一种用于异步电机无速度传感器控制的自适应滑模观测器

针对异步电机无速度传感器中存在的对参数变化鲁棒性差的问题,研究了一种基于自适应滑模观测器的异步电机无速度传感器的矢量控制方案。自适应滑模观测器根据电机静止坐标系下的数学模型构造了转子磁链观测器,定子电流观测值与实际值的误差构成观测器的滑模面,在滑模运动下该观测器的观测值最终趋近于实际值,从而实现转子磁链的估计。电机转速由自适应方法估算得到,滑模观测器的稳定性可由李雅普诺夫稳定性证明。与其他方案相比,该方法的优点在于实现简单,对参数变化具有鲁棒性。仿真和实验对控制方案的正确性和可行性给出了验证,该观测器可以实现对转子磁链和转速的观测,且在负载扰动和给定转速变化的情况下该滑模观测器具有鲁棒性。     

一种无速度传感器感应电机鲁棒滑模控制策略

设计了一种在同步旋转坐标系下的无速度传感器感应电机滑模速度和磁通控制方案,并设计了一种收敛速率可调的闭环滑模磁通观测器。Lyapunov稳定性理论推导和仿真结果均证明了该控制策略和磁通观测器对参数摄动和不确定因素有很强的鲁棒性。为了削弱变结构控制中的抖振现象,采用饱和函数来代替符号函数。在转速观测器中加入在线估计负载转矩环节,使得转速观测器对负载转矩变化具有良好的鲁棒性。在电机参数和负载发生剧烈变化的情况下,分别利用该控制策略和精确反馈线性化控制方法进行了对比仿真。仿真结果验证了该控制策略与观测器的有效性。     

基于滑模观测器的感应电机无速度传感器直接转矩控制

提出了一种定子磁链滑模观测器,该观测器以定子电流和磁链作为状态变量,利用电流观测误差对定子磁链观测值进行校正,采用李雅普诺夫理论证明了观测器是渐近收敛的。设计了基于定子磁链滑模观测器的感应电机无速度传感器的直接转矩控制系统,将磁链估计值用于对转速进行实时估计。实验结果表明,采用滑模观测器的感应电机无速度传感器直接转矩控制系统,具有转矩动态响应快,转速控制精度高和调速范围宽的特点。     

基于自适应滑模观测器的感应电动机直接转矩控制

将滑模变结构控制方法应用于感应电动机直接转矩控制系统,介绍了一种自适应滑模状态观测器.以定子电流和转子磁链为状态变量,利用定子电流的测量值与观测值的误差构成滑模面,设计滑模观测器,对转子磁链进行估计.采用李雅普诺夫稳定性理论证明了观测器是渐近稳定的,导出了转速自适应律.将转速观测值用于感应电动机的无速度传感器直接转矩控制系统,实验结果表明驱动系统具有优良的动、静态控制性能.     

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EI北大核心CSCD

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。     

基于无源性的双馈感应风力发电系统自适应滑模控制方法

根据交流励磁变速恒频(VSCF)风力发电系统的运行原理,从能量平衡关系出发,利用非线性控制理论,提出了双馈感应风力发电机无源性滑模控制方法。基于双馈感应电机Euler-Lagrange系统模型,设计本质上是非线性反馈的无源性滑模控制策略,实现负载转矩时变未知情形下磁链、转速的渐近跟踪控制。针对实际运行时风力发电系统参数具有不确定性的问题,将无源性滑模控制方法与自适应策略相结合,不仅可实现电机参数摄动时期望电流轨迹的准确跟踪,并可有效抑制由定、转子电阻变化引起的跟踪误差。该方法从能量角度分析风力发电控制系统,确定不必抵消的"无功力",设计全局定义的控制律,具有形式简单、无奇异点、鲁棒性好的特点。基于dSPACE的实验结果证明了该控制策略的有效性。     

永磁同步电机磁链修正无位置传感器控制

表贴式永磁同步电机转速可以由电机反电势和磁链的比值进行估算,而永磁同步电机在运行时,永磁体磁链会因为交叉耦合和饱和效应而非线性实时变化,直接影响无位置传感器控制中电机转速和位置的估算.本文提出了一种磁链误差滑模观测器,通过重写定子磁链方程构建磁链误差观测器,由观测的磁链误差对永磁体磁链初值进行在线修正,利用修正得到的磁链值和反电势估算电机转速.该方法可以有效消除由于磁链扰动以及磁链初值精度不足而导致的转速及位置估算误差,提高永磁同步电机无位置传感器控制的转速和位置估算精度及抗干扰能力.仿真和实验验证了方法的正确性和有效性.     

永磁同步电机新型转子磁链滑模观测器

针对传统永磁同步电机反电势滑模观测器转子位置估计存在的信号抖振和相位滞后问题,提出一种以电机定子电流与转子磁链为状态变量的四阶新型转子磁链滑模观测器.首先,以电机定子电流与转子磁链为状态变量构建四阶状态方程,选取定子电流观测误差为滑模面构建转子磁链滑模观测器.其次,设计一种新型锁相环对转子位置和转速进行进一步估算,避免引入反正切函数和微分运算带来的位置估算不精确问题.实验结果验证了新型滑模观测器在位置估算精度和抖振抑制方面的优势.     

严重不平衡负载下盘式对转永磁同步电机的双转子直接转矩控制研究

采用滑模速度控制器的动态主从控制法对盘式对转永磁同步电机进行控制时,其控制性能存在两个问题:①负载突变量较大时转子鲁棒性较差;②严重不平衡负载下从转子存在较大的转速脉动。针对以上问题,该文提出了双转子直接转矩控制与负载转矩补偿相结合的控制策略。该策略对两转子进行直接转矩控制,同时采用负载转矩观测器对两转子的负载转矩进行观测并前馈补偿于控制系统中。实验结果表明,与采用滑模速度控制器的动态主从控制法相比,该文提出的方法提高了转子负载突变量较大时系统的鲁棒性,且在严重不平衡负载状态下,该电机的两转子能在基本无脉动的条件下同步跟随给定转速。     

具有效率优化计算的异步电动机自抗扰与滑模直接转矩控制

为了克服异步电动机直接转矩控制中转矩和电流脉动大等缺点,设计改进的自抗扰速度控制器取代传统的比例积分(PI)控制器。根据异步电动机的数学模型以及滑模变结构控制理论设计了一种基于转矩误差和磁链平方误差的新型滑模控制器。考虑电机运行过程中负载转矩未知问题,设计了一种基于Super-twisting算法的负载转矩观测器。Super-twisting定子磁链观测器的应用提高了观测精确度。通过效率优化计算得出稳态时最优定子磁链,并将其引入调速系统。仿真试验结果表明,该控制策略有效地减小了转矩和电流脉动,并且对外部扰动具有较强抑制作用,同时能够降低电机运行损耗,具有良好的动态和稳态性能。     

Robust sliding mode control and flux observer for induction motor using singular perturbation

This paper proposes a sequential methodology for designing a robust adaptive sliding mode observer for an induction motor drive using a two-time-scale approach. This approach is based on the singular perturbation theory. The two-time-scale decomposition of the original system of the observer error dynamics into separate slow and fast subsystems permits a simple design and sequential determination of the observer gains. In the proposed method, the stator currents and rotor flux are observed on the stationary reference frame using the sliding mode concept. The control algorithm is based on the indirect field oriented sliding mode control with an on-line adaptation of the rotor resistance to keep the machine field oriented. The control–observer scheme seeks to provide an asymptotic tracking of speed and rotor flux in spite of the presence of an uncertain load torque and an unknown value of rotor resistance. The validity for practical implementation has been verified through computer simulations.     

感应电机滑模观测器矢量控制系统研究

研究了一种基于滑模观测器的感应电机无速度传感器矢量控制技术。根据感应电机两相α-β静止坐标系下数学模型的特点,设计了一种电流型滑模观测器。利用李亚普诺夫稳定定理,分析和证明了此观测器的稳定性,并在此观测器的基础上,根据等效控制的概念,估算了电机转子磁链和转速。仿真结果表明,基于滑模观测器的感应电机无速度传感器矢量控制技术对于电机启动和突加负载转矩时均能呈现很好的调速性能。     

Adaptive sliding mode observer for induction motor using two-time-scale approach

This paper presents an original method for the design of a robust adaptive sliding mode current and flux observer for induction motor drive using two-time-scale approach. This approach, based on the singular perturbation theory, decomposes the original system of the observer error dynamics into separate slow and fast subsystems of lower dimensions and permits a simple design and sequential determination of the observer gains. For the proposed observer, the rotor speed signal is assumed to be available. The stator currents and rotor flux are observed on the stationary reference frame using sliding mode concept, and the adaptive rotor time-constant is derived from Lyapunov stability theory using measured and estimated currents and estimated rotor flux. The control algorithm is based on the indirect field-oriented sliding mode control to keep the machine field oriented. The control-observer scheme seeks to provide asymptotic tracking of speed and rotor flux in spite of the presence of an uncertain load torque and unknown value of the rotor resistance. The effectiveness of this control algorithm has been successfully verified through computer simulations.     

新型异步电动机滑模变结构速度观测器的研究

提出了一种新型异步电动机滑模变结构速度观测器,利用定子电流计算值与实际值的偏差来计算电动机的转速.该观测器由转子磁链观测、定子电流计算和滑模控制器3部分组成,其中转子磁链观测部分采用改进的电压模型,有效解决了传统电压模型固有的直流偏置误差和初始值积分误差问题,实现磁链的准确观测.最后,结合异步电动机无速度传感器的矢量控...     

基于SMC的异步电机全阶磁链观测器研究

针对异步电机无速度传感器控制系统,提出了一种基于滑模控制(SMC)的改进型异步电机全阶磁链观测器方法。该方法利用全阶磁链观测器来辨识转速和估计转子磁链,并设计出滑模转速控制器来代替传统PI转速控制器,不仅能减小低中高速时系统转速动态响应的超调量,还能缩短进入稳态值的时间,增强系统的鲁棒性。仿真结果表明该算法的有效性。     

基于滑模观测器估计误差反馈的永磁同步电机转速控制策略

针对高精度伺服调速系统的永磁同步电机(PMSM)响应速度慢、转速跟踪性能差和转矩脉动大等问题,提出一种基于滑模观测器(SMO)估计误差反馈的永磁同步电机转速控制策略。首先,在永磁同步电机矢量控制基础上设计以滑模观测器转速估计误差实时分配转速PI控制和滑模控制(SMC)的复合控制策略; 其次,利用滑模观测器转速、转角估计误差设计转角速度补偿调节器对转速实时补偿,由此进行误差的转速补偿控制。最后,结果表明基于滑模观测器估计误差反馈的永磁同步电机转速控制策略相较于PI控制和滑模控制具有较小的超调量、良好的平稳性和较强的抗扰能力等优点     

基于负载转矩滑模观测的永磁同步电机滑模控制

为了减小负载转矩扰动对永磁同步电机(permanentmagnet synchronous motor,PMSM)控制系统的影响,提高系统抗扰能力,提出一种以转速和负载转矩为观测对象的扩展滑模观测器,以实际转速与观测转速之差构成滑模面,负载转矩观测结果由负载转矩实际值和经过滤波后的抖振信号组成,当滑模运动发生后转矩观测误差渐进收敛到零。设计了基于指数趋近律的PMSM滑模控制(sliding-modevariable structure control,SMC)系统,将观测的负载转矩进行前馈补偿,以克服负载时变对控制性能的影响。实验结果表明,该观测器可准确地观测负载转矩,采用的前馈补偿方案对系统负载扰动有较强的鲁棒性,并且SMC固有抖振现象得到了有效抑制。     

基于滑模观测器的PMSM变结构直接转矩控制

本文设计了一种新型控制系统,该控制系统由滑模观测器、基于Super-twisting算法的二阶滑模速度、磁链和转矩控制器组成。利用给定电流和实际电流间的误差来设计滑模观测器(SMO),通过反正切函数对转子位置进行估计。本文通过Matlab软件建立三相永磁同步电机矢量控制模型,将无传感器控制及二阶滑模控制模型引入进行仿真验证,电机的速度及转矩波形更加稳定,转子位置可以得到有效观测。结果表明此控制系统较传统控制系统得出的效果更加优越。     

感应电机全阶状态观测器及其无源性转速控制

为了实现感应电机的高动态调速性能,针对电机的非线性本质,提出了一种基于全阶状态观测器及其转速自适应估算的感应电机无源性转速控制方案。在基于感应电机无源性与稳定性分析的基础上,设计了渐近稳定转矩跟踪无源性控制器。针对无源控制律所需转子电流难以观测的问题,提出了一种旋转坐标系下以转子电流和转子磁链为状态变量的全阶状态观测器,并应用该观测器对转速进行估算,实现了感应电机无速度传感器的无源性转速控制。仿真结果表明该控制方法易于实现,采用全阶观测器观测转子电流值和估算转速值更为准确,显著提高了感应电机的动静态性能。