直接转矩控制永磁同步发电机相位自校正型定子磁链观测器

直接转矩控制永磁同步发电具有电磁转矩和直流电压输出动态响应快等优点,但这些优点的实现需要准确的定子磁链。实际发电机参数在一定范围内随工作点变化而变化,这就要求定子磁链观测器对这些参数变化具有很强的鲁棒抑制特性。该文提出一种新型定子磁链观测器,该观测器借助有效磁链概念计算出转子磁极位置角观测值,基于此将定子磁链电压模型和电流模型联系起来,无需转子速度信息;为了进一步降低观测的定子磁链相位误差,将观测的定子电流矢量与实际定子电流矢量乘积结果送给PI调节器,利用PI输出值对转子位置角观测值进行校正。实验结果表明,采用该文提出的定子磁链观测器在无需转子速度及参数辨识情况下,对电机参数变化及模拟量采样误差具有很强的鲁棒抑制特性,可以获得准确的磁链观测值,实现电磁转矩和直流发电电压的快速而平稳控制。     

效率最优的感应电机无差拍直接转矩控制

提出了一种感应电机无差拍直接转矩控制系统的效率最优控制方法.在定子磁链定向坐标系中,以定子磁链和转子磁链为状态变量,导出了空间矢量无差拍直接转矩控制的电压控制律.分析了电机损耗与转矩、转速和定子磁链之间的关系,给出了电机稳态运行时效率最优的定子磁链幅值计算公式,实现了感应电机无差拍直接转矩控制变频调速系统的效率最优控制.实验结果表明,给出的优化控制策略,在保持无差拍直接转矩控制快速动态响应特性的同时,电机轻载运行效率得到显著提高.     

考虑磁场饱和效应的电励磁同步电机矢量控制

电励磁同步电机矢量控制系统中电压模型磁链观测器受初始定子磁链值以及电压和电流测量值的影响,采用电流模型对其进行修正可提高磁链观测器的精度。随着负载电流的增大,电机的磁路会进入饱和状态,传统线性电流模型磁链观测器误差较大,通过引入d轴饱和指数可准确描述磁场饱和状态下电机定子磁链随电流的变化规律。同步电机矢量控制实验验证了电压-电流混合磁链观测器的准确性以及饱和磁场控制的有效性。     

超高速低载频比下永磁同步电机无差拍电流控制

基于数字控制的超高速电机驱动系统具有运行速域宽、载频比低的特性，采用传统无差拍控制已不能保证其电流环在高速区域的控制性能及稳定性。针对上述问题，通过在Z域构建超高速电机电流环复矢量等效模型，分析了低载频比下等效延迟项对无差拍控制系统稳定性的影响；推导了无差拍控制近似离散模型误差及参数失配误差解析式并对其定量分析。提出一种适用于超高速电机低载频比运行的改进型方法：一方面采用基于离散滑模观测器的电压前馈补偿方案，有效加强了系统抗模型误差和参数扰动的鲁棒性；另一方面将观测器控制函数与扰动量引入电流预测模型，并对时间延迟附加项修正补偿，有效消除了系统延迟的综合影响。最后，仿真和实验验证所提理论及方法的正确性。     

基于改进磁链观测器的感应电机转速辨识

感应电机电压模型转子磁链观测器由于其算法简单而得到广泛应用,但低速时由于定子电阻压降明显使得测量误差严重影响观测精度,纯积分的应用还存在直流偏置和初始值问题。本文提出了一种改进电压模型转子磁链观测器,引入定子磁链的电流模型和电压模型之间的误差对定子感应电动势进行补偿,理想积分环节采用新型改进低通滤波器代替,再由定子磁链的电压模型推导出转子磁链的电压模型。在此基础上,通过得到的转子磁链对感应电机的转速进行辨识。仿真和实验表明新算法改善了转速辨识的动静态性能,尤其改善了低速时的转速辨识性能。     

计及逆变器电压输出限制的感应电机无差拍直接转矩控制

提出一种新的感应电机无差拍直接转矩控制方法。基于感应电机的离散化模型,在定子磁场定向坐标系中,以定子和转子磁链为状态变量,导出了空间矢量无差拍直接转矩控制的电压控制律。采用一种图形化的分析方法,直观地揭示了无差拍直接转矩控制电压矢量解的物理意义。研究了在电压源逆变器输出电压受限条件下,无差拍直接转矩控制的设计与实现问题。针对电机的不同运行工况要求,给出了3种可选的电压矢量解的实现方案。在理论分析的基础上,对控制算法进行了仿真和实验测试,结果表明调速系统的转矩和磁链动态响应快,控制性能优良。     

基于无差拍的永磁同步电动机直接转矩控制方法研究

结合空间矢量调制和直接转矩控制的优点,提出一种基于无差拍的永磁同步电动机直接转矩控制方法。分析了传统的PWM占空比,对采样、更新时序策略存在的延时进行改进,基于永磁同步电动机的数学模型,在定子磁场dq坐标系中,以电机角速度的采样值以及经计算得到的定子、转子磁链为状态变量,引入扩张状态观测器进行变量观测,在分析磁链和转矩与电压存在的关系基础上,导出了空间矢量无差拍直接转矩控制的电压控制律。在理论分析的基础上,对控制算法进行了仿真实验,仿真结果表明系统的转矩和磁链动态响应快,相对于传统的永磁同步电动机直接转矩控制方法,该方法能够明显减小磁链与转矩脉动,具有良好的控制性能。     

一种基于混合型磁链观测器的异步电机直接转矩控制

由于异步电机定子电阻压降的存在,传统6扇区直接转矩控制所选电压矢量在扇区交界处可能失效,通过采用12扇区切换方法有效提高了控制的可靠性。针对电压模型和电流模型定子磁链观测器各自的特点,提出了一种适用于高采样频率的新型电压和电流混合模型观测器,建立了定子磁链观测值与真实值的频率响应方程。在电机参数变化情况下,从频率响应特性和仿真两个方面对比分析了三种磁链观测器的性能。最后通过试验证明了所提出观测器的有效性。     

感应电机直接转矩控制系统的新型滑模定子磁链观测器

为提高定子磁链的估计精度,改善直接转矩控制驱动系统的性能,提出了一种新型定子磁链滑模观测器。采用Lyapunov稳定性理论证明了观测器是稳定的。该观测器的实现无需电压信息,对电机参数变化具有强鲁棒性,即使在电机低速运行区依然能够提供精确的磁链估计值。仿真结果验证了基于该观测器的感应电机直接转矩控制系统具有优良性能。     

面装式永磁同步电机无差拍直接转矩控制

为解决永磁同步电机传统直接转矩控制脉动大、开关频率不恒定,以及现有永磁同步电机无差拍直接转矩控制计算复杂、电压矢量解不唯一的问题,在电压源逆变器受限的情况下,针对表贴式永磁同步电机提出了一种简化无差拍直接转矩控制,计算出的电压矢量由空间电压矢量脉宽调制方法实现,保证逆变器开关频率恒定,该方法计算简单,无需计算二次方程。考虑到控制系统的延时,对电流进行预测计算,同时为提高定子磁链和电磁转矩的计算精度,设计采用观测器方法对定子磁链观测。仿真和实验结果表明,永磁同步电机的转矩和磁链脉动明显减小,动态性能好。     

Luenberger-type cubic observers for state estimation of linear systems

This article introduces a new nonlinear observer for state estimation of linear time invariant systems. The proposed observer contains a (nonlinear) cubic term to enhance observer response. Unlike previously proposed observers, the cubic observer has nonlinear estimation error dynamics. Convergence criteria, performance advantages, and observer-based feedback control with cubic observers are addressed. Simulation examples demonstrating performance improvement compared with linear observers, are included.     

基于状态观测器的电力系统阻尼控制

研究了基于状态观测器的电力系统阻尼控制器设计方法.建立了包含4阶发电机模型和3阶励磁系统模型的多机电力系统线性化状态方程,并计算出其矩阵A的特征值和系统阻尼比.通过观察系统的阻尼强弱,根据所要求配置的极点,采用全维和降维状态观测器方法,求出观测器增益和系统反馈增益进行反馈控制.该方法的优点在于不需要测量系统的所有状态变量.在4机2区算例中,求出2种观测器的综合闭环系统的零输入响应,通过比较估测值与实际值的变化情况,验证了该方法改善电力系统阻尼特性的有效性.     

Distributed data-driven observer for linear time invariant systems

This paper is concerned with distributed data-driven observer design problem. The existing data-driven observers rely on a common assumption that all the information about the system, and the calculations based upon this information are centralized. Therefore the resulting algorithms cannot be applied to the distributed systems in which each local observer receives only a part of the output signal. On the other hand, traditional model-based distributed state estimation methods generally assume that the processes are decomposed according to the known process models, while in data-driven approaches there is no such information available. The main goal of this paper is to extend the centralized data-driven observer design approach to the distributed framework. The stability of the proposed data-driven distributed observer is also proved analytically. A quadruple-tank process is simulated to demonstrate the performance of the proposed scheme.     

关于异步电机直接力矩控制的研究

直接力矩控制是交流调速中一种新颖、有效的控制方法。首先介绍了异步电机的数学模型 ,在此基础上对直接力矩控制进行了理论分析 ,并介绍其磁通、力矩控制方法 ,给出磁通观测器和力矩观测器 ,同时也对无速度传感器的直接力矩控制作了简要介绍     

Nonlinear observer based control of induction motors

This paper presents an observer design methodology for a special class of MIMO nonlinear systems. First, we characterize the class of MIMO nonlinear systems that consists of the linear observable part and the nonlinear part with a block triangular structure. Also, the similarity transformation that plays an important role in proving the convergence of the proposed observer is generalized to MIMO systems. we have considered the nonlinearity of the system in designing the gain of the observer and then, it is prevented that the observer gain is unnecessarily increased. Moreover, by using the generalized similarity transformation, it is shown that under some observability and boundedness conditions, the proposed observer guarantees the global exponential convergence to zero of the estimation error. Finally, the simulation results for induction motor are included to illustrate the validity of our design scheme.     

A disturbance‐decoupled adaptive observer and its application to faulty parameters estimation of a hydraulically driven elevator

In this paper, a disturbance‐decoupled adaptive observer is designed for the joint state‐parameter estimation of a system with unknown disturbance inputs. The proposed Robust Adaptive Observer (RAO) integrates an Unknown Input Observer (UIO) to the parameter estimation process, where the unknown parameters are estimated as extended states of the system. An auxiliary input is added to the UIO in coping with the estimation errors so that the exponential stability and convergence of the observer are guaranteed. The proposed observer is applied to a hydraulically driven elevator for the faulty parameter estimation. The simulation results show the accuracy of the observer and its robustness to both disturbances and measurement noises. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

优化反馈补偿闭环定子磁链观测器

针对纯积分定子磁链观测器存在的直流偏置与积分漂移问题,对反馈闭环磁链观测器进行了优化,设计了一种改进的反馈补偿闭环磁链观测器。该观测器先利用磁链与反电动势两矢量的正交关系,控制二者的夹角余弦值为零,再通过简单的乘法运算,实现对磁链的动态补偿,从而得到正确的积分结果。理论分析显示,积分结果中的直流分量能够得到完全消除,同时仿真结果证明了,改进观测器的良好性能以及理论分析的正确性。     

State estimation and simultaneous unknown input and measurement noise reconstruction based on associated observers

This paper considers the problems of the state estimation and the simultaneous unknown input and measurement noise reconstruction when the observer matching condition is not satisfied. A new augmented system is constructed by introducing a new augmented state vector. An auxiliary output vector is proposed to deal with the observer matching condition issues, and a high‐order sliding mode observer is considered to get the exact estimates of both the auxiliary outputs and their derivatives in a finite time. A reduced‐order observer is developed to asymptotically estimate the system states, and a kind of reconstruction method of the new system's unknown inputs is proposed to reach the goal of reconstructing the original system's unknown input and measurement noise. Finally, a numerical simulation example is given to illustrate the effectiveness of the proposed methods. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

用于风机水泵的永磁同步电机无传感器矢量控制系统

本文通过建立电稳态模型观测器,实现永磁同步电机低速转子位置和转速估算,完成电机的起动过程。在中高速运行时,本文构造全阶状态观测器,通过反电动势的观测及坐标系跟踪控制,实现转子位置和转速估算;本文提出的方法具有算法简单、起动电流小、切换平滑、可靠性高等优点,最后,实验结果证明了本方法的正确性和有效性。     

一种平台运动误差纠正复合双环控制方法

对于非线性系统提出一种新型双环复合控制方法,一是利用干扰观测器实时观测外部扰动,进而引入补偿消除外部扰动,二是引入速度观测器观测出电机的速度作为速度环上的反馈信号,降低了测量带来的高频干扰;其次,证明了干扰观测器和速度观测器能有效提高系统的稳定性;最后,对于一个实际系统进行单独加入干扰观测器、速度观测器和同时加入二者进行实验仿真,结果表明,在控制系统中同时使用二者能有效提高系统的性能.