基于实时负载转矩反馈补偿的永磁同步电机变增益PI控制

为了减小负载转矩扰动对永磁同步电机转速的影响,对负载转矩扰动下永磁同步电机(PMSM)伺服系统数学模型的频域特性进行了研究,总结出负载转矩扰动和速度PI控制器参数之间的关系,提出了基于负载转矩反馈补偿的永磁同步电机变增益PI控制方案。变增益PI(VGPI)控制器根据转速信号中特定频率分量的变化,进行控制器增益的实时调节;同时采用FPGA器件设计并实现了基于Kalman滤波器的负载转矩观测器,能够对负载转矩扰动进行实时观测和补偿,提高了永磁同步电机伺服系统对负载转矩扰动的抑制能力。实验结果验证了控制策略的有效性。     

基于自抗扰控制器的永磁同步电机直接转矩控制

针对传统永磁同步电机直接转矩控制(DTC)中转矩和磁链脉动较大以及转速超调的缺点,文中提出了一种基于自抗扰控制器的直接转矩控制策略。对于传统的PI控制策略中的磁链环、转矩环以及转速环不能满足控制系统非线性的需求,所提出的控制策略中非线性的自抗扰控制器满足了系统的非线性需求,提高了控制系统的动态响应能力。该策略中使用自抗扰控制器取代了传统PI控制结构,设计磁链、转矩和转速自抗扰控制器。通过搭建半实物仿真平台,进行实验验证文中控制策略的有效性。实验结果表明所提出的控制策略与传统的直接转矩控制相比较,文中提到的控制策略可以有效降低转矩和磁链的波动并提高系统的稳定性,降低了转速超调,改善了系统的动态性能。     

大转动惯量风电机组变桨控制技术研究

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,风速变化时机组转速变化较为滞后,使得以转速反馈的变桨控制不够及时,导致高风速段的功率输出波动较大。为了减小风电机组在高风速下输出功率波动,快速稳定转速,在对桨距角变化下的转速特性与气动转矩特性建模和研究的基础上,提出了基于转矩反馈的自抗扰变桨控制策略。设计了线性自抗扰变桨控制器,实时估算机组的气动转矩,利用基于转矩反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并对扰动进行补偿。对基于转矩反馈的线性自抗扰变桨控制进行仿真,结果表明,与基于转速反馈的自抗扰变桨控制相比,基于转矩反馈的自抗扰变桨控制在风速变化时的功率与发电机转速波动更小,调节时间更短,采用线性自抗扰控制器对风力发电机参数依赖较小,在保证控制效果的同时降低了参数整定的难度,有较高的工程实用价值。     

大转动惯量风电机组变桨控制技术研究

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,风速变化时机组转速变化较为滞后,使得以转速反馈的变桨控制不够及时,导致高风速段的功率输出波动较大。为了减小风电机组在高风速下输出功率波动,快速稳定转速,在对桨距角变化下的转速特性与气动转矩特性建模和研究的基础上,提出了基于转矩反馈的自抗扰变桨控制策略。设计了线性自抗扰变桨控制器,实时估算机组的气动转矩,利用基于转矩反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并对扰动进行补偿。对基于转矩反馈的线性自抗扰变桨控制进行仿真,结果表明,与基于转速反馈的自抗扰变桨控制相比,基于转矩反馈的自抗扰变桨控制在风速变化时的功率与发电机转速波动更小,调节时间更短,采用线性自抗扰控制器对风力发电机参数依赖较小,在保证控制效果的同时降低了参数整定的难度,有较高的工程实用价值。     

表贴式永磁同步电机转速环复合PI无位置传感器控制

针对传统永磁同步电机转速环PI控制下转速跟踪性能差的问题,设计一种复合PI无位置传感器应用于表贴式永磁同步电机转速环控制系统。在传统PI控制的基础上,转速环采用积分钳位型抗积分饱和方法,增加给定输入微分前馈环节和控制增益环节,增强转速环系统跟踪响应性能。分析无阻尼自然频率和阻尼比两者参数选取对系统转矩扰动和角速度测量噪声抑制能力的影响,证明系统抗转矩扰动性能与抑制噪声性能之间存在矛盾。针对该问题,设计以电机转子角速度为状态变量的新型滑模观测器对角速度进行观测,将其直接引入至转速闭环系统反馈,避免角速度反馈噪声对转速跟踪性能造成影响。实验结果验证了该理论分析的正确性与控制策略的可行性。     

直流微网变增益专家自抗扰控制

直流微网在分布式发电的有效利用中发挥重大作用。为解决直流微网中存在的实时扰动影响双向DC-DC变换器控制效果从而恶化电能质量的问题,提出了一种变增益专家自抗扰稳压控制。首先,在状态观测器理论下设计专家系统,将其与扩张状态观测器有机结合,并且引入动态调节因子实现观测器增益的在线优化。其次,利用系统在抗扰过程中的观测绝对误差与控制强度需求制定专家规则与变增益自抗扰控制策略,给出动态调节因子取值范围。并且在观测跟踪性能、抗扰频域特性、噪声抑制、时变增益对系统抗扰性的影响等方面进行了理论分析,表明所提出的控制策略能够有效提升系统性能。最后,经过仿真和实验验证,使用变增益专家自抗扰控制在多种工况下的性能均优于传统双闭环PI与LADRC控制。     

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     

永磁同步电机伺服系统的变增益自抗扰控制器设计

针对传统的线性自抗扰控制技术中存在的初始峰值问题,设计了一种变增益自抗扰控制器,并应用到永磁同步电机伺服控制方案设计中,分别对永磁同步电机的转速环和电流环设计转速和电流控制器。采用变增益自抗扰控制器的永磁同步电机伺服控制方案,削弱了传统方法系统初始峰值问题以及抗负载扰动能力得到较大的改善,提高了系统的动态性能。仿真和实验结果表明,变增益自抗扰控制器解决了传统方法的峰值问题,且与传统的PID控制器比较,系统在负载转矩变化时响应速度快、超调小、控制精度高,具备较强的鲁棒性。     

基于电磁转矩的永磁同步电机新型变结构PI控制方法

针对永磁同步电机(PMSM),在传统PI控制时易出现转速超调、冲击电流大、转速环抗负载扰动能力差等现象,通过对PMSM数学模型的推导分析以及基于PI控制理论,提出了一种基于电磁转矩的新型变结构PI(VSPI)控制方法。该方法是在传统PI控制VSPI的基础上,通过融合微分前馈控制以及引入转矩反馈量等闭环控制策略,较好地解决了转速超调以及系统的抗干扰性等问题,并给出了电磁转矩的电压电流混合观测模型结构以及计算方法,同时分析了开环增益变化给予系统稳定性的影响情况,最后通过仿真试验验证了该新型方法的可行性和有效性。     

变增益PI控制器在开关磁阻电机中的应用

以12/8极SRM为研究对象,建立了电机s域一阶动态模型,提出了变增益调节的自适应控制方法,设计了工程上易于实现的变增益PI转速控制器。转速控制器的输出根据电机转速的高低分别作为参考电流或占空比,给出了PI参数随系统控制电压和转速变化的表达式,实现了PI参数的自适应调节。通过实验对比了传统PI控制器和变增益PI控制器的控制效果,实验结果表明采用变增益PI控制器时,系统动态响应快,超调小,稳态精度高,有较强的抗扰动能力。     

无刷直流电机自适应模糊直接转矩控制研究

针对无刷直流电机（BLDCM）转矩脉动较大和传统PI速度环调节能力差的问题,提出了自适应模糊直接转矩控制的策略.集成了转矩直接控制和模糊控制自适应强的优点,可以有效抑制转矩脉动和加快转矩响应速度.同时将传统的PI速度调节器替换成模糊PID调节器,速度环根据转速偏差和转速偏差的变化率,模糊在线调节PID参数,使系统较好地实现速度参考自适应调节,由此获得更精确的转矩给定,提高系统抗负载扰动能力.通过进行MATLAB仿真实验,验证控制策略具有转矩脉动抑制作用,同时又提高了系统静动态性能,增强了系统鲁棒性.     

基于VGLESO和滑模理论的直流配电网母线电压控制策略

针对直流配电网母线电压稳定性问题,设计了一种变增益线性扩张状态观测器(variable gain linear extended state observer,VGLESO),有效地解决了传统高增益线性扩张状态观测器(linear extended state observer extended state observer,LESO)在运行初始阶段输出存在峰值的问题。在此基础上进一步提出了一种变增益滑模自抗扰控制策略,将其应用到直流配电网AC-DC双向变流器控制系统中的电压外环。变增益滑模自抗扰控制策略在不需要增加额外电流传感器的情况下,就能够实现对系统总扰动的快速跟踪和补偿,有效地抑制了母线电压波动,提高了系统的动态响应。从理论上证明了VGLESO和变增益滑模自抗扰控制策略的稳定性。最后通过MATLAB/Simulink验证了该控制策略的可行性与正确性。     

基于二阶滑模自抗扰控制的道路融冰除雪系统水泵电机优化策略

针对道路主动融冰除雪喷淋系统的电机线性比例-积分（PI）控制策略控制效率低、精确性差的问题,提出了一种基于二阶滑模自抗扰控制（ADRC）技术的转速电流双闭环控制策略。建立了喷淋系统三相永磁同步电机(PMSM)的不确定性数学模型,根据电机转速动态模型设计了扰动观测器估测负载转矩和系统的不确定性并证明了其收敛性。同时,结合超螺旋滑模控制算法,设计了复合转速控制器调节电机转速。结果表明：所提的二阶滑模ADRC策略表现出较短的响应时间,且电机恢复至额定转速的调节时间比PI控制策略缩短60%,转速超调仅为PI控制策略的48%,鲁棒性更好,能够实现电机在扰动情况下的全速域运行,可提高喷淋系统的控制精度和速度。     

基于电动汽车的永磁同步电动机模糊自抗扰控制研究

针对纯电动汽车用永磁同步电动机动态数学模型的研究,为减小电动汽车在行驶过程中的转速脉动,提高电动汽车抗干扰能力和速度快速跟踪,提出基于模糊和自抗扰控制的直接转矩控制策略。该系统模糊部分代替了传统DTC(直接转矩控制)控制中的滞环比较器和选择开关表,降低了磁链和转矩脉动,获得了更优越的性能。此外,采用自抗扰控制(ADRC)技术设计了速度控制器能实时补偿系统的扰动。仿真结果表明:基于模糊和自抗扰控制的直接转矩控制系统具有磁链和转矩脉动小、速度跟踪快和抗干扰能力强等优点。     

最佳叶尖速比的最大功率自抗扰跟踪控制

针对永磁同步风力发电系统中存在的不确定、多干扰、效率低等问题,提出一种以实现最大功率跟踪控制为目标,实时跟踪电机转速的基于最佳叶尖速比的自抗扰控制策略。该方法不依赖于系统数学模型,将永磁同步风力发电机存在的、影响转速难以实时跟踪的非线性、强耦合、参数变化、外界干扰等不确定性看成系统总干扰。通过扩张状态观测器对系统的总干扰进行估计,然后通过反馈控制器进行干扰补偿,从而提高转速的跟踪能力。仿真结果表明,与传统的PI控制方法相比,自抗扰控制不仅能保证系统实现最大功率输出,而且提高了系统的鲁棒性和抗干扰性能。     

基于自抗扰控制原理的全电飞机用永磁同步电机转速闭环控制

采用永磁同步电机直接驱动全电飞机螺旋桨,为了抑制不稳定气流对输出转矩影响和提高螺旋桨抗扰动能力,对永磁同步电机实现基于自抗扰原理的转速闭环控制。分析不同飞行状态下螺旋桨的转速与转矩需求,建立基于自抗扰转速闭环控制模型并利用Dspace模拟飞行工况运行。仿真和实验验证了基于自抗扰转速闭环系统对负载变化具有抗扰能力,整个飞行工况下永磁同步电机转速响应平稳,转矩输出符合螺旋桨转矩需求。     

基于转矩补偿的永磁同步电机自抗扰控制研究

电动汽车永磁同步电动机( PMSM) 驱动系统运行在复杂多变的工况下,存在负载转矩扰动的问题。为减小负载转矩扰动引起的转速脉动,提高电动汽车抗干扰能力,提出了基于转矩前馈补偿的自抗扰控制(ADRC)策略。该控制方法使用自抗扰控制技术设计了速度控制器能实时补偿系统的扰动;并通过设计降维负载观测器来实时观测电机负载转矩变化,并将观测值反馈到电流环中,对负载扰动进行前馈补偿,增加了系统的抗干扰能力,提高了系统的鲁棒性。仿真结果表明,该方法可以增强系统的鲁棒性,提高系统的抗扰动能力。     

大型风电机组自抗扰转速控制

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,因此在风速变化时机组转速不能快速地跟踪最大功率点。为了提高风电机组在低风速下对风能的利用率,提出自抗扰转速控制策略。利用基于转速反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并采用扰动补偿的方法,将风电机组等效为一阶线性系统。基于自抗扰控制原理设计了系统的转速控制器。实时估计出机组捕获的机械功率并计算出转速给定值,采用转速控制器直接对转速进行控制。仿真结果表明,与采用传统的功率控制策略的机组相比,自抗扰转速控制策略在风速变化时对最大功率点的跟踪速度要快,机组对风能的捕获效率得到了提高,同时对风力机的参数依赖性小。     

基于自抗扰技术的永磁同步电机直接转矩控制

永磁同步电机是一个强耦合的非线性系统.研究了永磁同步电机的调速控制问题.针对永磁同步电机特点,结合自抗扰技术与直接转矩控制方案,设计了基于自抗扰技术的永磁同步电机直接转矩控制系统.仿真结果表明,该控制系统具有比PI控制方案更优的动态性能,并且在不同参考转速给定下系统具有更好的适应性.     

一种基于自抗扰的永磁同步电机复合控制策略

为进一步提高永磁同步电机自抗扰控制器(ADRC)的调速控制性能,简化控制器参数整定的复杂程度,提出了一种复合ADRC控制策略。首先,速度环采用模糊参数整定的滑模自抗扰控制器,并分析了主要参数的整定方法。其次,设计了滑模转矩观测器,来估计实时的负载转矩。最后,设计电流环,采用有限集模型预测控制(FCS\|MPC),对三相两电平电压源型逆变器的8种开关序列遍历寻优,并抑制转矩的脉动。仿真结果表明：该复合控制策略能有效提高永磁同步电机ADRC的控制性能,增强系统的抗扰动能力以及鲁棒性,控制性能优于传统的ADRC控制和PI控制。