无轴承永磁薄片电机径向扰动前馈补偿控制

以一台无轴承永磁薄片电机为例,分析了电机悬浮机理并推导了悬浮力数学模型。通过对扩张状态观测器基本理论的分析,构造了电机悬浮系统扩张状态观测器,将作用于电机悬浮系统的外部扰动作为系统状态变量之一,将其观测出来并通过前馈补偿的控制方式施加于悬浮控制的输入端,与径向位移PID构成复合控制算法以提高悬浮性能。仿真和实验结果表明了所提控制策略的有效性。     

基于滑模观测器的单绕组多相无轴承电机无位置传感器控制

针对单绕组多相无轴承电机的特点,讨论了此类电机中悬浮平面电流对电机转子位置带来的扰动,建立了基于滑模观测器的检测模型和控制算法,实现了单绕组多相无轴承电机的无转子位置传感器运行。文中采用饱和函数代替开关函数,并设计了随转速变化的低通滤波器,取得了良好的观测效果。该方法克服了传统基于电机模型的无位置传感器控制方法对电机参数的依赖性,抑制了由无轴承电机悬浮平面耦合带来的固有扰动,提升了无轴承系统的鲁棒性。实验结果表明系统采用该观测器进行转子位置及速度观测后,具有较好的静、动态性能,验证了滑模观测器在单绕组多相无轴承驱动系统无位置传感器中应用的正确性和可行性。     

基于龙伯格扰动观测器的永磁同步电机PWM电流预测控制

针对传统永磁同步电机(PMSM)PWM电流预测控制中电机参数扰动造成的电流静差及振荡问题,提出基于龙伯格(Luenberger)观测器的PWM电流预测控制。首先,将系统参数扰动引入到电机电压方程,构建在参数扰动中拥有优良性能的Luenberger观测器来观测系统扰动。其次,离散化Luenberger扰动观测器,通过极点配置分析系统稳定性。最后,将观测器估计系统扰动引入含参数扰动项的电压方程中,为PWM电流预测控制算法提供实时性扰动补偿。仿真结果表明,所提算法能够快速无静差地观测出系统扰动,有效避免参数扰动造成的电流静差及振荡问题,提高电流预测算法的鲁棒性。     

无轴承异步电机的直接转矩控制技术研究

针对无轴承异步电机气隙磁场定向算法控制复杂、存在失稳转矩及高度非线性等局限性,将直接转矩控制算法引入到无轴承异步电机解耦控制中。利用小信号模型分析了转矩绕组电流波动对无轴承异步电机麦克斯韦力的影响,研究了一种基于空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)的直接转矩控制算法,转矩PI环和磁链PI环的输出分别为磁链的相位角增量和幅值增量,经过相位角增量校正环节解决了转矩环和磁链环的干扰问题,对SVPWM的谐波系数进行了分析。针对一台无轴承异步电机,利用数字信号处理器TMS320F2812 DSP实现了电机在两种直接转矩控制(direct torque control,DTC)算法下的悬浮。实验结果表明该算法降低了电流的总谐波系数,减小了电机转矩的脉动,提高了电机的悬浮性能。     

一种单绕组无轴承开关磁阻电机抑制转矩脉动和悬浮力波动的控制方法

由于定、转子的双凸极结构,无轴承开关磁阻电机在采用传统控制方法时存在较大的转矩脉动和悬浮力波动。为解决这一问题,该文提出一种直接瞬时转矩和直接悬浮力控制方法(DITCDFC)。该方法通过转矩滞环控制以及等效电压符号选择的方式,同时对电机转矩和悬浮力进行直接控制,并且省去了传统算法中的电流环,在控制性能得到提升的同时简化了控制算法。基于12/8极单绕组无轴承开关磁阻电机,详细分析了电机悬浮机理和所提控制方法的工作原理,基于Matlab/Simulink仿真环境和原理样机实验平台,通过仿真和实验验证了该控制方法的可行性和有效性。     

磁悬浮无轴承电机悬浮力绕组励磁及控制方式分析

该文对磁悬浮无轴承电机悬浮力绕组的励磁及控制方式进行了分析。从磁悬浮无轴承电机的运行原理出发,通过将1台该种电机等效成具有不同极数的2台电机,研究电机内磁场和转子的相对运动,得出绕组极数选取方案与等效电机工作状态的关系。进一步推导出绕组极数选取方案与悬浮力绕组励磁方式的关系。从中可以看出绕组极 数选取方案决定悬浮力绕组的电能传递方向及它的励磁方式。针对悬浮力绕组存在的两种励磁及控制方式,重点讨论了悬浮力绕组工作在自励方式时,控制悬浮力绕组励磁电流的方法。提出一种采用逆变器并联电容器的新方法,该方法通过PWM逆变器控制悬浮力绕组中励磁电流。最后,进行了实验研究。     

基于扰动观测和补偿的PMSM伺服系统位置跟踪控制

针对存在参数摄动和外部扰动力矩的PMSM伺服系统位置跟踪控制问题,提出一种基于扰动观测和补偿的滑模控制方法。采用扰动观测器估计系统参数摄动以及负载力矩,并在此基础上对等效扰动进行补偿,减小了模型不确定性对系统控制性能影响,系统的位置跟踪误差由0.85 rad减小到0.35 rad;在保证系统稳定性的前提下,去除了常规滑模控制中的不连续控制项,有效地减小了抖振。实验结果表明,与工程上常用的PID算法相比,基于扰动观测和补偿的滑模控制算法不仅能够显著提高PMSM伺服系统的位置跟踪精度,而且能有效地削弱抖振。     

永磁无刷直流电机转矩波动的自抗扰控制

自抗扰控制器(ADRC)是在继承经典PID不依赖于对象模型优点的基础上,通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制器,性能优良且算法简单。在分析永磁无刷直流电机转矩波动研究现状的基础上,根据其自身特点以及自抗扰控制器的设计原则,提出了基于自抗扰控制器的永磁无刷直流电机转矩波动抑制方法。将电机等效为由2个非线性系统构成的串联对象,设计了2个一阶自抗扰控制器实现对电机的内外环控制,即外环控制转速并给出内环转矩参照值,内环控制转矩以抑制转矩波动,其实质是改善馈电电流波形。内环转矩子系统采用3个相同的扩张状态观测器(ESO)对三相转矩分别进行观测,进而得到电磁转矩估计值及转矩子系统的实时作用值,据此构造以逆变器直流侧电压为控制输入的转矩子系统一阶自抗扰控制器。实验结果表明,该控制方案不仅能够明显抑制电机运行中的转矩波动,而且电机具有良好的动态响应性能,控制系统具有较强的适应性和鲁棒性。     

一种新型双三相无轴承永磁同步电机结构原理及控制研究

针对传统无轴承永磁同步电机内部两套绕组结构复杂、可靠性低等缺点,提出了一种新型双三相绕组结构的无轴承永磁同步电机。电机采用分布式绕组结构并分为两个空间对称的独立三相绕组单元,通过两个三相逆变器在两个绕组单元中同时通入两组不同序列的电流实现电机的无轴承运行。推导了悬浮力与转矩数学模型。在Ansoft中建立有限元模型,分析了电机在两组电流控制下的磁场分布状况,分别计算了悬浮力与转矩随电流变化的关系,以及偏心磁拉力与转子偏移量的关系,仿真模型计算结果与理论模型计算结果基本吻合。建立了一种控制电机对称相电流不平衡的控制策略,将电机等效为两个普通三相电机,两个电机控制部分中的空间矢量脉宽调制模块SVM所需的信号由转矩电流参考值和悬浮力电流参考值合成再调制得到。采用Matlab软件构建了仿真系统,仿真结果表明,本文提出的双三相无轴承永磁同步电机在该控制策略下能够实现转子的高速旋转与稳定悬浮。     

基于增量模型的永磁同步直线电机鲁棒预测电流控制

为了解决永磁同步直线电机预测电流控制对电机参数的依赖,提出一种鲁棒增量式预测电流控制算法。通过建立永磁同步直线电机增量式预测模型来克服电机磁链变化的影响,并详细分析了增量预测模型对电机参数敏感性。为提高电流带宽,对增量式预测电流控制进行一拍延时补偿。针对电感不匹配引起的电流预测误差,提出一种新型滑模观测器来观测电压扰动值并将扰动前馈补偿,从而实现精准电流控制。实验结果表明所提方案可有效地提高系统鲁棒性,具有较好的效果。