一种用于异步电机矢量控制的新型滑模转子磁链观测器研究

针对异步电机矢量控制需要实现定、转子电路解耦的一个关键问题是准确地观测转子磁链.提出了一种以异步电机在两相同步旋转坐标系下的定子电流和转子磁链为状态变量的基于滑模变结构思想的转子磁链观测器,对滑模变结构输入控制信号的设计使得滑模运动速度与轨迹和滑模面的距离相关联,并利用李亚普诺夫理论证明了算法的收敛性.通过仿真表明,该方法具有较高的转子磁链观测准确度,对转子电阻的变化具有很强的鲁棒性,能够改善异步电机矢量控制调速系统的动静态性能.     

感应电机转矩跟踪无源控制及自适应观测器设计

针对感应电机高性能转矩跟踪控制和磁链难以直接测量问题,提出了基于无源性的转矩跟踪和自适应磁链观测器控制方案.首先基于感应电机的无源性特性设计了渐近稳定转矩跟踪控制器,重新配置了系统的平衡点,通过注入阻尼提高系统的收敛速度.然后通过将定子电流和转子磁链作为状态变量构建了自适应磁链观测器,简化了观测器结构,根据Lyapunov稳定性理论设计了自适应控制律,实现转子磁链、转速和定子电阻的在线估计.为减小转速估计误差对观测器的影响,给出了观测器增益矩阵的选择方法.仿真结果表明本文所提出的基于自适应观测器的无源控制方案能够有效提高感应电机的动静态性能.     

电压控制性异步电动机无速度传感器的矢量控制方法

本文以转子磁链ｑ轴分量控制器的输出作为电机转速估计值,实现了一种无速度传感器的矢量该控制方式具有解耦条件对转子电阻的变化保持不变的特点,计算机仿真与系统实验结果验证了所述方法的可行性。     

基于MRAS的感应电动机无速度传感器控制方法

针对传统的感应电动机转速辨识算法只对电动机转速进行辨识,而没有考虑定子电阻的变化对电动机转速辨识所带来影响的问题,提出了一种改进的基于MARS的感应电动机无速度传感器控制方法。该方法采用电压模型的输出作为转子磁链、定子电阻的期望值,电流模型的输出作为转子磁链、定子电阻的推算值,根据MARS理论,以电压模型作为参考模型、电流模型作为自适应可调模型,进行电动机转速、定子电阻的辨识。仿真结果表明,该方法能够同时辨识电动机转速和定子电阻,有效消除了定子电阻发生变化对电动机转速辨识带来的影响,提高了感应电动机控制系统的低速辨识性能。     

间接矢量控制中的转子电阻辨识方法研究

针对感应电机的间接磁场定向控制系统中转子电阻在低速时大范围变化造成定子电流和电磁转矩脉动严重的问题,依据模型参考自适应理论和瞬时无功功率理论,提出一种基于无功功率参考模型的转子电阻在线辨识方法。辨识模型不依赖于感应电机的定子电阻,对定转子电感和转速的变化鲁棒性好,准确观测转子磁链角,使得定子电流和电磁转矩的脉动减小。将该辨识算法应用于电动轮自卸车调速系统实验平台的感应电机转子电阻辨识,仿真结果表明,较未辨识转子电阻时系统性能得到了较明显改善,转子电阻辨识能够快速收敛于实际值,响应速度快,且对定转子电感的动态变化不敏感,能有效降低转子磁链观测误差,抑制定子电流和转矩脉动,在低速时控制性能提升显著,验证了辨识算法的正确性及其工程实用价值。     

基于中立型系统理论的感应电机高精度磁链观测器研究

针对感应电机交流传动控制系统磁链观测模型不精确, 忽略控制中的延时问题, 转子磁链观测一般具有观测精度不高、易受电机参数变化影响等问题, 运用中立型理论, 建立中立型感应电机观测模型, 提出一种基于中立型的转子磁链观测方法, 设计了中立型转子磁链观测器.该磁链观测器具有观测精度高、受电机参数变化影响小、鲁棒性好的优点, 通过建立精确的观测模型, 解决控制中延时问题对磁链观测精度的影响.对感应电机中立型磁链观测模型进行了稳定性分析.仿真和实验结果证明了所设计中立型转子磁链观测器的可行性和有效性.     

异步电机反馈线性化二阶滑模定子磁链观测器设计

为了提高异步电机定子磁链的观测精度,提出了基于反馈线性化的二阶滑模磁链观测方法,设计了定子磁链观测器,并应用到异步电机直接转矩控制中.为更准确的观测磁链,选取转子磁链为系统输出,运用微分几何理论将异步电机系统的输入/输出线性化,得到以转子磁链为输出的异步电机反馈线性化模型.在此基础上设计基于Super-twisting算法的二阶滑模转子磁链观测器,实现对转子磁链的准确估算,并对所设计的观测器进行稳定性分析.然后再利用转子磁链与定子磁链的关系,估算出定子磁链.将该观测器用于异步电机直接转矩控制中,达到了很好的控制效果.仿真与实验结果验证了该方法的可行性和有效性.     

基于模糊逻辑的定子电阻辨识及仿真分析

针对感应电机定子电阻在电机运转过程中会发生非线性动态变化,进而影响矢量控制系统的动态性能和稳定性问题,为改善无速度传感器控制系统的调速性能,分析了基于MRAS的转子磁链和速度估算原理,提出了一种以转子磁链和定子电流矢量作为输入,以定子电阻的变化量作为输出,基于模糊逻辑的感应电机定子电阻在线辨识的方法;在仿真环境下对增加定子电阻辨识后的转速波形进行了对比,对定子电阻突变到原来值两倍时的辨识效果进行了仿真,实验结果表明这种方案结构简单,可靠性高,计算复杂度低,对定子电阻的变化具有明显的辨识能力,能显著改善控制系统的调速性能.     

感应电机高阶终端滑模磁链观测器的研究

提出了基于高阶非奇异终端滑模的感应电机转子磁链观测方法,用于实现感应电机的按转子磁链定向控制. 设计了非奇异终端滑模面及观测器的控制策略,利用所设计的控制策略推导出电机转子磁链信息. 为了抑制常规滑模存在的抖振现象,设计了定子电流观测器的高阶滑模控制律,可将控制信号直接用于电机转子磁链的估计. 较常规滑模观测器,所提方法具有较高的观测精度,并对电机参数变化具有良好的鲁棒性.仿真结果验证了方法的有效性.     

基于MRAS异步电机转子电阻辨识

在异步电机的矢量控制系统中,转子电阻的变化严重影响着磁链的估算,制约着整个控制系统的运行性能.实时地对转子电阻进行辨识,成为提高整个系统性能的保证.基于模型参考自适应理论,提出一种新的转子电阻辨识算法,利用李雅普洛夫方法证明系统的稳定性.仿真结果表明:该估算算法能准确地辨识转子电阻,并且具有一定的鲁棒性.     

一种改进磁链计算模型分析

准确获取异步电动机转子磁链信号在高性能电机控制系统中具有十分重要的意义。介绍了常用转子磁链计算的电压和电流模型,针对各自存在的部分问题,提出了一种基于磁链计算方程进行组合的改进计算模型。在此基础上,根据矢量控制理论,采用Matlab／Simulink软件设计了异步电机矢量控制系统。仿真结果表明了该理论的正确性和可行性。     

基于新型转子磁链辨识方法的多电机系统同步控制

磁链观测是多电机闭环控制系统性能的重要环节,而电机参数的变动通常使磁链观测的精度难以满足要求.针对3台异步电机和3台逆变器组成的三电机同步系统,提出了局部模型网络磁链辨识方法.将电机参数变化当作干扰项来处理,解决了因电机参数变动影响磁链准确观测的难题.在此基础上,采用神经网络逆构建由速度、磁链、张力子系统组成的伪线性复合系统,实现了三电机同步系统中速度、磁链和张力的解耦.分别对各子系统设计线性闭环控制器,实现了三电机系统的同步控制.仿真结果验证了磁链辨识的准确性和控制系统良好的动静态性能.     

A new nonlinear multivariable control strategy of induction motors

A new real-time control strategy for induction motors is introduced. This paper shows that rotor speed and rotor flux magnitude reference tracking of an induction machine can be originally obtained. The proposed control law is based on two points: an open-loop reference control which allows to obtain perfect tracking since outputs are planned and on a closed-loop strategy based on PI controllers for the stabilization around the desired trajectories. This innovative structure ensures rotor speed and rotor fluxes tracking despite uncertainties on rotor resistance and load torque variations. Simulation and experimental results, including an estimation of the rotor flux norm, are given to illustrate the originality and effectiveness of this control law.     

A new non‐linear sliding‐mode torque and flux control method for an induction machine incorporating a sliding‐mode flux observer

In this paper a novel sliding‐mode control algorithm, based on the differential geometry state‐co‐ordinates transformation method, is proposed to control motor torque directly. Non‐linear feedback linearization theory is employed to decouple the control of rotor flux magnitude and motor torque. The advantages of this method are: (1) The rotor flux and the generated torque can be accurately controlled. (2) Robustness with respect to matched and mismatched uncertainties is obtained. Additionally, a varying continuous control term is proposed. As a result, chattering is eliminated without sacrificing robustness and precision. The control strategy is based on all motor states being available. In practice the rotor fluxes are not usually measurable, and a sliding‐mode observer is derived to estimate the rotor flux. The observer is designed to possess invariant dynamic modes which can be assigned independently to achieve the desired performance. Furthermore, it can be shown that the observer is robust against model uncertainties and measurement noise. Simulation and practical results are presented to confirm the characteristics of the proposed control law and rotor flux observer. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

无速度传感器直接转矩控制系统仿真研究

在直接转矩控制系统中,采用传统的纯积分器(U-I模型)作为磁链观测器存在低速时定子磁链难以准确观测的问题,采用速度传感器测量转速存在增加系统的复杂性、降低系统可靠性和鲁棒性并增加系统成本和维护要求的问题。文章提出了利用闭环磁链观测器取代传统的纯积分器来观测定子磁链、依据模型参考自适应理论(MRAS)构造速度观测器来实现速度估计的方法。应用该方法,在Matlab仿真工具中构建了异步电动机无速度传感器直接转矩控制系统的仿真模型,仿真结果证明了该方法的合理性和有效性。     

Robust output feedback learning control for induction motor servo drives

This paper addresses the output feedback tracking control problem for induction motor servo drives with mechanical uncertainties: rotor angle, rotor speed and stator currents are assumed to be available for feedback. A robust adaptive learning control is designed under the assumption that the reference profile for the rotor angle is periodic with known period: it ‘learns’ the periodic disturbance signal by identifying the Fourier coefficients of any truncated approximation; ??₂ and ??_∞ transient performances are guaranteed in the ‘learning phase’. It is shown that, for any motor initial condition belonging to an arbitrary given compact set, by properly setting the control parameters: (i) the rotor position and flux modulus tracking errors exponentially converge to residual sets, which may be arbitrarily reduced by increasing the number of terms in the truncated Fourier series; (ii) when the unknown periodic disturbance can be represented by a finite Fourier series, the rotor position and flux modulus tracking errors exponentially converge to zero. As in field oriented‐control, the control algorithm generates references for the magnetizing flux component and for the torque component of the stator current leading to significant simplifications for current‐fed motors. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于转子磁链定向d-q坐标的异步电机控制系统仿真

为了解决异步电机在调速过程中强耦合性的问题,实现定子电流转换成在d-q坐标系下的转子磁链,并保证其同步,通过矢量算法建立磁链电流模型,计算出电动机转子磁链Ψ,,并且在磁链闭环控制下保持不变.根据转差率间接求解方法实现了速度闭环控制,保证了系统在复杂环境下稳定运行.