基于矢量控制的异步电机转速和转矩调节技术

针对异步电动机系统的非线性,以及电流和转矩不成正比例,使得转矩瞬时调节困难的问题,提出了一种基于坐标变换磁场定向矢量控制理论,将异步电机定子电流解耦成励磁电流和转矩电流分别进行控制,使异步电机获得和直流电机一样的转矩、转速调节特性.建立了Simulink仿真模型,分析了异步电机在空载启动、稳定运行、变速和转矩加载情况下...     

型交流电动机及控制技术系列讲座（2）开关磁阻电动机控制

1 SR电机调速控制的基本方法。按统一电机理论，调速控制的关键是转矩控制。然而，绕组电流的非正弦与铁心磁路的高饱和是SR电机运行的特点，由于磁路的非线性、磁通的复杂分布及相问的非线性耦合等因素，SR电机电磁转矩的精确解析计算很困难，如何在满足工程精度的条件下，以简洁的近似方法计算SR电机的电磁反应转矩，是SR电机调速理论研究的热点课题之一。     

交流异步电动机定子磁链与转矩的逆解耦问题研究

对于具有多变量、非线性、强耦合特征的异步电动机调速系统,实现定子磁链与电磁转矩的动态解耦控制是提高系统性能的关键。从异步电动机的5阶模型及其固有的电磁特性出发,证明了其系数矩阵的非奇异性,进而结合逆系统理论证明了定子磁链与电磁转矩的逆解耦在任何状态下都是存在的。在此基础上设计了一种通过非线性状态反馈的逆解耦控制方案,将复杂系统解耦成电磁转矩与定子磁链的两个独立线性回路,然后利用线性系统理论分别对转矩与磁链调节器进行综合设计。     

受限功率跟踪转差频率控制系统研究

针对传统光伏电池供电功率小且不稳定,无法常规驱动异步电动机拖动飞轮高速运转的问题,采用转差频率控制对电机的控制进行了研究。同时在电源功率发生变化的情况下,通过功率跟踪来控制转矩。该模型可以检测到电磁转矩、转速、平均电磁功率和电机的转子电流。在MATLAB/Simulink环境下建立了仿真模型并且进行了仿真分析。研究结果表明,三相异步电动机的转差频率控制系统能够实现电机物理量的解耦,使得异步电动机调速系统的性能大大提高。     

一种凸极式永磁同步电机闭环MTPA控制策略研究

针对基速以下时采用最大转矩电流比控制的闭环矢量控制系统中,当给定转矩或负载转矩突变时,因电流调节器饱和而导致电机动态跟踪过程中实际工作状态脱离MTPA的问题,对凸极式永磁同步电机的MTPA控制、控制器饱和限幅等方面进行了研究。提出了一种d轴电流环优先响应的控制器限幅策略,以优化系统动态跟踪过程中的电流跟踪轨迹提升稳定性;在此基础上,提出了一种采用q轴反馈电流在线修正d轴给定电流的闭环MTPA控制策略;利用Matlab/Simulink搭建了系统仿真模型,并利用基于TMS320F28335的电机控制系统对闭环MTPA控制策略进行了实验研究。研究结果表明:该控制策略在转矩突变时,d轴给定电流可以实时修正,并迅速跟踪,维持电机在动态跟踪过程中实际电流矢量在MTPA附近。     

九相感应电动机的矢量控制研究

以九相感应电动机的动态数学模型为基础,对九相感应电动机调速系统的矢量控制进行了研究。通过坐标变换,得到九相感应电动机在两相同步旋转d-q坐标系下的矢量控制方程。将定子电流分解成转矩分量和励磁分量,通过对这两个分量进行调节,可实现转子磁链和电磁转矩的控制。按转子磁链定向矢量控制的基本思想设计调节器,并在Simulink软件平台中搭建九相感应电动机的矢量控制模型进行仿真分析。结果表明,九相感应电动机的矢量控制系统具有较好的稳态和动态性能。     

新型交流电动机及控制技术系列讲座(2)开关磁阻电动机控制

(上接2 0 0 4年第1期)1　SR电机调速控制的基本方法按统一电机理论,调速控制的关键是转矩控制。然而,绕组电流的非正弦与铁心磁路的高饱和是SR电机运行的特点,由于磁路的非线性、磁通的复杂分布及相间的非线性耦合等因素,SR电机电磁转矩的精确解析计算很困难,如何在满足工程精度的条件下,以简洁的近似方法计算SR电机的电磁反应转矩,是SR电机调速理论研究的热点课题之一。实用中,为避免繁琐的计算,又近似考虑磁路的饱和效应,常采用“准线性模型”[1 ,2 ] 对SR电机转矩、功率进行分析计算,即用两段线性特性来近似非线性磁化曲线。其中一…     

永磁同步电机非线性调节器MTPA弱磁控制

针对传统的弱磁控制方案不能很好地解决永磁同步电机在高转速范围内性能稳定的问题，在分析最大转矩电流比控制策略的基础上，构建了基于条件积分法的抗积分饱和的速度调节器，将其引入永磁同步电机最大转矩电流比（MPTA）弱磁控制系统，可有效解决电机速度超调量大、响应慢，抗干扰能力差等问题；同时设计了一种非线性变参数调节器，具有PI调节器快速收敛性能，提高了系统稳定性，在电压反馈弱磁控制的基础上实现了永磁同步电机的弱磁控制。仿真与实验结果表明，该方法能够快速实现高精度的MTPA控制。     

永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真

永磁同步电机（PMSM）伺服系统的速度环和电流环具有非线性耦合特性,需要进行电流解耦控制.因此,根据矢量控制的原理实现了该系统的线性解耦.通过对永磁同步电机数学模型分析,建立基于Simulink伺服系统矢量控制仿真模型.仿真结果表明,建立的系统耦合模型具有良好速度控制特性,并对永磁同步伺服耦合系统设计具有指导价值.     

异步电机直接转矩控制的仿真研究

在异步电动机α-β坐标系下介绍了异步电动机的数学模型、直接转矩控制(DTC)系统的工作原理和基本组成。针对直接转矩控制系统存在的转矩脉动问题,给出了一种新型的定子磁链控制器和转矩控制器,采用新型的电压矢量选择表代替传统的电压矢量选择表。并在Matlab/Simulink平台上搭建了异步电动机直接转矩控制调速系统的仿真模型,并对仿真模型中的主要模块进行了描述,简要说明了空间电压矢量的选择对转矩和磁链的作用和影响。仿真结果验证了该模型的正确性和整个系统的快速动态响应特性。     

异步电动机矢量控制系统Fuzzy-PI控制器的设计

针对异步电动机动态数学模型的非线性特性,提出并设计了三个Fuzzy-PI复合控制器,分别对直接矢量控制系统中的速度、转矩和磁链进行控制.最后利用Matlab软件对系统进行了仿真研究.仿真结果表明:Fuzzy-PI复合控制器具有良好的控制效果,优于一般模糊控制器和PI控制器,能够改善系统的动态和静态性能.     

多参数变化下基于参数辨识的永磁同步 电机偏差解耦控制方法

针对矢量控制下永磁同步电机d-q轴电流无法动态解耦,导致电机参数的动态变化影响其控制系统稳定性问题,提出一种基于参数辨识的永磁同步电机偏差解耦控制(PI-DDC)方法。以d-q轴电流控制器耦合系数为零推导完全解耦下偏差解耦项的传递函数,由此考虑电阻、电感和永磁体磁链等电机参数的动态变化对偏差解耦效果的影响,引入带遗忘因子递推最小二乘法在线辨识电机各参数,通过实时修正偏差解耦控制模型中的电机参数实现d-q轴电流解耦。以一台永磁同步电机为例,不同工况下的仿真和实验结果表明,所提的PI-DDC方法相比于传统偏差解耦控制方法,d-q轴电流响应时间缩短约50%,超调量分别减小约60%和70%,最大波动幅值分别减小约30%和37%,具有更好的控制精度和动态性能。     

New hybrid adaptive neuro-fuzzy algorithms for manipulator control with uncertainties–Comparative study

Control of an industrial robot includes nonlinearities, uncertainties and external perturbations that should be considered in the design of control laws. In this paper, some new hybrid adaptive neuro-fuzzy control algorithms (ANFIS) have been proposed for manipulator control with uncertainties. These hybrid controllers consist of adaptive neuro-fuzzy controllers and conventional controllers. The outputs of these controllers are applied to produce the final actuation signal based on current position and velocity errors. Numerical simulation using the dynamic model of six DOF puma robot arm with uncertainties shows the effectiveness of the approach in trajectory tracking problems. Performance indices of RMS error, maximum error are used for comparison. It is observed that the hybrid adaptive neuro-fuzzy controllers perform better than only conventional/adaptive controllers and in particular hybrid controller structure consisting of adaptive neuro-fuzzy controller and critically damped inverse dynamics controller.     

基于动态滑模的起重机位置控制系统设计

给出了起重机电机负载系统的数学模型,以此模型为基础,采用动态滑模控制理论,分别设计了系统的磁链动态滑模控制器和位置动态滑模控制器,考虑到系统转子磁链无法直接测量,设计了转子磁链观测器;为保证动态滑模面的物理可实现性,对系统的不确定干扰设计了自适应律,进行自适应估计。仿真结果表明系统具有较好的动态性能,较高的位置控制精度及对干扰具有良好的鲁棒性。     

A novel sliding-mode control of induction motor using space vector modulation technique

This paper presents a novel sliding-mode control method for torque control of induction motors. The control principle is based on sliding-mode control combined with space vector modulation technique. The sliding-mode control contributes to the robustness of induction motor drives, and the space vector modulation improves the torque, flux, and current steady-state performance by reducing the ripple. The Lyapunov direct method is used to ensure the reaching and sustaining of sliding mode and stability of the control system. The performance of the proposed system is compared with those of conventional sliding-mode controller and classical PI controller. Finally, computer simulation results show that the proposed control scheme provides robust dynamic characteristics with low torque ripple.     

内模控制方法在永磁直驱潮流发电系统中的应用研究

针对永磁直驱潮流发电控制系统设计的问题,对潮流流速模型、最大功率追踪策略、永磁电机矢量控制、并网逆变器控制等方面进行了研究,提出了一种基于内模控制的转速控制算法以及一种新型的并网逆变器模型。使用内模控制器代替了机侧转速外环PI控制器,同时使用并网逆变器小信号模型设计了较准确的并网逆变器的控制参数。最后,基于上述算法和模型,在Matlab软件平台中对潮流发电系统进行了仿真,并对比了传统PI控制和内模控制下潮流发电系统的输出波形。仿真结果显示,所提出的优化控制策略能够准确控制发电机输出的有功功率、并网有功功率并且能够实现无功功率独立调节以及高功率因数并网运行。     

基于SVPWM的无刷直流电机矢量控制系统研究

针对方波控制下无刷直流电机（BLDCM）起动抖动明显、转矩脉动大、噪声大等问题,提出了基于空间电压矢量脉宽调制技术（SVPWM）的正弦波驱动无刷直流电机的方法,分析推导了BLDCM在d-q坐标系下的数学模型,定性分析了矢量控制下交轴电流（iq）的变化.介绍了电压空间矢量控制的基本原理及其控制算法,利用Matlab7.0/Simulink建立了系统仿真模型.仿真结果表明,电压空间矢量控制下的无刷直流电机控制系统具有良好的静、动态特性;同时将仿真结果与方波控制得到的结果进行比较,证明了无刷直流电机在不同负载下通过矢量控制可以实现低转矩纹波、运动平滑、起动迅速、效率高的运行效果.     

Anti-windup adaptive PID control design for a class of uncertain chaotic systems with input saturation

In this paper, the stabilization problem of actuators saturation in uncertain chaotic systems is investigated via an adaptive PID control method. The PID control parameters are auto-tuned adaptively via adaptive control laws. A multi-level augmented error is designed to account for the extra terms appearing due to the use of PID and saturation. The proposed control technique uses both the state-feedback and the output-feedback methodologies. Based on Lyapunov׳s stability theory, new anti-windup adaptive controllers are proposed. Demonstrative examples with MATLAB simulations are studied. The simulation results show the efficiency of the proposed adaptive PID controllers.     

基于双滑模控制的PMSS直接转矩调速系统设计

针对永磁同步电主轴传统直接转矩控制策略存在较大的磁链和转矩脉动,系统在低速段难以精确控制,以及由于磁链和转矩脉动引起的噪声和抖动等问题,该文提出了基于双滑模变结构控制的永磁同步电主轴直接转矩调速控制方案。提出通过转矩和磁链的2个滑模控制器来代替传统直接转矩中的2个滞环控制器,其输出实现了空间电压矢量调制,保证了逆变器开关频率恒定,减小了磁链和转矩脉动;分析滑模变结构控制所产生抖振缺陷的机理,选择适当的趋近律在保证系统鲁棒性的前提下有效抑制了抖振。实验和仿真结果表明,该调速系统具有动态响应快,磁链和转矩脉动小以及较强的鲁棒性等优点。     

Two simple and novel SISO controllers for induction motors based on adaptive passivity

The design of two single-input single-output (SISO) controllers for induction motors based on adaptive passivity is presented in this paper. The two controllers work together with a field orientation block. Because of the adaptive nature of the proposed controllers, the knowledge of the set motor-load parameters is not needed and robustness under variations of such parameters is guaranteed. Simple proportional controllers for the torque, rotor flux and stator current control loops are used, due to the control simplification given by the use of feedback passive equivalence. A new principle called the "Torque-Flux Control Principle" is also stated in this article, which considerably simplifies the controller design, diminishing the control efforts and avoiding also rotor flux estimation.