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.

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。

感应电机模糊自适应全阶磁链观测器的仿真研究

针对感应电机的全阶磁链观测器存在低速不稳定问题,提出一种模糊自适应全阶磁链观测器。通过设计观测器的反馈增益矩阵,使得系统不稳定区域最小化,并采用模糊转速自适应律来替代PI型转速自适应律,提高转速辨识精度。将模糊自适应全阶磁链观测器应用到转子磁场定向矢量控制系统,仿真和实验结果表明该系统在各种工况下都能稳定运行,具有较好的自适应性和鲁棒性。

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。

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。

基于模糊全阶滑模观测器的PMSM无传感器控制

为解决传统滑模观测器采用固定滑模增益在永磁同步电机转子位置检测低速抖振严重的问题,提出了旨在提高宽调速范围滑模抖振抑制性能的模糊自适应调节滑模增益的全阶滑模观测器。首先,以定子电流与扩展反电动势为观测对象构建全阶滑模观测器,采用定子电流实际值与观测值的误差和误差变化率为输入量构建模糊控制规则,并根据实时观测的电机转速,实现在不同转速时的滑模增益自适应调节。然后,采用双曲正切函数代替传统的符号开关函数实现软开关切换的连续滑模控制,并且为消除转速造成的影响,采用归一化正交锁相环获得扩展反电动势中准确的转子位置信息。最后,搭建了永磁同步电机驱动试验平台,在低速与中高速范围内分别进行实验验证。实验结果表明,相比于传统滑模观测器,所提算法在宽调速范围时控制性能更具有优势。

异步电机全阶磁链观测器反馈矩阵设计

异步电机全阶磁链观测器是以电机本身作为参考模型,通过构建状态方程观测电机的磁链与定子电流。它将定子电流作为输出,引入实际电流与观测电流的误差作为反馈校正,通过调整校正项的反馈矩阵增益,改善全阶磁链观测器的性能。全阶磁链观测器的反馈矩阵设计从磁链模型切换策略与转速辨识动态特性两方面进行。全阶磁链观测器的特征函数表示磁链观测器在电流模型磁链观测器与电压模型磁链观测器之间切换的平滑程度;从双时间角度出发,全阶磁链观测器可以分解为转速辨识系统与磁链观测系统。在深入分析反馈矩阵对全阶磁链观测器的特征函数以及转速辨识动态特性的基础上,提出一种改善全阶磁链观测器平滑切换与全阶磁链观测器转速辨识动态特性的反馈矩阵设计方法。仿真和物理实验验证了分析方法的正确性与所提对策的可行性。

感应电机全阶磁链观测器设计及其控制性能对比分析

针对以往在感应电机无速度传感器矢量控制中,全阶磁链观测器均是以静止坐标系下状态变量进行设计的,其基于欧拉法的离散化过程估算误差大,若采用梯形法、双线性法或龙格-库塔法,估算误差有所减小,但计算过程复杂,不适宜工程应用。提出以同步旋转坐标系下的定子电流和转子磁链作为状态变量来设计全阶磁链状态观测器,其离散化过程采用工程上常用的欧拉法,计算量小。同时给出了基于两种坐标系下全阶磁链观测器转速估算自适应律设计方法。仿真分析和实验结果对比表明,在低速和高速状态下,同步旋转坐标系下设计的状态观测器电流和转速估算准确快速,可以明显提高系统控制的精确性和实用性。

定子磁链全阶观测器增益矩阵的确定方法

为了提高异步电机定子磁链观测精度,减小观测误差受其运行过程中温度、频率和磁路等因素的影响,使用定子磁链全阶观测器观测定子磁链。利用静止坐标系下的异步电机数学模型,分析当电机参数改变时,高速运行状态下定子磁链观测器u-i模型和低速运行状态下i-n模型的观测误差变化情况,然后给出定子磁链全阶观测器增益矩阵的确定方法。在Matlab/Simulink仿真环境下,进行了仿真验证。研究结果表明:定子磁链观测精度主要是随着电机在运行过程中转速和转矩的变化而变化;采用此方法在保证观测器稳定的前提下,依据不同的转速区间,选择合适的观测器极点配置,可以提高异步电机全速运行状态下定子磁链的观测精度;采用此方法有效地提高了全速范围内定子磁链的观测精度,并且实现简单。

基于状态空间拆分重组的牵引异步电机闭环离散全阶转子磁链观测器

针对一阶前向欧拉离散全阶转子磁链观测器在牵引变流器低开关频率工况下,当电机运行至中高速区段时存在离散误差大、观测结果发散不收敛的问题,本文提出了一种基于状态空间拆分重组的闭环离散全阶转子磁链观测器。以异步电机本身作为参考模型构建状态方程,将系数矩阵拆分为与电机同步频率及转差频率相关的动态系数矩阵和完全由电机参数构成的常量系数矩阵,继而重组状态空间。通过采用局部精确离散方法,获得全新的观测器离散模型,同时将定子电流作为系统输出,引入实际电流与观测电流的误差作为反馈校正,合理设计反馈增益矩阵,最终完成电机转子磁链的准确观测。模型仿真和实验结果验证了上述基于状态空间拆分重组的闭环离散全阶转子磁链观测器在电机运行全速度范围内具有良好的稳定性,且观测结果离散误差小、收敛速度快。

基于全阶磁链观测器下电主轴直接转矩控制系统的仿真

目的研究电主轴全速范围内直接转矩控制系统的性能,提高电主轴定子磁链观测精度.方法在定子静止坐标系下电主轴数学模型的基础上,采用定子全阶磁链观测器观测定子磁链,建立电主轴直接转矩控制系统.对电主轴状态值和测量值之间偏差进行反馈校正,并把反馈校正项与估计磁链的电主轴数学模型结合起来,建立含有闭环状态估计的误差补偿器的全阶磁链观测器;利用Matlab/Simulink构建全阶磁链观测器,对构建的模型进行仿真,得到定子磁链的仿真波形.结果全阶磁链观测器下直接转矩控制系统取得了比较优异的特性曲线,对于转速和转矩控制具有较高的控制精度.结论全阶磁链观测器在电主轴直接转矩控制系统中动态性能反映良好,采用极点配置方法确定的全阶磁链观测器模型有效地减少了运行过程中温度、频率和磁路等因素所造成的影响.

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。

基于速度自适应磁链状态观测器的感应电机直接转矩控制系统研究

出了一种速度自适应的定子磁链闭环观测器 ,并应用于直接转矩控制系统中 ,以取代传统的纯积分器。经过理论证明 ,该系统是超稳定系统。针对 1 1kW感应电机 ,采用数字信号处理器DSP (TMS32 0C32 )进行了数字化实现。仿真与实验表明 ,该方案对电机参数变化的鲁棒性较好 ,磁链观测精度高。同时 ,基于磁链状态观测器设计的速度辨识方案收敛速度快 ,精度高 。

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。

感应电机全阶磁链观测器矢量控制系统的离散化仿真

基于MATLAB/Simulink仿真平台,采用模块化的思想分别建立了矢量控制模块、全阶磁链观测模块及转速自适应模块,建立了无速度传感器异步电机全阶磁链观测器的离散化仿真模型,可以十分便捷地实现和验证控制算法。与使用S-function搭建的全阶磁链观测器连续域的感应电机模型和控制模型仿真方法相比,给出的模块化离散仿真模型能够大大提高仿真速度。仿真结果表明,离散化采样周期可以合理控制仿真速度和精度,同时也证实了该离散化仿真模型的合理性、有效性,为电机控制系统的快速仿真研究提供了一条思路。

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。

新型速度自适应磁链观测器在直接转矩控制中的应用

将一种全阶磁链闭环观测器应用于直接转矩控制系统中 ,取代了传统的纯积分器 ,经过仿真分析得知该磁链观测器对定子磁链的观测精度高 ,对于电机参数的鲁棒性较好 ,在电机低速运行时仍能实现对定子磁链准确的观测 .在此基础上根据Popov超稳定性理论 ,成功地设计出 2种电机转速的自适应辨识方案 ,并进行了对比仿真和实验研究 ,结果表明第 1种自适应方案的收敛速度快 ,动态性能更好 ,但是 2种方案的稳态性能差别不大 .本系统以 1 1kW异步电机为控制对象 ,并采用数字信号处理器DSP(TMS32 0C32 )

基于全阶磁链观测器的间接转矩控制研究

介绍了间接转矩控制的基本原理,提出了基于单神经元PID的动态位角调节器来改善转矩脉动响应的方法,建立了一种能同时准确观测定子磁链和转子磁链的新型全阶磁链观测器,通过引入弱磁控制算法,将间接转矩控制扩展到全速度区范围。仿真实验结果表明,定子磁链轨迹为圆形,转矩脉动小,动态响应快,开关频率恒定,证明了该方案是可行的,并且具有良好的动静态性能。

一种全阶转子磁链观测器的仿真模型的建立

将一种全阶磁链观测器引用到异步电动机的直接转子磁场定向中,研究其运行时受电机参数变化的影响.借鉴频率响应法,对比常见的电流模型磁链观测器和电压模型磁链观测器,采用数据拟合的方法对电机参数变化下的磁链观测值进行拟合,得到其参数鲁棒性结论.仿真结果表明,应用该全阶磁链观测器可以克服电机转子电阻变化的影响,减小电机定子电阻变化的影响,提高系统运行的参数鲁棒性.

基于全阶状态滑模观测器的异步电机转子磁链观测

矢量控制的关键在于转子磁链定向。针对异步电机矢量控制中磁链观测问题,设计了一种基于全阶状态滑模观测器的增强型转子磁链观测方案。该方案将全阶磁链观测器和滑模观测器结合起来对异步电机定子电流和转子磁链同时进行实时跟踪观测,从而获得较为准确的转子磁链观测,进而提高矢量控制时磁场定向的准确性以及矢量控制的性能。研究表明该方案不仅算法简单,而且具有较强的参数鲁棒性以及较好的稳定性。仿真结果证明了该方案的分析和设计。