Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on New Sliding Mode Observer with Single Resistor Current Reconstruction

To solve the chattering problem caused by discontinuous switching function in traditional sliding mode observer,a piecewise square root switching function with continuously varying characteristics is designed,and its stability is analyzed by using Lyapunov stability criterion.Secondly,according to the relationship among bus current,switching state and phase current,a single bus resistance sampling current reconstruction scheme without current sensors is adopted,which effectively reduces the cost of motor system.Finally,the feasibility and effectiveness of the proposed scheme are verified by simulation.

永磁直线同步电机改进预测电流控制

永磁直线同步电机(PMLSM)预测电流控制(PCC)时存在易受参数变化和延迟以及负载扰动影响,为此提出基于二阶超螺旋滑模观测器(STSMO)的改进型PCC。首先,建立包含不确定性的PMLSM动态数学模型。然后,为了补偿参数变化以及延迟的影响,采用二阶STSMO估计下一周期的电流和参数变化造成的扰动电压,估计值用以计算下一周期的给定电压,以提高电流跟踪精确度,通过李雅普诺夫函数证明观测器的稳定性。同时,采用基于改进指数趋近律的自适应滑模控制器(ASMC)对速度进行跟踪,将状态变量和滑模面加入到指数趋近律中,不仅削弱了电流抖振,且进一步提升了系统的鲁棒性。半实物仿真实验结果表明,与传统PCC相比,提出方法能有效地抑制不确定性对系统影响,使系统具有更好的跟踪性能和鲁棒性。

具有低开关频率的感应电机无传感器控制

着眼于传统低开关频率控制方法对无感磁链观测带来不利影响的问题,提出了一种具有低开关频率的感应电机无传感器控制方法.使用速度自适应滑模观测器与预测控制方法相结合,构成感应电机无传感器预测控制系统.其可以在较高采样频率下,有效降低开关频率,并保证系统具有较高的动态特性.同时,滑模思想的引入使观测器具有较强的鲁棒性.实验结果表明,所提出的低开关频率无传感器控制策略具有较高的控制精度和较强的抗干扰性能,研究的自适应滑模观测器在稳态和动态实验中均具有良好的观测精度,其中电流环响应时间可以达到1.52 ms,可以实现75 r·min^(–1)及以上转速范围内的稳定观测及运行,且系统最高平均开关频率保持在500 Hz上下,为较低的水平.

改进滑模观测器的电流源逆变器驱动PMSM无位置传感器控制

由于电流源逆变器(CSI)的叠流效应以及前级DC-DC控制的母线电流脉动较大,使得扩展反电动势中含有大量谐波,造成较大的位置误差。针对此问题,该文提出一种改进滑模观测器的电流源逆变器驱动永磁同步电机无传感器控制方法。首先,基于传统滑模观测器,设计复系数滤波器代替传统低通滤波器,实现了对估计反电动势的准确提取,同时也抑制了估计反电动势中的高频抖动和高次谐波。其次,将二阶广义积分器内嵌于锁相环中,用于消除位置误差信号中的低次谐波,提高位置观测准确度。最后,将估算的速度信息反馈回复系数滤波器,实现复系数滤波器的自适应性。实验结果表明,所提方法在不同工况下,能够有效提高估算的转子位置精度,验证了方法的可行性与有效性。

基于ESO的PMSM无模型快速超螺旋滑模预测控制

为提高表贴式永磁同步电机(Surface permanent magnet synchronous motor,SPMSM)在参数变化和外部扰动下的鲁棒性,提出一种基于扩张状态观测器的无模型快速超螺旋滑模预测控制方法。首先,建立SPMSM参数摄动时的新型超局部模型。其次,采用改进的超螺旋算法作为辅助控制率设计转速环无模型超螺旋滑模反馈控制器,同时利用复合的扩张扰动观测器估计超局部模型中的未知部分,并通过Lyapunov稳定性理论证明了控制器和观测器的稳定性。电流环应用无差拍电流预测控制策略,结合扩张状态观测器对扰动量进一步估计并进行前馈补偿,使电流环具有更好的动态响应和更小的谐波分量。仿真试验结果表明,所提方法可有效提高系统响应速度,改善SPMSM在发生参数漂移和外部扰动下的暂稳态性能,降低电流总谐波畸变率,提升系统鲁棒性和抗干扰性能。

预测控制与滑模控制结合的永磁同步电机控制

提出一种改进型无差拍预测电流控制方法与改进型滑模控制方法结合的控制策略。基于永磁同步电机的数学模型,构建电流内环控制算法,设计扩张状态观测器,解决无差拍预测电流控制因参数扰动及模型失配导致的电流误差问题。速度外环设计一种超局部模型滑模控制器,设计滑模扰动观测器削弱滑模抖振。仿真结果证明,结合后的控制方法有效提高了电机暂、稳态性能,提升了系统抗干扰能力、鲁棒性及响应速度。

基于二阶滑模扰动观测的PMSM电流预测控制研究

针对无差拍电流预测控制(DPCC)对电机参数的依赖性,系统性能尤其易受电感参数影响的问题,研究基于二阶滑模扰动观测的永磁同步电机(PMSM)电流预测控制方法。首先,根据滑模控制原理分析电感参数失配对系统参数鲁棒性的影响,及传统滑模控制的不连续函数导致的系统“抖振”;然后,在DPCC中引入一种基于二阶趋近律的滑模扰动观测器(SMDO),实时补偿电感参数失配造成的扰动,同时通过二阶趋近律加速扰动误差的收敛;最后,将该方法与DPCC、SMDO+DPCC进行对比仿真实验。实验结果表明,在电感参数失配的情况下,该方法降低了电流稳态误差,提高了系统参数的鲁棒性,减少了传统滑模控制带来的系统“抖振”现象。

基于自适应超螺旋滑模观测器的三相Vienna整流器无模型预测电流控制

三相Vienna整流器具有不需要考虑开关死区、可靠性高等优点,但参数易受外部扰动影响而导致控制性能下降。针对这些问题,该文提出一种基于自适应超螺旋滑模观测器的无模型预测电流控制策略(ASTSMO-MFPCC)。首先,通过分析三相Vienna整流器参数失配数学模型,构建不依赖系统物理参数的超局部模型。其次,设计超螺旋滑模观测器估计超局部模型中的动态部分,有效抑制系统扰动影响。同时,设计自适应增益,动态调整超螺旋滑模观测器参数,解决增益选择难题。最后,构建离散化预测模型和成本函数,实现无模型预测电流控制算法。仿真与实验结果表明,所提策略具有良好的鲁棒性和动稳态性能。

IF-ZVVCD与SMO的PMSM无位置传感器全速域复合控制

针对永磁同步电机(PMSM)全速域无位置传感器控制中,零低速阶段的高频注入法会引起转矩脉动、噪声等问题,提出一种IF控制结合零电压矢量电流微分法(ZVVCD)实现电机零低速运行,并与改进滑模观测器法复合达到全速域无位置传感器控制目标。在零低速阶段,IF控制法启动电机并在低速切换为ZVVCD,减小转速波动,提高控制精度;在中高速阶段,利用连续光滑的Sigmoid函数及扩展卡尔曼滤波器改进滑模观测器,减少系统抖振,提高转速稳定性;在转速过渡阶段,设计斜率可调的加权切换函数实现零低速与中高速控制方法的平滑切换。实验结果表明:所提复合控制策略能够实现PMSM全速域无位置传感器控制,消除转矩脉动,转子转速与位置信息辨识准确,系统动态响应快、稳态性能好。

车辆线控转向系统的永磁同步电机谐波抑制策略

为解决车辆线控转向系统的永磁同步电机因谐波电流引起的相电流畸变问题,提高车辆横向控制的跟随性和回正力矩估算的准确性,设计了基于扩张状态观测器和积分滑模控制器的永磁同步电机谐波抑制策略。使用扩张状态观测器实现对电机基波电流环的dq电流估算,完成解耦及扰动补偿,根据从估算电流中提取的5、7次谐波电流设计积分滑模控制器实现对谐波电流的解耦与抑制。通过Carsim和Matlab/Simulink仿真平台搭建电机对拖和整车仿真模型,结果表明,该策略对额定转速和超额定转速时的5、7次谐波电流有良好抑制能力,可以提高电机转角控制的精确性和回正力矩估算的准确性。

基于预测误差补偿的PMSM预测电流控制

为解决永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)模型预测电流控制(model predictive control,MPC)参数鲁棒性差的问题,提出一种电流预测误差的补偿策略。首先,引入PMSM局部模型,并采用滑模观测器得到局部模型变量;其次,利用局部模型在一个控制周期内计算出所有电压矢量对应的电流预测误差;最后,采用估计的电流预测误差在线修正预测模型,保证在参数扰动时的预测电流精度。仿真结果证明,相比于传统的MPC,所提出的方法几乎不再受模型参数的影响,在确保控制性能的前提下有效地提高参数鲁棒性。

基于滑模扰动观测器的永磁同步电机模型预测电流控制

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)单矢量模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)中,存在电流具有较大波动、稳态性能较差、依赖模型参数且抗扰能力不足的问题。针对这些问题,研究了双矢量模型预测电流控制(TV-MPCC)算法,该算法在一个采样周期内进行2次电压矢量选择。同时,设计了一种基于改进趋近率(SMRL)的滑模扰动观测器(SMO),滑模增益采用分段式函数来实现。通过仿真实验,验证了所提出的TV-MPCC算法和SMO的有效性。与传统的MPCC相比,TV-MPCC可以显著降低电流的波动,并提高系统的鲁棒性。同时,SMO的引入使得系统能够更好地观测和补偿扰动,进一步提高了系统的稳态性能。本研究表明,双矢量模型预测电流控制结合滑模扰动观测器的方法在提高PMSM的鲁棒性能方面具有较好的效果。

基于反电动势的地铁牵引电机电流传感器故障检测与容错控制

针对地铁列车牵引系统电流传感器发生故障时给列车运行带来重大安全风险这一问题,提出了一种新型的故障监测与容错控制算法。首先,利用三相异步电机的静态数学模型结合转子磁链与反电动势的特定关系设计了电流滑模观测器。然后,将电流传感器的测量值与滑模观测器中的估计值进行比对并生成电流残差,通过修正的Bayes分类算法对电流传感器工作状态进行实时监测与定位。当故障发生时用观测器中的电流重构值代替故障值参与系统的控制。最后,利用仿真平台MATLAB/Simulink对其有效性进行验证并与另外3种典型的控制算法进行对比分析。研究结果表明,方案具有较高的精度和较强的鲁棒性,在对三相电流重构方面优于对比方案,其系统综合误差减小了24.2%,具有更好的控制效果。

基于改进Super-Twisting算法和电流预测的PMSM调速控制

针对永磁同步电机传统PI控制器存在响应速度慢、控制精度低、鲁棒性差等问题,该文提出一种改进调速控制方案。首先,将全局快速积分型终端滑模理论与广义Super-Twisting算法相结合,基于Anti-Windup原理设计改进广义Super-Twisting积分终端滑模速度控制器,并采用新型分段指数函数优化控制律;其次,设计改进扩展扰动观测器对系统未知扰动进行前馈补偿;最后,在电流环引入无差拍电流预测控制器,进一步改善系统的动态响应。仿真结果表明,所提出的改进控制方案能够有效提高调速系统的动态控制性能、控制精度和鲁棒性。

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开关管和电流传感器故障诊断

为提高中点钳位型三电平(3L-NPC)并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性,针对其开关管开路故障和电流传感器故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法。该方法首先针对3L-NPC并网逆变器,设计一种收敛速度快且能显著抑制抖振的自适应滑模观测器来精确估计正常状态下的三相电流值;其次,利用实际电流和估计电流设计了故障检测变量;同时,利用实际三相电流之和以及估计三相电流之和来区分开关管故障和电流传感器故障;在此基础上,构造开关管故障定位变量和电流传感器故障识别变量,实现开关管开路故障的准确定位以及电流传感器故障类型的快速识别。实验结果验证了该文所提诊断算法的有效性和鲁棒性。

基于电流约束的永磁同步电机非串级控制

针对永磁同步电机非串级结构下的控制器存在不匹配干扰和过流保护的问题,设计了基于电流约束的滑模控制器。采用线性干扰观测器来对不匹配干扰进行观测和补偿,解决常规的滑模控制器对不匹配干扰难以抑制的问题;采用电流惩罚项来对电流进行约束,解决永磁同步电机因过大的电流而威胁到电路安全的问题。仿真实验结果表明,该控制器可以有效地抑制不匹配干扰,使电机受到外部负载干扰后转速快速恢复到目标转速,有效地对电流进行约束,使电流不超过安全阈值。

基于新型双滑模结构的永磁同步电机控制策略

针对传统永磁同步电机无感矢量控制系统中存在转速超调、强抖振以及鲁棒性差等问题,在位置环提出了一种以边界层可变的分段函数作为切换函数的新型全阶滑模观测器(NFSMO)并引入模糊控制模块实现对新切换函数边界层的自适应调节,使系统的高频抖振问题得到有效削弱以及提高了转子位置的观测精度;在速度环提出了一种新型趋近律与改进型扩展状态观测器(IESO)相组合的新型速度滑模抗扰动控制器(NSMDC),结合最大转矩电流比(MTPA)拟合模块能够有效降低扰动误差对系统造成的影响,提高系统的稳态性能。仿真结果表明:与传统方法相比,新型双滑模控制方法不仅能够有效改善系统的滑模抖振,且具有更优的抗干扰性和稳定性。

永磁同步电机调速系统鲁棒电流预测控制

为了增强永磁同步电机调速系统电流预测控制的鲁棒性,提高调速性能,提出了一种永磁同步电机非线性电流预测鲁棒控制策略。首先,将含扰动误差项的永磁同步电机非线性数学模型利用前向欧拉公式转换为离散数学模型,在此基础上利用复合积分终端滑模观测器估计非线性模型的未知扰动项,并通过最优控制理论完成预测电流最优控制作用转化,构建模型预测电流控制环路;再结合预估器及自适应控制思想,对环路输入输出辨识校正,提高延迟补偿的精确性,从而达到增强系统鲁棒性和快速跟踪性的目的;最后,通过仿真与半实物实验验证了控制策略的有效性。

基于自适应滑模观测器的新能源汽车驱动系统电流传感器微小故障诊断

为及时准确地检测出新能源汽车永磁同步电机驱动系统电流传感器微小故障,该文提出一种基于自适应滑模观测器的微小故障诊断方法。该方法首先构建含有电流传感器微小故障的驱动系统混合逻辑动态模型,其次利用状态增广和非奇异坐标变换对电流传感器微小故障进行故障重构,然后设计收敛速度快且能够抑制高频抖振的自适应滑模观测器以精确估计系统重构状态,最后采用系统重构状态实际值与观测值残差作为检测变量并利用范数设计自适应阈值。该文提出的方法不仅能诊断微小故障和显著故障,而且可以检测从微小故障演变为显著故障乃至失灵的整个过程,准确性高、鲁棒性强。实验结果验证了所提诊断方法的准确性和鲁棒性。