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LADRC和非线性磁链观测器的PMSM无感控制方法

针对永磁同步电机基于反电势的传统无感控制方法、传统PI控制算法和传统自抗扰控制算法的不足,提出了一种将线性自抗扰技术(LADRC)和非线性磁链观测器相结合的永磁同步电机无感控制方法。该方法无需知道转子速度信息,从而消除了涉及速度估计误差所带来的一系列复杂问题,并且解决了PI控制算法灵活性不足,抗扰性能较差和传统自抗扰控制器(ADRC)参数较多且整定困难的问题。推导了非线性磁链观测器和线性自抗扰控制的原理,建立了磁链观测器和一阶速度LADRC的模型。通过非线性磁链观测器对电机的转速和转子位置进行观测,自抗扰速度调节器将观测结果的变化进行在线估算并自适应补偿,提高了系统的动静态性能。仿真及实验结果验证了所提方法的可行性和优越性。

基于巴特沃斯结构的改进磁链观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

由于逆变器非线性因素、电流测量误差等非理想因素,传统的磁链观测器会受到直流分量以及谐波分量的影响,导致转子位置观测准确度降低。将具有通频带最大限度平坦特性的巴特沃斯带通滤波器与纯积分器相结合构建出一种改进的磁链观测器,并对改进的磁链观测器的传递函数进行了详细的理论分析,然后设计出一种离散化结构以便进行实验。结果表明,提出的基于巴特沃斯结构的改进磁链观测器具有出色的消除直流分量以及抑制谐波分量能力,不会造成基波处的幅值衰减以及相位误差,提高了永磁同步电机无位置传感器控制的转子位置观测准确度,同时具有良好的动态性能。

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。

感应电机全阶磁链观测器反馈矩阵增益研究

基于自适应全阶磁链观测器的感应电机无编码器矢量控制技术在工业电气传动领域获得广泛应用,其反馈矩阵增益对于提高感应电机控制性能至关重要。根据速度估算系统的稳定性条件推导出反馈增益设计要求,获得特定的反馈增益以保证系统的完全稳定性。在DSP控制平台上通过欧拉法对全阶磁链观测器进行离散化,利用7.5 kW的感应电机对拖机组对推导的反馈增益有效性进行了实验验证。结果表明,该速度估算系统能保证电机在全调速范围内稳定运行。

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。

基于磁链观测的永磁直线同步电机自适应非奇异快速终端滑模控制

针对应用于电磁弹射的永磁直线同步电机(PMLSM)无位置传感器控制系统易受参数变化等不确定因素影响,提出一种将磁链观测器与自适应非奇异快速终端滑模控制(ANFTSMC)相结合的组合控制系统。该组合控制系统针对含有不确定参数的PMLSM,设计磁链观测器实时计算电机动子的位置和速度信息,确保控制系统快速获得准确的运行参数,并利用ANFTSMC自适应调整系统收敛速度的特性,抑制不确定因素的影响,提高系统的响应速度,避免终端滑模控制出现的奇异性问题。通过仿真分析验证,该控制系统可以在保证跟踪精度和响应速度的同时,削弱抖振,实现PMLSM无位置传感器情况下快速、平稳运行,该控制系统能够满足电磁弹射的工程应用要求。

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。