滑模控制理论在交流伺服系统中的应用

本文探讨了位置和速度采用滑模控制、电流内环采用PI调节的交流位置伺服系统。研究了滑模控制应用于交流伺服系统的两大难题一最佳滑模曲面的选择和原点附近颤振现象的抑制。给出了有效的解决方法。采用矢量变换控制手段改造了感应电动机的数学模型,使其变为适合于滑模控制的形式。作者利用TP-86A16位单板机实现了系统的数字控制。     

永磁同步电机无传感器变结构矢量控制

针对电机控制中采用的PI调节器对电机参数变化及外加干扰时鲁棒差和无位置传感器控制实现困难等问题,在研究常规永磁同步电机矢量控制策略的基础上,将滑模变结构控制(VSSMC)和无迹卡尔曼滤波(UKF)引入该策略中,用VSSMC分别替代策略中速度PI控制器和2个PI电流控制器,同时利用UKF对电机定子直轴电流、交轴电流、负载转矩、转子位置和转速进行实时估计,提出了一种新颖的基于VSSMC和UKF的永磁同步电机无传感器矢量控制方案.仿真结果验证了新方案的正确性,所设计的VSSMC能有效调节转速和电流,其调节效果优于常规PI控制器,所设计的UKF观测器能准确估计系统状态,而且两者对系统参数摄动、外干扰、测量误差以及测量噪声都具有极强鲁棒性,系统的动、静态性能明显增强.     

永磁同步电动机无传感器控制的滑模观测器

提出了一种表面式永磁同步电机无传感器矢量控制自适应滑模观测器.该观测器可以准确估计d、q轴电流,避免了由于转子位置估计带来的时延影响.在保证反电势、电流矢量估计值与各自实际值具有相同延迟角前提下,将估计坐标系下的d、q轴电流反馈给PI控制器产生正确的电压参考信号.采用未经校正的估计转子位置信号完成观测器内的坐标变换，同时采用具有相同时间常数的低通滤波器对估计反电势和电流矢量进行滤波，在此基础上利用估计反电势及其微分实现转子速度与位置估算.仿真结果证实了控制方法的可行性和正确性.     

基于自适应模糊滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器运行

目前永磁同步电机多采用滑模观测器来估算转子位置。针对简单滑模观测器所存在的抖振问题,提出了基于自适应模糊滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器运行。在分析了自适应模糊和滑模的原理后,设计了自适应滑模观测器,并搭建自适应模糊滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器运行的实验平台。实验结果表明,提出的自适应模糊滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器运行精度高、性能稳定。     

PMSM无位置传感器控制的系统延迟补偿方法

提出了一种基于系统延迟补偿的永磁同步电机位置观测方法,以避免在高速下滑模位置观测器精度受永磁同步电机驱动系统中的模拟延迟和数字延迟影响而产生位置估计误差。首先,建立了用于位置估计的典型滑模观测器,并分析了滑模运动的可达性。其次,研究了模拟电路对定子电流的影响,推导了采样电路中的有源滤波、无源滤波及偏置电路的传递函数,计算了采样电路对定子电流造成的总延迟相位。再次,分析了滑模观测器的数字实现过程造成的电流相位延迟。又再次,提出了基于直接信号补偿的方法,补偿了以上因素造成的电流相位误差。所提延迟补偿方法不仅提高了位置估计精度,还改善了闭环控制的电流调节性能。最后,在8 000 r/min电机驱动平台上进行了实验,结果表明所提系统延迟补偿方法提高了位置估计精度。     

基于永磁同步电机模型的滑模矢量控制策略研究

针对传统矢量控制方式永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)存在的低速时启动电流及转速超调量过大等问题,本文利用指数趋近率,设计了一种基于滑模变结构的矢量控制策略。首先利用矢量控制(field oriented control,FOC)方式进行分析,结合选取的矢量控制方式进行滑模趋近率的选取,并采用Matlab/Simulink软件对永磁同步电机及所提出的控制策略进行建模,对所设计的永磁同步电机控制系统进行仿真分析。仿真结果表明,在所设计的滑模矢量控制模式下,加速过程中,系统会出现小幅度的超调,但能在0.05s内使电机达到指定转速;负载转矩抗干扰能力较强,稳态性能良好;电流控制效果良好,且在允许范围内逐步减弱至平衡态。本文设计的滑模控制具有良好的转速控制性能。该研究为后期实物验证提供了理论支持。     

永磁同步电机转子位置的无传感器自检测

介绍了一种基于电机空间凸极追踪的转子位置无传感器自检测的方法.该方法采用高频电压载波注入方式形成高频电流矢量,其负序分量包含了转子空间位置信息.通过采用外差法的转子位置跟踪观测器完成了转子位置信息的提取,实现无机械位置传感器的电机转子位置的检测.对空间凸极追踪的转子位置检测原理、转子位置跟踪观测器的结构以及内插式永磁同步电机转子位置检测过程的仿真研究进行了详细介绍,仿真结果验证了该方法正确和可行的     

永磁方波同步电机及其控制系统

在交流伺服控制系统的基础上，采用一套自行设计的电流调节及ＰＷＭ发生器控制逆变器，以构成交流永磁同步机伺服系统，首先对方波同步电机的动静态特性进行分析，并求得转矩表达式，其次采用矢量控制的方法，使定子电流和感应电势同相，此时，电磁转矩可方便的用电流控制，因此控制结构大为简化．最后，采用数模电路实现ＰＷＭ控制，在速度和位置检测的基础上构成的伺服控制系统具有结构简单、控制方便、响应良好的特点．     

基于MATLAB/Simulink的永磁同步电机矢量控制

分析了永磁同步电机的数学模型,系统采用励磁电流id=0的转子磁场定向矢量控制方法,实现永磁同步电机的解耦控制.并在MATLAB/Simulink环境下构建了永磁同步电机(PMSM)矢量控制仿真模型.其中位置调节器、速度调节器和电流调节器均采用常规PI控制算法,逆变器采用SPWM调制策略.仿真结果表明,该控制方法符合理论分析,具有良好的动态性能.     

自适应逆控制交流电动机变频调速系统

本系统利用TI公司的TMS320LF实现了交流异步电动机的全数字化V／F电流转速双闭环调节和矢量控制电流转速双闭环调节,其中电流环为PI调节,速度环采用模糊PI复合控制算法,增强了对参数时变的适应能力,提高了系统的抗干扰能力．     

自适应逆控制交流电动机变频调速系统

本系统利用TI公司的TMS320LF实现了交流异步电动机的全数字化V／F电流转速双闭环调节和矢量控制电流转速双闭环调节,其中电流环为PI调节,速度环采用模糊PI复合控制算法,增强了对参数时变的适应能力,提高了系统的抗干扰能力．     

基于自适应滑模观测器的五相永磁同步电机无位置传感器控制

由于三次谐波的影响,三相永磁同步电机的无位置传感器控制方法无法直接应用于五相永磁同步电机无位置传感器控制。在考虑三次谐波电压和电流的条件下,提出一种基于自适应滑模观测器的五相永磁同步电机无位置传感器控制方法。该方法首先利用带三次谐波的五相永磁同步电机模型设计了滑模观测器,并用sigmoid函数代替一般滑模观测器常用的符号函数作为观测器的开关函数,以减小滑模抖动并获得更为准确的反电势当量信号。其次设计了反电势自适应观测器以估计电机转速和位置信号,消除了常规无位置传感器控制系统中所必需的低通滤波器和相位补偿单元,提高了转速和位置信号的估计精度。此外,利用李雅普诺夫准则,证明了所设计的滑模观测器和反电势自适应观测器的稳定性,并利用Matlab/Simulink进行了仿真实验。仿真结果显示,与常规滑模观测器相比,所提出的自适应滑模观测器在五相永磁同步电机无位置传感器控制系统中抖动更小,转速和位置估计误差更小,反电势估计更为准确,具有较强的鲁棒性。     

永磁同步电机无位置传感器宽转速范围自抗扰控制研究

为克服永磁同步电机在运行过程中受负载转矩扰动和电机参数变化的影响，提高永磁同步电机在无位置传感器条件下的抗干扰能力，提出了一种宽转速范围自抗扰动控制策略.首先，设计了一种滑模位置观测器，结合电压闭环弱磁扩速，实现了永磁同步电机在无位置传感器条件下的宽转速范围运行.其次，通过合理配置龙贝格观测器极点，在线估算负载转矩变化，在宽转速范围采用电流前馈补偿负载转矩扰动.接着利用内模控制整定电流环PI控制器参数，采用带遗忘因子递推最小二乘算法，设计了一种根据不同工况下切换的多电机参数分步辨识算法，解决了辨识方程数少于待辨参数的“欠秩”问题，进而实现电流控制器跟随电机参数自适应调节.仿真结果表明，所提出的控制策略能够实现无位置传感器宽转速范围对外部负载转矩扰动和电机参数变化的自抗干扰控制.     

基于SMO的PMSM磁极位置检测技术

为构造低成本、高可靠性的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制系统,对基于滑模观测器(SMO)的PMSM磁极位置检测技术进行研究.基于滑模变结构和矢量控制理论设计了滑模观测器,用于估算电机的反电势,并构造了采用锁相环(PLL)结构的磁极位置检测单元.仿真和实验结果表明,所设计的观测器能较准确地估算电机反电势,但存在一定的高频抖振,而锁相环单元能在很大程度上减小高频分量对角度估算的影响,提出的方法能实现较高精度的磁极位置检测.     

表面式永磁直线同步电机初始位置检测方法

由于表面式永磁直线同步电机没有凸极性,当无位置传感器控制时,检测动子初始位置非常困难.利用绕组电感饱和效应,即由于磁路饱和引起的电感随动子位置角变化的规律,检测表面式永磁直线同步电机动子的初始位置.给电机施加相同幅值、不同相位的电压矢量,考虑绕组电感饱和效应,当电压矢量相位和动子位置一致时,直轴电流响应最大.通过观测直轴电流响应的最大值,即可估计电机初始位置.这种估计方法不受电机参数的影响,也无须增加任何硬件.实验表明,给电机注入可控的电压矢量,利用绕组电感饱和效应,可以估计出动子初始位置,估计精度能够满足永磁直线同步电机平稳启动的要求.     

永磁同步电机混合非线性控制策略

永磁同步电机是一个非线性多变量强耦合系统,采用传统的线性控制方法难以在大范围运行中保持良好的动态性能和鲁棒性.针对永磁同步电机的特点,提出一种结合滑模控制和自抗扰控制的混合非线性控制策略,用于永磁同步电机矢量控制系统设计.根据指数趋近律算法设计滑模控制器,用于内环的电流控制.外环的速度采用自抗扰控制,速度控制器对负载扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,提出的控制系统不仅具有良好的动态和静态性能,而且对负载及系统参数扰动具有较强的鲁棒性.     

基于DSP的永磁同步电机软件式交流伺服系统

提出一种基于数字信号处理器(DSP)的三相永磁同步电机软件式交流伺服控制系统.充分利用TMS320F243DSP外设接口丰富、运算速度快的特点,采用坐标变换磁场定向控制、空间矢量PWM与数字PI控制策略,以光电脉冲编码器作为位置和速度传感器,实现软件式交流伺服系统的位置与速度控制.介绍软件交流伺服系统结构与控制软件体系,并进一步给出了实验研究结果.     

一种基于积分滑模观测器的永磁同步电机 磁链重构方法

针对永磁同步电机转子永磁体的失磁故障问题,提出了一种基于积分滑模观测器的磁链重构方法。首先,建立d-q轴坐标系下永磁同步电机失磁故障时的电流状态方程;其次,结合滑模观测器和比例积分观测器的特点构建了积分滑模观测器,实现了对永磁同步电机磁链信息的在线检测重构;最后,基于Lyapunov 稳定性理论,证明了积分滑模观测器的稳定性,并依据滑模等值控制原理重构了永磁体磁链算式。仿真结果表明,所设计的积分滑模观测器对磁链的观测精度较高,且具有较好的鲁棒性和快速性。     

基于电流预测控制的永磁同步电机矢量控制策略

针对传统永磁同步电机控制系统存在动态响应速度和稳态精度较差的问题,提出了一种基于电流预测控制的永磁同步电机矢量控制策略.在传统矢量控制的基础上引入模型预测控制来代替传统电流PI控制,将永磁同步电机的数学模型离散化,并根据开关状态的选择建立评价函数.基于上述理论分析,在Matlab/Simulink环境中建立了仿真模型.结果表明,所提出的永磁同步电机矢量控制策略具有较快的响应速度和较小的超调,且稳态转速与电流波动较小.     

基于矩阵变换器的永磁同步电机矢量控制模型及仿真分析

根据交流电机矢量控制技术特点，将交-交矩阵变换器与永磁同步电机转子磁场定向控制技术相结合，采用电流滞环控制技术实现了基于矩阵式变换器的永磁同步电机的矢量控制．给出了根据矩阵变换器输入电压状态及永磁同步电机定子电流控制的开关状态模式．最后，利用MATLAB软件对系统模型进行了仿真验证，仿真结果表明，利用交-交矩阵变换器实现永磁同步电机矢量控制是有效可行的．同时也说明了采用电流跟踪控制技术实现交-交矩阵变换器的PWM调制，概念清楚、控制简单，不需要复杂的数学计算，有利于硬件电路设计和工程实现．