基于ALE-MRAS磁链观测器的永磁同步直线电机均匀退磁诊断研究

设计了自适应线性神经元?模型参考自适应(adaptive linear element-model reference adaptive system,ALE-MRAS)磁链观测器,以解决永磁同步直线电机(permanentmagnet synchronouslinearmotor,PMSLM)多工况下均匀退磁磁链观测问题。首先,建立PMSLM正常、微弱、轻度、中度以及重度退磁故障下的有限元模型,仿真计算不同退磁程度下磁链的精确值;其次,建立模型参考自适应(model reference adaptive, MRAS)磁链观测器,采用自适应线性神经元(adaptivelinear element,ADALINE)算法在线修正MRAS的自适应律,得到ALE-MRAS磁链观测器,实现多工况下准确地在线磁链观测;然后,选取磁链幅值为故障特征值,结合ALE-MRAS磁链观测器观测结果,与有限元故障模型计算得到的磁链精确值进行对比,诊断出故障及故障程度;最后,制作退磁样机,搭建实验平台,对不同工况下的退磁故障进行诊断,精确度高达98%以上。通过与滑模磁链观测器和MRAS磁链观测器的对比,验证了文中诊断方法的正确性和先进性。

改进二阶广义积分磁链观测器的PMSM无位置传感器控制

基于磁链观测器的永磁同步电机无位置传感器控制时,准确估算磁链至关重要。常规一阶纯积分器和传统低通滤波器估算磁链存在直流偏移,并且低通滤波器还带来了磁链相位偏移和幅值衰减。有人将二阶广义积分器运用到磁链观测器中衰减估算磁链的直流偏移现象,但是衰减能力有限。基于上述情况,在传统二阶广义积分器的基础上提出一种改进的二阶广义积分磁链观测器。理论分析表明,该观测器估算磁链能完全消除直流偏移,提高了磁链估算精度。最后,在MATLAB/Simulink仿真软件系统中搭建了永磁同步电机的矢量控制模型以及在ACM32F403CET7微控制器的永磁同步电机驱动平台上进行实验测试,验证了该控制方法的有效性。

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。

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。

基于转子磁链观测器的五相容错PMSM开路故障下的无位置传感器控制

五相容错永磁同步电机(PMSM)开路故障模型的不对称性,影响了其无位置运行性能。该文提出一种基于转子磁链观测器的无位置控制策略。首先,该策略在容错模型基础上,构建基于指数趋近律的滑模观测器(SMO)以获取反电动势信号;其次,为抑制所观测反电动势中直流偏置、低频和高频谐波对转子位置观测精度的影响,设计一种改进型二阶广义积分器(ISOGI),并将其和SMO级联构成转子磁链观测器;然后,采用锁相环技术从转子磁链中提取转子位置信息;最后,将该转子磁链观测器和容错控制策略相结合。实验结果表明,该策略提高了转子位置观测精度,实现了PMSM开路故障下的无位置高性能运行。

基于改进滑模观测器的无位置传感器AFFSPM电机模型预测磁链控制

为了提高轴向磁场磁通切换永磁(axial field fluxswitching permanent magnet,AFFSPM)电机无位置传感器位置检测精度,同时抑制该电机的转矩和磁链脉动,该文提出一种基于改进滑模观测器(sliding mode observer,SMO)的无位置传感器AFFSPM电机模型预测磁链控制方法。首先,基于传统滑模观测器,设计边界层可随滑模面误差自调节的反正弦饱和函数,削弱系统抖振,改善系统稳态性能;接着,将扩展卡尔曼滤波器及幅值补偿环节代替单一低通滤波器,并通过内嵌二阶广义积分器的软件锁相环估算转子位置角和速度,消除位置角补偿,提高位置观测精确度;最后,将估算的转子位置角和速度反馈到模型预测磁链控制模块,完成无位置传感器控制。该文通过理论推导、仿真与实验研究验证所提出的控制策略可有效提高AFFSPM电机无传感器控制的稳态和动态性能。

基于SOGI的改进磁链观测器PMSM无传感器控制

永磁同步电机(PMSM)无传感器矢量控制中,鉴于滑模观测器在低速下获取精确反电动势困难、高速下由于开关动作不连续而造成的抖振问题等缺点,基于静止坐标系下的数学模型,提出了基于二阶广义积分器(SOGI)滤波的磁链观测器算法,将观测的定子磁链通过二阶广义积分器-锁相环(SOGI-PLL)结构进行滤波,实现转子位置和转速估计的方法,运用Simulink对SOGI结构进行仿真。仿真结果表明,SOGI结构输出特定频率信号而不存在相移。搭建高速PMSM实验平台,实验结果表明,当空载启动时,定子磁链观测器算法估计的转子转速和转子位置能够快速、较小误差地收敛到实测值,该实验验证了基于SOGI滤波的定子磁链观测器算法的有效性。

基于扰动补偿磁链观测器的永磁同步直线电机无位置传感器控制

为了提升永磁同步直线电机无位置传感器控制性能,研究了一种基于扰动补偿磁链观测器的无位置传感器控制方法。该方法将陷波滤波器看作扰动观测器并且结合反馈控制器,计算简单,容易实现。观测器中的参数调试也不复杂,对直流偏置和谐波扰动有着比较好的抑制作用,相当于克服了传统磁链观测器最主要的局限性。此外,研究的观测器不会带来磁链幅值和相位的误差。利用锁相环估计位置和速度,进一步提高观测器观测精度。实验证明扰动补偿磁链观测器能够有效减小直线电机运行过程中的动子磁链的估计误差,从而提高动子的位置和速度的估计精度。

基于磁链观测器的ROV无传感器推进控制研究

由于工况恶劣、位置传感器安装有限,水下机器人ROV集成推进系统多采用基于永磁同步电机的无传感器控制。为提高低速稳定性和动态响应速度,提出一种改进磁链观测器。仅依靠测量定子绕组电流和电压,改进观测器在有限时间内将观测误差收敛到零。并采用迭代方法以获得转子速度和负载扭矩估计。仿真实验表明,改进方法比传统方法有着更好的低速控制能力和抗干扰能力。

交流电机直接转矩控制系统新型闭环磁链观测器研究

针对电机参数变化与负载扰动影响电机磁链辨识结果的问题,提出了一种新型的闭环磁链观测器,通过DTC系统采样数据进行离线训练,构建了BP神经网络逆磁链模型,与电机磁链模型构成“可调整系统”,以实际电机作为参考模型,建立了具有自适应能力的新型闭环磁链观测器。新型闭环磁链观测器应用于直接转矩控制(DTC)系统中,通过电机参数变化与负载扰动仿真结果表明:系统性能优于传统DTC系统,磁链辨识精度高、转矩脉动小、转速波动小,具有较强的鲁棒性和控制精度。

基于转子磁链观测的PMSM滑模观测器控制方法

传统永磁同步电机滑模观测器无位置控制方法一般基于反电势观测,为消除反电势中的高频分量,需对反电势进行低通滤波后再进行转速和位置角估算。而低通滤波器的引入会对反电势的相位造成影响,进而需增加额外的相位补偿环节去补偿相角误差。同时,反电势会随转速变化,这给采用锁相环方法估算转速和位置角的PI参数整定也造成一定困难。针对以上情况,设计了一种改进型积分策略,通过对反电势进行积分得到转子磁链,通过对转子磁链进行锁相环得到转速和位置角。由于转子磁链在全转速范围内保持恒定,因此一套PI参数能在全转速范围内获得较好的控制效果,仿真结果表明,该控制方法具有良好的控制性能。

基于扩张状态观测器的感应电机转子磁链观测

感应电机调速控制中的一个关键问题是如何克服转子电阻不确定的影响,准确地观测转子磁链。该文采用扩张状态观测器的方法,提出了一种新的转子磁链观测器。对电机方程中的定子电流动态方程进行整理,把包含转子电阻的不确定项综合在一起,并扩张成一阶新的状态,与原方程组成增广一阶的系统。对于新的系统,应用扩张状态观测器观测出原系统的不确定部分,使系统确定化,最后得到准确的转子磁链观测值。高速和低速下的仿真结果都表明该文的方法对转子电阻的变化具有极强的鲁棒性,可以在转子电阻不确定时对转子磁链进行准确观测。

基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速和磁链观测器

为了取消永磁同步电机控制中的机械传感器,获得直接转矩控制中需要的电机磁链信息,设计了一种基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速和磁链估算方法。选取定子固定坐标系下定子磁链、电机转速和转子位置为状态变量,电压和电流作为输入、输出量,建立估算定子磁链、电机转速和转子位置的EKF滤波器系统。采用空间矢量调制的直接转矩控制策略,有效减小了直接转矩控制方法的转矩脉动,并保持了功率器件恒定的开关频率。实验结果表明EKF准确地观测了电机转速和磁链,所构建的无速度传感器DTC控制系统具有良好的转速和转矩控制性能。

基于改进磁链观测器的感应电机转速辨识

感应电机电压模型转子磁链观测器由于其算法简单而得到广泛应用,但低速时由于定子电阻压降明显使得测量误差严重影响观测精度,纯积分的应用还存在直流偏置和初始值问题。本文提出了一种改进电压模型转子磁链观测器,引入定子磁链的电流模型和电压模型之间的误差对定子感应电动势进行补偿,理想积分环节采用新型改进低通滤波器代替,再由定子磁链的电压模型推导出转子磁链的电压模型。在此基础上,通过得到的转子磁链对感应电机的转速进行辨识。仿真和实验表明新算法改善了转速辨识的动静态性能,尤其改善了低速时的转速辨识性能。

无速度传感器感应电机改进转子磁链观测器

针对感应电机无速度传感器磁场定向控制系统,提出一种基于电压模型的改进转子磁链观测方法。为了有效抑制反电动势积分环节所存在的直流偏移和积分饱和问题,采用一个截止频率可根据输出频率进行自调整的低通滤波器来代替传统电压模型磁链观测器中的反电动势积分环节。然而低通滤波器的引入将会产生磁链幅值和相位的观测误差,从而导致在低速运行场合中磁链观测性能显著下降,为了解决这一问题,设计一个可以补偿磁链观测误差的补偿器。通过11kW感应电机无速度传感器矢量控制系统对所提出的改进转子磁链观测器进行了实验验证,结果证明了算法的有效性。

基于混合磁链观测器电励磁同步电机矢量控制

针对传统磁链观测器所存在的磁链轨迹非圆形以及不适合电机高速运行等问题,提出了适用于全速范围的新颖的混合气隙磁链观测器,并对其进行了详细的理论分析,阐明了其内部基于滤波器特性的电流—电压模型之间的平滑切换机理。同时引入具有自适应调节中点电位的简化三电平电压空间矢量调制策略,并在此基础上提出新颖的三电平功率变换器相电压重构算法。仿真和实验结果表明:基于新颖的气隙磁链观测器电励磁同步电动机矢量控制解决方案具有优良的控制性能,以及理论与应用价值。

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。

定子磁链观测器低通滤波器的改进

为提高传统的改进低通滤波器的动态性能,提出一种新型改进低通滤波算法。与传统改进低通滤波算法不同,新算法对定子感应电势进行相位和幅值补偿,然后再通过低通滤波获得定子磁链,有效提高了传统改进低通滤波器的动态性能,尤其是低速性能。通过理论分析,解释了新算法利用交换补偿与低通滤波环节顺序后磁链观测动态性能提高的原因,该方法在理论上能消除低通滤波器磁链动态跟踪误差。为进一步验证新算法的有效性,建立了感应电动机直接转矩控制系统仿真与实验平台。大量仿真与实验结果验证了该方法的有效性及其优良的动态性能。

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。