PMSM speed control using adaptive sliding mode control based on an extended state observer

In this study,a composite strategy based on sliding-mode control( SMC) is employed in a permanent-magnet synchronous motor vector control system to improve the system robustness performance against parameter variations and load disturbances. To handle the intrinsic chattering of SMC,an adaptive law and an extended state observer( ESO) are utilized in the speed SMC controller design. The adaptive law is used to estimate the internal parameter variations and compensate for the disturbances caused by model uncertainty. In addition,the ESO is introduced to estimate the load disturbance in real time. The estimated value is used as a feed-forward compensator for the speed adaptive sliding-mode controller to further increase the system's ability to resist disturbances. The proposed composite method,which combines adaptive SMC( ASMC) and ESO,is compared with PI control and ASMC. Both the simulation and experimental results demonstrate that the proposed method alleviates the chattering of SMC systems and improves the dynamic response and robustness of the speed control system against disturbances.

基于谐振改进型单自由度自抗扰控制器的PMSM转速波动抑制策略

高性能系统期望电机输出平滑且稳定的转速。然而,永磁同步电机驱动系统的转速环遭受多源扰动影响,导致电机输出转速呈现非周期和周期波动。为了抑制转速环中多源扰动,该文提出一种谐振改进型单自由度自抗扰控制器(active disturbance rejection controller,ADRC)。单自由度ADRC保留了传统ADRC对非周期扰动的抑制能力。在此基础上,该文采用准谐振控制器拓展单自由度ADRC观测器在特定频率处的带宽,以进一步提高单自由度ADRC对周期扰动的抑制能力。因此,所提方法可以同时抑制转速的非周期和周期波动进而提高转速的控制性能。此外,该文利用Nyquist稳定判据分析所提方法的稳定性。最后,通过实验验证所提方法的有效性。

积分型非奇异终端滑模PMSM无传感器控制系统

针对永磁同步电机中高速情况下传统的滑模观测器估算精度低且存在较强抖振的问题,提出一种基于改进型滑模观测器的PMSM矢量控制方法。基于非线性滑模面理论分析,构建一种积分型非奇异终端滑模面,有效降低了抖振现象,提高了系统的观测精确度;并设计了一种自适应反电动势滤波器,使反电动势能随观测器自适应调节,且谐波含量低,进一步提升动态精度;最后,利用正交锁相环原理调制出电机转子位置信息,将提出的新型控制方法应用到永磁同步电机调速系统,与传统滑模控制进行对比。仿真和实验表明,提出的基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制系统跟踪精度高、鲁棒性强,动、静态响应好。

基于新型趋近律的PMSM调速系统研究

针对负载扰动造成永磁同步电机(PMSM)调速控制系统性能下降的现象,提出了基于新型趋近律的无模型滑模控制算法。搭建PMSM转速环超局部模型,利用新型趋近律来提高系统趋近阶段的收敛速度,并设计了一个改进无模型滑模控制器增强抑制扰动。通过与传统的PI控制的实验结果进行对比,验证了所提方法动态响应强,具有强抗扰能力。

基于两级滤波的改进滑模观测器PMSM无速度传感器控制

针对永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服系统中由滑模观测器引起的位置估算误差以及抖振问题,提出了一种改进的两级滤波滑模观测器。首先,根据PMSM的数学模型,设计了利用传统滑模观测器估计定子电流和反电动势的估计算法;其次,分析了传统滑模观测器在PMSM伺服系统应用中的不足;再次,提出了一种新的饱和函数以代替传统的符号函数,改进了滑模观测器的控制律;最后,通过变截止频率滤波器和卡尔曼滤波器组成的二级滤波器,得到PMSM转子更精确的位置估计信息。利用Matlab,对使用了传统观测器的系统和使用改进的观测器的系统分别进行了仿真,仿真结果表明:与使用了传统观测器的PMSM伺服系统相比,使用了改进观测器的PMSM伺服系统转速误差更小、估算结果更准确。

基于级联式LESO的SPMSM无传感器控制研究

永磁同步电机无传感器控制逐渐取代传统有位置传感器的矢量控制方案,但在面对复杂工况时,无传感器控制方案在对抗各类扰动方面存在固有劣势,往往出现转速和位置估计精度下降的情况。该文在永磁同步电机双闭环矢量控制的基础上,基于级联式线性扩张状态观测器实现对转速和转子位置的快速跟踪,并基于带宽法进行参数整定。通过Simulink仿真,验证该方案在负载突变情况下的转速和位置跟踪性能,仿真结果表明,所提方案与传统方案相比可有效提高无传感观测器的抗扰性能。

基于改进麻雀搜索算法分数阶PI的PMSM调速策略

永磁同步电机调速系统采用传统比例积分双闭环控制结构存在抗扰性能差与响应速度慢的问题。为此,文中在建立PMSM数学模型和分析传统PI参数设计方法的基础上,提出一种基于改进麻雀搜索算法分数阶比例积分的PMSM调速优化策略,通过在常规SSA中引入佳点集初始化策略和黄金正弦更新策略,解决了SSA易陷入局部最优的问题,提高了收敛速度和精度,以进一步改善PMSM调速系统的响应性能。最后通过MATLAB仿真对比结果可知,所述ISSA-FOPI调速改进策略在4种工况下具有最短的调节时间分别为1.2、0.9、9.9与12.1 ms,和最小的超调量分别为0.16%、0.16%、0.05%与0.6%,这充分体现了所述策略的有效性与优越性。

PMSM齿槽转矩引起的转速谐波数学模型与最小化方法

针对矢量控制下永磁同步电机齿槽转矩引起转速谐波的机理复杂,及当前齿槽转矩抑制方法会增加控制系统复杂性等问题,推导矢量控制下齿槽转矩引起的转速谐波数学模型,提出基于PI控制器参数整定的转速谐波最小化方法。首先,通过分析矢量控制下齿槽转矩到电机转速的闭环传递机理,推导了齿槽转矩到电机转速的闭环传递函数,构建齿槽转矩引起的转速谐波数学模型。其次,以推导的数学模型建立目标函数,采用遗传算法寻优出使得齿槽转矩引起的转速谐波幅值最小的PI参数。最后,通过仿真和实验对所推导数学模型的准确性和所提转速谐波最小化方法的有效性进行验证。结果表明,基于数学模型寻优出的速度波动最小PI参数可使齿槽转矩引起的电机转速谐波幅值降低20%以上。

双PMSM统一模型预测系统的转速同步控制

双电机控制系统中,负载扰动、参数变化以及加减速运行等因素都会导致系统不稳定,同步误差增大。针对以上问题,设计了一种基于双电机统一预测模型的转速同步控制系统。首先,在传统的双电机交叉耦合控制结构的基础上,建立双电机统一模型,并构造分段价值函数以更精确地调节跟踪误差和同步误差。其次,为提高系统的动态性能和鲁棒性,设计了比例积分和分数阶滑模复合同步控制器(Proportional integral+fractional order sliding mode control,PI+FOSMC)。最后,在两台永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)上进行了仿真。结果表明,双电机统一模型预测系统具有较强的动态性能和鲁棒性,可提高系统同步精度。

基于新型指数趋近律的PMSM滑模控制研究

针对应用传统指数趋近律的永磁同步电机(PMSM)调速系统存在的超调过大、抖振大、鲁棒性差等问题,通过对传统趋近律进行改进,得到一种新的指数趋近律。在等速项中引入了涵盖对数项的分数多项式,并由此设计了相应的滑模速度控制器。对系统进行仿真建模,并与传统指数趋近律控制和PI控制进行比较。仿真图像显示:运用改进指数趋近律的滑模速度控制器有效地提高了PMSM调速系统的响应速度,削弱了抖振,提高了稳定性。

基于转速和母线电压的PMSM电流环自适应控制方法

永磁同步电机(PMSM)电流环解耦控制主要取决于电机参数辨识的精度,而精确的电机参数则是实现高精度、高性能电机矢量控制的重要基础。不完全解耦会造成电机在高转速区电流调节的动态性能变差,电流环出现超调与严重震荡,并且母线电压的纹波也会造成电流环调整时间变长,动态跟踪精度变差及电机扭矩抖动等问题。目前,此状态已很难满足现阶段对PMSM控制系统的快速性、抗干扰性及鲁棒性等高性能的要求。针对上述情况,文中提出一种不依赖被控对象精确数学模型的自适应模糊PI控制器,用于解决电流环不完全解耦下高转速对电流环影响带来的动态响应性能变差、电流环震荡等问题,并以补偿的形式解决母线电压纹波对电流环产生的影响。结合模糊PI控制和母线电压纹波补偿算法提出的这种自适应的电流环控制方法可以有效减小工况变化对电流环性能的影响。经过仿真和实验验证,并与经典PI控制作比较分析,提出的自适应电流环控制方法可以综合考虑并缓解工程实际中高转速和母线电压纹波对电流环带来的影响,该方法具有更好的快速响应和动态跟踪效果,有效改善了电流环的动态性能。

基于单片机的PMSM调速系统设计

为快速实现永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)速度控制响应,设计了基于单片机的PMSM调速系统。硬件部分,设计了调速器、光电编码器和核心微处理器。软件部分,针对永磁同步电机信号非线性、波动性大的特点,构建PMSM数学模型,在构建的数学模型中,通过转化输入的信号,生成系统测速算法。在此基础上,利用单片机分析永磁同步电机在不同情况下的运行状态,实现系统调速。仿真实验中,设计系统响应时间仅为5.8 s,响应速度更快。

基于FOA优化PID参数的永磁同步电机转速控制

为提高永磁同步电机转速控制的效果,提出一种基于果蝇优化算法(Fruit Fly Optimization Algorithm,FOA)优化比例积分微分控制(proportional-integral-derivative control)的方法。其中,以PMSM调速系统为背景,构建调速系统的PID方法,然后构建FOA优化PID参数的PID控制器,以实现永磁同步电机转速系统的自适应控制。仿真结果表明,FOA-PID方法具有响应速度快、超调小、抗干扰能力和速度调节能力强的特点,在固定负载改变转速条件下,仅需0.02 s即可达到稳定状态,有效改善了永磁同步电机转速控制系统的控制性能;相较于标准PID和RBF-PID方法,FOA-PID方法在正向起动转速情况下的超调量为1.36%,分别低5.73%和1.12%;在负向起动转速情况下,FOA-PID方法的最大超调量为0.56%,分别低15.13%和8.22%。由此得出,本FOA-PID方法可行,具有一定的优越性。

基于自适应迭代学习控制的永磁同步电动机稳态转速脉动抑制策略

为了提高永磁同步电动机转速控制的性能,抑制其稳态下的转速波动,设计了一种并联于传统速度PI控制器的自适应迭代学习控制器,用于对转速波动进行补偿。针对传统迭代学习控制器对非周期信号抗扰能力差的问题,提出了Fal函数与迭代学习控制器结合的方法,保证了系统在调速时仍具备良好的响应特性;针对迭代学习控制器迭代增益系数的整定问题,提出了一种控制参数自适应的迭代学习控制方法。实验结果表明,所提出的Fal函数与迭代学习控制器结合的方法能有效提升系统的抗扰能力;同时,提出的参数自适应方案也能提升迭代学习控制器对转速波动抑制的能力。

基于SCA优化模糊PI控制器的PMSM转速控制

介绍了永磁同步电机(PMSM)在矢量控制系统中转速环的模糊PI控制器设计。针对模糊控制器无法自适应调整参数,研究分析一种新型智能优化算法——正弦余弦算法,并对影响该算法全局探索和局部开发能力的重要参数进行调整,使搜索结果更精确,将改进后的算法用于模糊控制器量化因子和比例因子的优化。仿真结果表明,基于正弦余弦算法优化的模糊PI控制较传统模糊PI控制,具有更好的动态性能和抗干扰能力以及鲁棒性强的特点。

基于参数变化估计的PMSM自抗扰内模控制

基于d-q坐标系下的永磁同步电动机数学模型及矢量控制的基本原理,针对永磁同步电动机的非线性和参数的不确定性,对于电流环设计了基于参数变化估计的内模控制器,克服传统的内模控制对电机参数敏感的问题,速度控制器采用了自抗扰控制器,提高了系统对外部负载扰动抑制能力。仿真结果表明,所提出的基于参数变化估计的永磁同步电动机自抗扰内模控制器在电动机参数变化和负载扰动情况下均能提供良好的控制效果,验证了所设计控制方法的有效性。

基于模糊自整定PI的PMSM伺服系统的仿真研究

为了解决永磁同步电机(PMSM)速度控制问题,提出了一种模糊自整定PI的控制方案,并用MATLAB对系统进行了建模仿真验证。仿真实验结果表明,该种新型控制算法与传统的PI控制相比较,具有很强的适应性、鲁棒性和抗干扰性,能快速跟踪设定速度,三相电流与转矩波动较小,并且在改变负载时,能快速恢复到额定状态。

PMSM自适应观测器算法低速稳定性研究

针对基于自适应观测器的永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统,根据观测器线性化模型,分析了系统在低速电动状态下由于电机参数变化引起的不稳定问题。据此研究了一种自适应观测器与高频信号注入法相结合的转速估算方法。仿真实验结果表明该方法有效地提高了系统在低速时的参数鲁棒性和速度观测精度,改善了无速度传感器调速系统的低速性能。

PMSM无速度传感器技术在船舶推进控制系统中的应用

船舶推进控制系统具有监测船舶电机运行状态、转子信息等作用,对船舶动力推进系统有重要的意义。传统的船舶推进控制系统采用机械式传感器采集电机信息,存在误差大、时效性低和不稳定等问题,本文基于新型PMSM无速度传感器技术,设计一种先进的船舶推进电机矢量控制系统。仿真实验表明,基于无速度传感器的电机矢量控制精度高、性能稳定,具有重要的理论和实际意义。

基于扰动观测器的PMSM交流伺服系统低速控制

针对交流伺服系统中通常采用的MT法测速在低速时存在的问题,采用了自适应扰动测器以获得低速下的连续转速,并利用波波夫超稳定性理论给出了一种简单的自适应律。该方法能实时观测负载转矩扰动和低速时的连续速度变化,计算量小。仿真和实验结果表明,应用该方法在低速情况下较之传统MT法测速具有良好的控制效果。