基于二阶积分滑模的永磁同步电动机速度控制方法

针对永磁同步电机在速度控制中容易受到机械参数变化、外部扰动等影响,以及传统的PI抗饱和控制方法的控制精度低、传统的滑模控制中容易产生"抖振"等问题,提出了一种基于二阶积分滑模的永磁同步电动机速度控制方法。该控制方法通过Lyapunov函数法对二阶滑模控制律进行了设计,针对传统的PI抗饱和在电机速度控制中补偿随意性大、补偿精度低,对传统的PI抗饱和进行了改进;并基于二阶积分滑模控制律,设计了二阶积分滑模控制器,针对二阶积分滑模会造成系统饱和现象,对二阶积分滑模控制器进行了抗饱和设计。仿真实验结果表明:改进后的抗饱和控制器能够有效抑制饱和现象发生,提高了电机控制精度,滑模控制的响应速度明显要比PI控制响应快。     

感应电动机无速度传感器矢量控制优化算法

电动汽车无速度传感器矢量控制需要估计电机转速,利用电压模型估计转速用到的电机参数少,算法简单,但由于纯积分环节的存在,会导致积分输出漂移和饱和。常规的抑制办法是采用滤波器,但会带来较大的幅值与相位误差,影响速度观测精度甚至导致系统失稳。为了解决因纯积分导致的问题,提出了一种改进的电压模型转速估计算法,该算法不含滤波器,而是利用定子侧反电势获得同步转速进而估算电机转速,避开了电机电流的微分运算以免放大检测噪声,不需要预测下一拍电流,算法简单有效,易于实现。最后实验验证了所提方法的正确性和有效性。     

3种抗饱和PID控制方案的实验研究

PID是工业控制系统中应用最广泛的控制方案,但受到了积分器饱和问题的困扰。条件积分法和反馈抑制饱和法是目前较为常见的抗饱和方案,这些方案都不需要预先知道受控系统的模型。此外,还有一些基于系统模型而提出的抗饱和PID方案,如:积分项预测抗饱和PID。介绍了典型的条件积分法、反馈抑制饱和法,以及积分项预测抗饱和PID的具体设计,然后把它们应用到一个直流伺服电机的速度控制系统,在TMS320F2808 DSP上进行了实验验证,并加以比较分析。结果表明,各种抗饱和PID控制方案虽然在算法实现和参数调试方面有差异,但都能在较大范围内实现快速、平稳和无静差的电机速度伺服跟踪。     

基于EKF的虚拟磁链预测模型及其逆变器控制

虚拟磁链具有计算简单,易于数字化操作的优点,在交流检测应用中备受关注。但受其本身计算的缺点,对电网电压进行积分时引起的直流偏置与积分饱和现象,严重影响空间矢量定向的精确性。同时无论如何简化控制环节计算延时与检测误差在所难免,导致控制时刻电压并非检测时刻电压,对控制效果有一定影响。该控制方案在检测电压信号的过程中加入虚拟磁链技术,设计了虚拟磁链观测器取代锁相环技术,有效的消除了积分时引起的直流偏置与积分饱和现象。同时推出利用卡尔曼滤波的优秀跟踪预测特性拟合采样电压的虚拟磁链优化算法。仿真实验表明优化算法可以有效的减小谐波畸变,减少系统单周期控制时间。对观测器与算法的仿真研究,表明优化算法的观测器能消除积分饱和现象,消除直流分量对精确定向的影响,消除控制环的延时对系统输出造成的影响,提高系统控制精度和稳定性。     

感应电机直接转矩控制系统的“抗饱和”控制器设计

针对感应电机直接转矩控制系统转速控制环节存在的非线性饱和特性,提出了一种新型抗饱和(anti-windup)PI控制器,给出了控制系统的闭环稳定条件。该方法根据控制器输出是否饱和,有条件地将积分输出反馈到积分器的输入端,对积分状态进行控制。使控制器在出现饱和时,可以迅速退出饱和区,达到减小超调量、缩短调节时间的目的。系统仿真与实验结果表明,该方法可有效抑制积分饱和现象,综合性能优于常规的抗饱和控制方案。     

轻轨车辆永磁同步电机弱磁控制研究

针对轻轨车辆用永磁同步电机弱磁区控制方式开展研究,分析了永磁同步电机在弱磁区运行时电压极限圆和电流极限圆的变化趋势,讨论了弱磁区电机电流给定方式,设计了可用于恒转矩调节的弱磁控制器并说明其基本原理.对弱磁控制器中出现的比例积分(PI)调节器饱和现象采用抗饱和解决方案,对弱磁区脉冲调制方式进行分析,采用混合脉冲调制方式解决了弱磁区电压脉冲数量较少的问题.试验表明,所提弱磁控制器能够保证轻轨车辆永磁电机弱磁区稳定运行,易于工程化实现,满足轻轨车辆运行时转矩输出要求.     

一种无刷直流电机调速系统实验研究

从驱动控制模式和闭环算法两个方面讨论了无刷直流电机调速系统,完成了基于dsPIC30F6010的SVPWM技术的实现,并对速度闭环采用变速积分的PID算法,有效地消除了积分饱和现象,使电机的调速过程更加快速平稳;实验结果验证了控制提成和算法的正确性.     

基于零漂修正和偏置补偿的定子磁链观测算法

针对反电动势积分法在实际应用中会受到积分初值、逆变器非线性、电流采样噪声等影响,引起纯积分计算结果漂移甚至饱和,导致电机运行不稳定的现象,提出一种低通滤波器加零漂修正的改进磁链观测算法。分析了低通滤波器代替纯积分时能够抑制但不能消除零漂的缺陷,以及积分后采用极值法对零漂修正的不足,两种方案结合能完全消除直流偏置且结构简单、易于工程实现,算法通过仿真和实验验证,结果表明该算法能够有效地解决电压积分模型磁链观测不准确问题,提高转子位置及速度估算精度,实现宽转速范围永磁同步电机无位置传感器控制。     

基于DSP技术的三闭环直流调速系统设计

介绍了一种采用16位高精度DSP芯片TMS320LF2407A作为主控器件,由四只功率MOSFET构成桥式PWM变换器并与电机转速、电流和电压检测处理环节组成的模数混合型电机三闭环直流调速系统.系统中内环与外环的控制器均采用DSP芯片软件生成,按照PI控制算法完成数字调节控制,并在此基础上进一步改进实现了抗积分饱和PI控制算法.此系统结构新颖,是一个不同于常规调速系统的新型数模混合式直流调速系统.     

线性自抗扰控制技术在PWM整流器中的应用

传统脉宽调制(PWM)整流器电压外环控制多采用比例积分(PI)调节器,但负载发生突变或直流侧给定电压突变时,PI控制存在延时、易出现积分饱和,系统动态性能较差。研究了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)技术的控制策略并给出具体的设计方法。建立PWM整流器在同步旋转坐标系下的数学模型,采用电压外环和电流内环的双闭环控制方案,电流环采用基于前馈解耦的PI控制,电压环采用LADRC,提高了系统的响应速度和控制精度,增强了系统的抗扰性能。仿真和实验结果验证了该控制方案的可行性和正确性。     

考虑电压饱和的永磁同步电动机动态解耦控制

针对永磁同步电动机矢量控制中不能对定子电流d轴分量和q轴分量进行动态解耦的特点,采用双PI动态解耦的方法,避免了反馈解耦、对角矩阵解耦等方法中电机参数变化对解耦效果影响较大的问题,以及逆系统方法、基于微分几何原理解耦方法的复杂性.由于逆变器的饱和电压输出会导致电流的超调和振荡,在动态解耦的基础上提出了一种电压抗饱和的设计方法,并且通过进行补偿将双PI动态解耦控制和电压抗饱和设计有效地结合起来.仿真验证了这种动态解耦控制方法的有效性.     

考虑磁路饱和的内置式永磁同步电机电感参数旋转辨识算法

实现对永磁同步电机调速系统高性能控制的基础是准确的数学模型和电机参数,其中电感参数对电机的稳态和动态运行性能影响较大,而对于内置式永磁同步电机而言电感除了受凸极结构影响之外,还受磁路饱和等因素的影响。考虑到定子电流引起的磁路饱和效应与交叉耦合效应对电感的影响,基于矢量控制技术分别提出了d轴和q轴电感旋转辨识新算法,即d轴复合电流激励法和转矩调整法。为了提高电感辨识准确度,还采用基于电压误差曲线的补偿算法对逆变器非线性因素引起的输出电压误差进行了补偿。最后在电机控制实验平台上通过实验验证了提出的电感辨识算法的可行性和有效性。     

基于虚拟磁链定向的PWM整流器控制方法研究

基于电网电压矢量定向(VOC),考虑PWM整流器结构与交流电机电路结构的相似性,采用类似交流电机磁链观测的方法,构造电网的虚拟磁链作为矢量控制的定向,建立通用的虚拟电网磁链定向(VFOC)的双闭环矢量控制系统。与传统的VOC方案相比较,VFOC方案可以省去交流电网电压传感器,既可以节省空间又可以降低成本。为了解决在观测虚拟电网磁链的过程中,初始值偏差对控制效果的影响,提出一种抗积分饱和的初始值观测处理方法,可以有效地解决初始值给虚拟电网磁链观测器带来的误差。试验验证了采用VFOC可以实现单位功率因数PWM整流控制,且控制器具有较好的静态稳定性和动态快速性。     

新型抗饱和PI控制器在PWM整流器中的应用

当PI调节器输出饱和时,就会出现积分饱和现象,从而导致系统性能下降.提出了一种新型的PI调节器,并将其应用到三相PWM整流器电压环中,提高了电压环的控制性能.在这种新型PI调节器中,积分项可以根据PI调节器的输出足否饱和进行单独控制,当出积分饱和现象时,反向计算系数可以削弱这种积分饱和效应.进行了Matlab仿真和实验研究,结果验证了该算法的有效性,从而表明该新型PI调节器能有效降低系统的超调量,缩短系统的稳定时间,同时还可以提高系统对负载扰动的鲁棒性.     

专利名称:超高速永磁同步电机转速自适应鲁棒控制系统及方法

正本发明涉及一种超高速永磁同步电机转速自适应鲁棒控制系统及方法,方法包括:采用无传感器转速估计算法确定电机转速估计值、电机转速误差值,采用自适应鲁棒转速控制算法确定相应控制量;通过电机三相电流、三相电压确定定子磁链和转矩反馈值、磁链误差和转矩误差;进行电压矢量选择,得到基本电压控制信号;采用无传感器转速估计算法确定转子位置信息,采用死区补偿算法得到三相补偿电压;将电压矢量选择模块输出的基本电压控制信号与三相补偿电压相结合,对电机进行PWM控制;重复上述步骤,直至电机转速达到指标。     

抗饱和PI控制器在含分布式电源配网电压优化中的应用

随着分布式光伏发电在配电网中渗透率的增加,配电网电压波动越限问题愈发严重,并导致其电压控制越来越复杂。提出了一种抗饱和PI控制策略,通过柱上式磁控电抗器(MCR)进行无功电压综合控制,给出了新型抗饱和PI控制器的算法设计和系统框图。理论分析和实验结果表明,新型抗饱和PI控制器可有效降低柱上式MCR控制系统的超调量,极大地提高动态性能,有效抑制电压波动,并对负载扰动具有较好的响应性和鲁棒性。     

感应电机DTC自适应磁链闭环辨识

感应电机DTC采用电压模型对电机反电动势进行积分获取定子磁链辨识值,但纯积分器积分项的直流偏置会造成积分器饱和。为了克服这一问题,研究了一种自适应定子磁链闭环辨识器,在该辨识器中设计一种均值补偿算法消去积分累积误差。在Matlab/Simulink仿真环境下对这种辨识器进行仿真研究,并在由dsPIC30F6010A数字信号处理器构成的DTC控制平台上进行实验研究。仿真与实验结果表明,这种基于自适应定子磁链闭环辨识器DTC系统不仅有效地消除了积分器直流偏置累积误差,获得了高精度定子磁链辨识,而且DTC系统具有较好的定子磁链参数自适应能力。     

考虑磁饱和铁损及其补偿的感应电机仿真研究

在各类型的交流电机中,感应电机尤其是鼠笼型由于其经济、可靠耐用在工业中最常用。而对电机模型的建立与控制研究往往认为是理想的,并未考虑铁损、磁通饱和等实际因素。实际中铁耗电阻是频率的函数,等效磁化电抗也是变值,是主磁通的函数。为对其进行精确控制,考虑实际情况的电机控制的仿真研究是很有必要的。因此建立考虑实际铁损与磁饱和以及理想模型下的电机动态模型,并在直接转矩控制(DTC)方式下对速度控制模式和转矩控制模式研究其实际动态性能并加入抗积分饱和PID,改善了电机的速度响应。     

无速度传感器感应电机改进转子磁链观测器

针对感应电机无速度传感器磁场定向控制系统,提出一种基于电压模型的改进转子磁链观测方法.为了有效抑制反电动势积分环节所存在的直流偏移和积分饱和问题,采用一个截止频率可根据输出频率进行自调整的低通滤波器来代替传统电压模型磁链观测器中的反电动势积分环节.然而低通滤波器的引入将会产生磁链幅值和相位的观测误差,从而导致在低速运行场合中磁链观测性能显著下降,为了解决这一问题,设计一个可以补偿磁链观测误差的补偿器.通过11kW感应电机无速度传感器矢量控制系统对所提出的改进转子磁链观测器进行了实验验证,结果证明了算法的有效性.     

基于变比例-退饱和式PI调节器的-开关磁阻电机调速系统设计

开关磁阻电机调速系统的积分饱和现象导致了系统的控制性能较差,针对这一问题,提出了变比例-退饱和式PI调节器设计方法,并给出了调节器参数整定方法。此外,分别在恒速空载和变速带载情况下,利用MATLAB/Simulink软件验证了传统PI调节器、抗饱和式PI调节器和变比例-退饱和式PI调节器的控制性能。结果表明:变比例-退饱和式PI调节器具有更好的动态性能和抗扰性能。