳定性。

基于积分滑模观测器的直线振荡电机谐振频率跟踪控制

现有直线振荡电机(LOM)无位置传感器谐振频率跟踪控制方法存在行程观测精度低、抗干扰能力差等问题,容易导致谐振频率跟踪精度低、频率振荡严重。为提高谐振频率跟踪控制性能,该文研究了一种基于积分滑模观测器(ISMO)的新型谐振频率跟踪控制方法。首先,基于LOM工作在系统谐振频率点时行程-电流相位差为90°的特点,提出一种双互相关函数比值方法,消除了行程变化对谐振频率跟踪控制的影响。其次,采用积分滑模面及新型趋近律设计ISMO,并利用二阶广义积分器获取行程估算信号,大大提高了行程估算精度。最后,对比实验结果表明,所提方法能够有效提高谐振频率跟踪精度、稳定时间及抗干扰能力。

基于改进指数趋近律的感应电机滑模转速观测器研究

针对无速度传感器感应电机矢量控制系统的转速估计问题,基于指数趋近律的滑模观测器能够有效削弱系统抖振,但传统指数趋近律仍存在增益固定的等速趋近项,因此其抖振问题仍然存在。为此,该文提出一种基于改进指数趋近律的滑模观测器来进一步削弱系统抖振,并实现了对系统状态的自适应控制。首先,选取定子电流误差作为滑模面,设计定子电流和转子磁链观测器,并通过将定子电流观测信息引入传统指数趋近律作为可变增益,实现了观测器对系统状态的自适应控制,能够在削弱系统抖振的同时保证系统收敛速度。进一步构建转速自适应观测器,并通过李雅普诺夫稳定性定理推导转速自适应律,实现对电机转速的准确观测。对比实验结果表明,该文提出的观测器能根据系统状态自适应调节系统收敛速度,并有效削弱传统基于指数趋近律滑模观测器中存在的抖振现象。

一种用于感应电机控制的新型滑模速度观测器研究

提出一种新颖的用于感应电机控制的滑模速度观测器。与传统的滑模速度观测器相比,此观测器具有结构简单、新颖、易于实现的特点,且有效消除了在无速度传感器的电机控制系统中,运用滑模观测器所固有的高频速度抖动现象。该观测器利用电压和电流信号构成观测器估计电机转速、转子磁通值及转子磁通位置,其理论的正确性由李雅普诺夫理论证明。将其运用于采用磁场定向矢量控制方法的无速度传感器感应电机控制系统,实验证明在整个调速范围内都取得了良好的效果,系统具有良好的稳态精度及动态响应性能。

基于有限时间状态观测器的永磁同步直线电机递归终端滑模控制

针对载荷变化、非线性摩擦、推力波动和外部扰动等不确定性降低永磁同步直线电机位置跟踪性能的问题,提出一种基于有限时间状态观测器的递归终端滑模控制方法。首先,建立考虑有界集总不确定性的直线电机动力学模型。其次,设计快速终端滑模函数和积分滑模函数的递归结构,强制系统直接从滑模面启动,减少了跟踪误差的收敛时间。然后,引入有限时间状态观测器实时估计集总不确定性并前馈补偿到控制率中,提高系统的鲁棒性和减少抖振。接着,利用李雅普诺夫理论分析闭环控制器的稳定性和有限时间收敛性。最后,搭建基于半实物AD5435的实验平台,实验结果验证了所提方法的可行性和优越性。

基于滑模与自适应观测器的感应电机非线性控制新策略

提出一种结合滑模变结构和自适应观测技术的感应电机非线性控制新方法.以定子电流与定子磁链为状态变量建立感应电机模型,采用非线性分析方法建立转矩与磁链误差方程,使用自适应滑模技术设计转矩与磁链控制器,推导出定子电压控制量.基于模型参考技术设计自适应观测器,向控制器提供准确的转速辨识与磁链观测值,并给出了控制系统的稳定性证明.该方法具有转矩脉动小、定子磁链畸变不明显的优点,低速时也具有良好的控制性能,且对参数与负载变化有较强的鲁棒性.仿真与实验结果证明了该控制策略的正确性与有效性.

能够校正相位误差的感应电机全阶磁链观测器

感应电机的传统全阶磁链观测器,采用预估校正法进行离散时转子磁链估计相位的误差较小。但是电机高速运行时,随着载波比的减小,估计相位误差会随之增大,进而引起电机控制性能下降。有鉴于此,通过分析磁链相位误差的影响以及电机控制变量之间的相互作用关系,推导出一种具有相位误差自校正功能的改进全阶磁链观测器。最后在感应电机实验平台上验证了改进全阶观测器的有效性。

感应电机高阶终端滑模磁链观测器的研究

提出了基于高阶非奇异终端滑模的感应电机转子磁链观测方法,用于实现感应电机的按转子磁链定向控制.设计了非奇异终端滑模面及观测器的控制策略,利用所设计的控制策略推导出电机转子磁链信息.为了抑制常规滑模存在的抖振现象,设计了定子电流观测器的高阶滑模控制律,可将控制信号直接用于电机转子磁链的估计.较常规滑模观测器,所提方法具有较高的观测精度,并对电机参数变化具有良好的鲁棒性.仿真结果验证了方法的有效性.

基于改进互联型全阶观测器的直线感应电机在线参数辨识

由于直线感应电机特殊结构和动态边端效应等影响,其励磁电感和次级损耗电阻的变化机理和规律复杂,为提高观测器对励磁电感和次级损耗电阻的辨识精度和性能,提出一种基于改进互联型全阶观测器的直线感应电机双参数在线辨识方法.首先,根据考虑动态边端效应的直线感应电机T型等效电路,建立双参数变化的电机状态空间方程,并分析参数变化及耦合特性对电机极点影响;其次,为减小参数耦合对辨识精度的影响,建立双参数互联的低耦合辨识模型,完成互联型全阶自适应观测器设计,采用Popov超稳定性理论推导励磁电感和次级电阻在线辨识的自适应律,实现双参数在线辨识;然后,为提高观测器的稳定性和收敛速度,结合新型极点配置法完成反馈增益矩阵的推导与设计;最后,搭建仿真模型和硬件在环辨识模型进行实验验证.结果表明:新型全阶自适应观测器在启动加速阶段时励磁电感和损耗电阻辨识误差在0.01%左右;在负载动态时损耗电阻辨识误差在0.03%左右.

基于非奇异终端滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

基于滑模观测器(sliding mode observer, SMO)的永磁同步电机无传感器控制中,SMO的收敛速度和固有抖振均会影响系统的控制性能.针对该问题,设计一种非奇异终端滑模观测器(nonsingular terminal sliding mode observer, NTSMO)以实现永磁同步电机的无传感器控制.首先,构造积分型非奇异快速终端滑模面,使得电流观测误差在有限时间内快速收敛至零,避免奇异问题;其次,利用锁相环方法从观测的反电动势中获取转子的位置和速度,不仅可简化系统,而且能得到更为平滑的估计转子位置和转速;最后,通过Lyapunov函数证明该观测器的稳定性,并利用Simulink软件进行仿真验证.结果表明:采用NTSMO可实现对永磁同步电机转速的准确估计,且转子位置误差小,静态响应好;与传统的SMO相比,NTSMO的收敛速度更快,反电动势抖振更小,其系统控制性能更佳.

感应电机龙伯格—滑模观测器参数辨识方法

针对混合动力汽车用感应电机模型参数时变性突出的问题,研究感应电机多模型参数在线辨识算法。依据龙伯格观测器和滑模控制理论,提出龙伯格-滑模观测器在线辨识感应电机模型参数的新方法。该方法将龙伯格-滑模观测器和自适应辨识算法结合起来对定子电流和转子磁链同时进行在线实时跟踪和自适应调节,利用定子电流估计变量的动态误差,在李亚普诺夫渐进稳定条件下实时辨识感应电机主要模型参数Rr和Rs。该方法结构简单、可靠,对驱动系统内部噪声和大测量信号扰动有很强的鲁棒性,并易于工程实现。仿真结果验证所提方法的有效性。

免疫滑模观测器感应电机矢量控制系统研究

滑模观测器的存在引起系统抖振,而此抖振与滑模系数有直接的关系,影响了其在感应电机无速度传感器矢量控制系统中的应用。提出了一种基于可在线学习免疫算法的滑模观测器,将免疫算法植入到传统滑模观测器之中,充分利用了免疫算法的自适应性对滑模控制器实现在线调整,实现对滑模观测器的在线调整,有效地消除了抖振现象,同时改善了感应电机矢量控制调速系统的动静态性能。仿真和实验结果验证了免疫滑模观测器的正确性和有效性。

基于双扰动观测器的永磁同步电机双惯量系统无模型递归终端滑模控制

为了提高永磁同步电机双惯量系统在不确定性扰动影响下的控制性能,提出一种基于双扰动观测器的无模型递归终端滑模控制策略。首先,建立存在不确定性扰动的永磁同步电机双惯量系统模型,并结合无模型控制与递归终端滑模控制设计无模型递归终端滑模控制器,使系统状态直接从滑模面开始运动,缩短了状态误差的收敛时间,有效抑制抖振。其次,通过构造扩张状态观测器观测负载速度并反馈到改进型扩展扰动滑模观测器中,构成双扰动观测器。同时,双扰动观测器精确估计总扰动信号并前馈补偿到所设计的控制器,进一步提高系统稳态性能和抗扰动能力。最后,通过仿真和实验验证得出,所提出的控制方案相较于比例积分控制和改进型无模型滑模控制方法更具有优越性和可行性。

基于二阶滑模观测器的感应电机转子磁链观测

实现矢量控制的基础是准确获得转速和转子磁链信息,本文提出了一种基于二阶滑模观测器的转子磁链观测方法。将构造的滑模观测器作为模型参考自适应系统(MRAS)的参考模型,将磁链的电流模型改造为该中间变量的可调模型,且其可调量为转速变量,进而构造出MRAS,实现对转速的观测。在此基础上,完成转子磁链的计算,并得到转子磁链角度,实现基于直接磁场定向的感应电机矢量控制。中间量的构造有效避免了传统MRAS中的纯积分问题,便于算法的实施;二阶滑模观测器有效地削弱了一阶滑模观测器存在的抖振扰动,并且参数具有较强的鲁棒性。仿真结果表明该转子磁链观测器具有较高的观测精度,且对外部扰动和转子电阻变化具有较强的鲁棒性,提高了系统的动稳态性能。