Sensorless Vector Control of Parallel-Connected Multiple Induction Motors Fed by a Single Inverter

A method of improving the stability of multiple-motor drive system fed by a 3-leg single inverter has been devised that employs the averages and differences of estimated parameters for field-oriented control. The parameters of each motor (stator current, rotor flux, and speed) are estimated using adaptive rotor flux observers to achieve sensorless control. The validity and effective of the proposed method have been demonstrated through simulations and experiments.

双馈感应电机无速度传感器直接转矩控制方法

风电机组双馈感应发电机运行中,由于参数变化的不确定性导致其无速度传感器直接转矩控制输出值出现异常波动,为保证双馈感应电机的频率稳定性,提出一种双馈感应电机无速度传感器直接转矩控制方法。计算转子磁链同步转速和转差速度,得到发电机的转速观测值;分析转子绕组电压空间矢量,建立磁链模型并构建电磁矩阵,在矩阵中计算定子绕组和转子绕组的磁势矢量,通过二者的矢量积得到电机的电磁转矩;转速和转矩共同组成直接转矩控制系统,实现对电机的速度调节和控制。仿真分析结果表明:采用所提方法时,在双馈感应电机启动后转速迅速增加,且在1.2 s后转速始终保持为1400 r/min,可保证转子磁链的运行轨迹接近于圆形,直接转矩控制效果平稳。

基于定子反电势衰减暂态的感应电机转子时间常数辨识方法

感应电机转子磁链定向控制的动态性能十分依赖转子时间常数的准确性。针对感应电机断电过程中的定子绕组反电势衰减暂态现象,提出一种利用曲线拟合和差分进化算法进行转子时间常数辨识的方法,通过测量定子电压和电流即可完成辨识。在定子反电势衰减过程分析的基础上,推导了不同负载情况、零序分量以及变频供电条件对辨识过程的影响,并对比分析了所提出的两种辨识方法的特点和应用场景。最后以一台22 kW感应电动机为实验对象,开展了定子反电动势波形测量实验,获得了不同工况下的转子时间常数辨识结果。通过与电机参数设计值进行比较验证了定子反电势衰减模型及辨识结果的准确性。研究成果可为感应电机矢量控制中的转子磁链准确定向奠定基础。

无轴承异步电机的转子磁场定向控制

由于无轴承异步电机是一个强耦合的复杂非线性系统,因此其所采用的基于转矩绕组气隙磁场定向的控制算法存在着一些局限性,诸如控制运算量较大、固有的最大转矩限制以及难于实现自适应控制等。基于此,提出了一种基于转矩绕组转子磁场定向的控制算法。由于转子磁场定向控制的引入,调速性能得以保证,而且使用中更具灵活性(如便于实现自适应控制等)。另一方面,径向悬浮控制所需的转矩绕组气隙磁链值可以在转子磁场定向控制的基础上通过系统辨识获取,这样转子稳定的悬浮也能同样得到保证。实验证明了文中提出的控制算法的有效性。

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。

一种基于无功功率的异步电机矢量控制转子磁场准确定向方法

当转子磁场定向的异步电机矢量控制系统工作在高频弱磁区时,由于电机参数变化等多种因素影响,导致磁场定向不准,甚至危及电机可靠运行。为了保证磁场定向的准确,提出一种根据无功功率对转子磁场观测位置进行校正的控制方法,即以无功功率闭环来校正转子磁链的观测位置。同时,采用给定d轴电流的方法来保证系统不受磁链观测幅值不准的影响。实验证明,该方法改善了弱磁高速区的控制性能,使功率、电压均基本保持恒定,大大提高了矢量控制系统对电机参数特别是转子时间常数的鲁棒性。

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。

矢量控制中感应电动机转子电阻的自适应辨识

异步电动机的转子电阻在电机运行中由于温升、集肤效应等原因 ,往往是电机控制系统中变化最为明显的参数之一。如何准确、快速的辨识异步电动机转子电阻 ,以提高整个矢量控制系统的鲁棒性 ,一直以来是国内外研究的重点。转子电阻对异步电动机调速系统的影响由于控制策略和控制结构的不同而有所差别。本文在异步电动机矢量控制系统中提出了一种基于转子磁场定向的转子电阻自适应辨识方法。这种方法结构简单 ,计算量少 ,而且仿真和实验结果证明这种方法可以准确、快速的辨识转子电阻。

基于矢量控制的异步电机预测电流控制算法

该文提出一种基于异步电机间接矢量控制的预测电流鲁棒控制方法。分析了传统间接矢量控制中电流环比例积分控制器带宽提升受限制的原因,提出基于同步旋转坐标下异步电机数学模型的预测电流控制方法,以提高系统带宽和动态性能。为了增强预测电流控制器的鲁棒性,分析了预测电流控制器使系统不稳定运行的原因,引入鲁棒控制因子来增强系统鲁棒性,降低预测电流控制器对电机参数的敏感度。实验结果表明,与传统的比例积分控制器相比,该文提出的预测电流鲁棒控制能有效增强系统的鲁棒性,提高系统响应速度并且优化系统动态特性。

感应电机无源性分析及自适应控制

感应电机由于其变量非线性耦合、转子电量难以测量、电机参数时变性这3方面的问题,导致交流调速控制复杂。无源性控制理论应用于感应电机控制是一种全新的方法,其控制律是全局定义的,无输入输出线性化解耦奇点问题,是间接磁场定向控制。证明了感应电机转子磁链子系统的无源性,找到系统能量耗散特性方程中的无功力,它不会影响系统的稳定性,得出无需转子磁链观测反馈即能稳定跟踪转子磁链的参考值,同时考虑电机转子电阻在运行中发生未知变化,设计自适应调节器使系统对转子电阻呈现鲁棒性,构建了带电流内环速度控制系统。该方案保证转矩、转子磁链及转速的渐进跟踪,使调速系统具有良好的动静态性能,易于实现。仿真验证了设计的控制系统的有效性和先进性。

异步电机并联运行磁场定向控制

针对两台电机参数和负载不一致的情形,在原有单台电机磁场定向矢量控制模型的基础上,推导出适合一个逆变器控制两台电机的磁场定向控制模型。该方法考虑了电机参数的不同及电机定子电流的不一致,基于转子平均磁链进行定向,以两台电机的定子平均电流为控制目标,定子电流的d轴分量控制平均转子磁链,q轴分量控制平均电磁转矩。理论分析、仿真结果和实验结果表明了该控制方法的正确性和可行性。

感应电机效率优化的自适应反步控制研究

针对感应电机的效率优化问题,推导出最优转子磁链表达式,在电机参数变化和负载扰动情况下,提出一种基于自适应反步法的感应电机效率优化控制方案,保证感应电机驱动系统的控制性能,提高系统的稳态运行效率。在转子磁链和电机转速不可测时,能够实现跟踪误差在原点全局稳定。采用跟踪微分器(TD)得到给定转子磁链和转速的微分。仿真和实验结果表明,在保证驱动系统本身控制性能的前提下,该方法实现了系统稳态运行高效率,与传统的PI调节器矢量控制方式相比,提高了轻载时系统的动态响应速度,具有实用价值。

基于新型转子磁链观测器的异步电机转矩闭环矢量控制

在电动汽车等特殊应用领域,异步电机通常需要直接跟踪主控系统下发的转矩指令。扭矩传感器的安装不仅会增加成本,而且降低系统的可靠性。因此,对电磁转矩的准确观测至关重要。在设计滑模观测器实现异步电机反电动势准确观测的基础上,通过构造反电动势和转子磁链的状态方程,提出一种新型转子磁链滑模观测器。该观测器实现了对转子磁链的准确观测,继而实现了电磁转矩观测及转矩闭环控制。该方案的突出优势在于,转子磁链的观测对转子电阻、励磁电感等电机参数有着较强的鲁棒性。同时,基于此设计的转矩闭环控制系统具有较好的转矩跟踪控制能力。仿真及实验验证了该方案的可行性和有效性。

一种高起动转矩的感应电机起动方法

基于六边形空间电压矢量基本原理,提出一种高起动转矩的感应电机起动控制方法。首先分析在工频正弦电网上利用六边形空间电压矢量实现离散变频的原理,并从转子旋转磁链轨迹证明其可行性。然后利用大功率感应电机特性说明空间电压矢量变频下电流断续时间内磁链几乎不衰减,再通过电压矢量的平移实现基于六边形两相导通空间电压矢量的多级离散变频。采用适当的频率切换方式,使频率切换过程电机的冲击最小,近似达到离散变频无扰切换的目的。最后,通过仿真和实测结果对比,验证了所提出的起动方法的有效性。该方法降低了起动电流、提高了起动转矩,具有一定的理论研究和实际应用价值。

基于遗传算法辨识噪声模型的异步电机闭环卡尔曼速度估计

用扩展的卡尔曼滤波器(EKF)估计异步电机闭环矢量控制系统中速度变量 /转子磁链的难点是,系统运行的消息噪声和测量噪声模型不易准确获得,而滤波估计的精度和收敛性主要受其影响。为此,提出了一种基于遗传算法(GA)的磁场定向闭环系统噪声协方差全局寻优方法,解决了噪声模型难以辨识的实际问题。仿真结果验证了该方法的有效性。

基于定子电流和转子磁链点乘的异步电机转子时间常数在线辨识算法稳定性分析

在异步电机间接矢量控制系统中,电机定子电流和转子磁链的点乘值可以作为设定物理量来构成一个模型参考自适应系统,实现转子时间常数的在线辨识。但是模型参考自适应系统中比例积分调节器参数的选取缺乏理论依据,同时该方案的稳定性也需要深入分析。为此,该文首先建立该点乘值的稳态误差方程,揭示该方案的物理本质;然后借助李雅普诺夫线性化理论,建立该方案的小信号模型,并指出当转子磁链估计准确时,点乘方案是电机全运行区间内稳定的;同时分析比例积分调节器参数对转子时间常数辨识动态性能的影响,这为调节器参数的优化选取提供理论依据。仿真和实验结果证明该文理论分析的正确性。

基于无速度传感器的异步电机并联加权矢量控制

在工业和轨道交通领域,多电机协调控制已经得到了广泛的应用。为了解决单逆变器驱动并联异步电机在不平衡负载条件下运行的问题,本文实现了基于无速度传感器的加权矢量控制方法。本文对现有的并联加权控制方法进行改进,在负载不平衡时,根据易获得的电机转速实时计算出加权值。并联电机矢量控制的权重根据加权值进行实时调整,定子电流的d轴分量控制加权转子磁链,q轴分量控制加权转矩。电机的磁链和转速通过q轴磁链观测器观测得到。仿真和实验结果表明,加权矢量控制方法克服了平均转子磁场定向方法在负载不均衡较大时不能正常起动的缺点,同时对并联电机电流的不均衡度有所改善。

考虑电流动态的无轴承异步电机解耦控制策略

目前的无轴承异步电机解耦控制策略没有考虑定子电流动态影响,限制了其控制性能的提高.为此,本文首先分析了电机的数学模型,在考虑转矩系统定子电流动态的前提下,建立了无轴承异步电机的状态方程;在系统可逆性分析的基础上,解析推导出了无轴承异步电机的逆系统动态数学模型;基于逆系统方法,研究了转速、转子磁链和两个径向位移分量之间的动态解耦控制策略.仿真研究结果表明:控制系统具有优良的动态解耦性能和较强的抗负载挠动能力.所提出的解耦控制策略是有效的、可行的,并可在一定程度上简化控制系统结构.

转子磁场定向矢量控制中异步电机铁损模型分析

异步电机的数学模型通常是忽略铁损的 ,也是可行的。然而实际上电机的铁损是真实存在的 ,特别是在效率的分析上 ,铁损不可忽略。在现有的两种考虑铁损的异步电机模型中 ,串联铁损模型在磁场定向中不可行 ,因此本文重点对采用并联铁损模型在磁场定向矢量控制中的应用作深入分析。根据此模型进行数值仿真 ,仿真与试验结果的比较证明 ,研究磁场定向时应采用考虑铁损的模型。