两级滤波滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

实现永磁同步电机矢量控制的前提在于电机转速与转子位置信息的准确获取,为此设计了一款基于两级滤波的滑模观测器用来对电机的转子位置和速度进行估算。第一级滤波的输出反馈给电流观测器,第二级滤波的输出用来计算转子的位置,并采用分段线性补偿对位置估算误差进行补偿。给出了永磁同步电机无位置传感器控制系统方案,分别对滑模观测器的电流观测、反电势观测、位置和速度估算、负载扰动和动态过程进行了仿真分析,验证了该滑模观测器算法的可行性。搭建了控制系统实验平台,分别对启动过程、反电势观测、位置和速度估算以及变参数控制进行了实验研究,验证了该滑模观测器算法的正确性。仿真和实验结果表明:该滑模观测器能够快速和准确的跟踪电机转子的位置和速度,系统具有响应快、鲁棒性强的特点。     

PMSM无位置传感器矢量控制的滑模观测器设计

永磁同步电机无传感器控制技术不但能够降低系统成本,而且能够增加系统的可靠性。为实现永磁同步电机无位置传感器的运行,本文提出了一种基于自适应滑模观测器的非线性速度/角度估算方法,基于永磁同步电机的数学模型,根据实测电流与估算电流之间的误差构成滑模面,将反电动势估算值反馈引入电机电流观测中。为简化调速系统的硬件结构,我公司设计了一个截止频率可随转速变化的低通滤波器。     

一种PMSM无位置传感器FOC控制的滑模观测器设计

永磁同步电机无传感器控制技术不但能够降低系统成本,而且能够增加系统的可靠性.为实现永磁同步电机无位置传感器运行,提出了一种基于自适应滑模观测器的非线性速度/角度估算方法.基于永磁同步电机的数学模型,根据实测电流与估算电流之间的误差构成滑模面,将反电动势估算值反馈引入到电机电流观测中.为简化调速系统的硬件结构,设计了一个截止频率可随转速变化的低通滤波器.     

用于PMSM无位置传感器控制的改进滑模观测器的设计与仿真

根据永磁同步电机两相坐标系下的数学模型,建立一种以电流和反电动势为观测对象的四阶滑模观测器。根据定子电流误差构造滑模面,最终由改进的滑模观测器估算转子速度和位置,加以分析得到观测器的收敛条件及自适应律,证明了改进滑模观测器的稳定性。理论分析表明该方法的滑模观测器性能不依赖于电机参数等,具有较强的鲁棒性。同时对永磁同步电机系统进行了Matlab/Simulink仿真,仿真结果表明,该方法不依赖于电机参数,能够快速跟随速度的变化,实现对永磁同步电机的无位置传感器控制。     

永磁同步电机电流扰动补偿无位置传感器控制

电机负载扰动及参数变化等问题,会影响永磁同步电机无位置传感器控制中滑模观测器算法的电流计算值偏离实际值,进而影响转速和位置的准确估算。本文以小功率面贴式永磁同步电机为研究对象,提出一种采用电流扰动补偿的新型滑模观测器(CDC-SMO),通过构建带有扰动补偿电流与实际电流的误差状态方程,将扰动量和电流的微分项进行合并,构成等效扰动量以直接获得电流的误差,并用反正切函数替代理想滑动模态中的符号函数,实现带有电流扰动补偿的永磁同步电机无位置传感器控制,最后,利用李雅普诺夫稳定性判据证明了观测器的稳定性。仿真和实验表明,所提方法可以准确地估算永磁同步电机的转速和位置,有效提高无位置传感器控制的估算精度和抗干扰能力。     

高速BLDCM无位置传感器滑模观测器控制

研究了基于滑模观测器来实现无刷直流电动机的无位置传感器控制的理论方法,由滑模观测器观测电机的反电动势信息,然后估算出电机的转速以及换相信号,由转速估算值和测得的母线电流控制Buck电路占空比构成双闭环调节。同时通过趋近律和低通滤波器削弱了滑模抖振对系统的影响。最后利用MATLAB/Simulink对该控制方法进行仿真研究,仿真结果表明该系统设计合理,并具有一定的鲁棒性。     

基于滑模观测器的无轴承永磁同步电机无速度传感器矢量控制

为解决无轴承永磁同步电机矢量控制系统中传统机械式传感器带来的成本及可靠性等问题,将滑模观测器技术应用到其控制系统中。该系统采用滑模面及滑模等效控制方法,并基于转矩绕组观测电流和其实测电流差值构建滑模面,观测电机反电动势,从而实现转子位置角及转速的精确估算。利用MATLAB仿真软件构建了无速度传感器运行仿真系统,对电机转速、转角信号进行辨识。仿真结果表明:滑模观测器的转角、转速信号辨识精度较高,并能满足无轴承永磁同步电机无速度传感方式的稳定悬浮运行要求。     

同步旋转坐标系下的BLDCM滑模观测器算法设计

为了实现无位置传感器无刷直流电机(BLDCM)矢量控制系统中电机转子位置的准确估计,提出了一种基于同步旋转坐标系的滑模观测器算法。该方法直接在同步旋转坐标系中设计滑模观测器,以获取电机反电动势信息,再通过锁相环技术从估计的反电动势中提取电机转子的速度和位置角度信息。针对滑模观测器的高频抖振问题,采用饱和函数代替滑模观测器的符号函数。最后,通过仿真将所提算法与传统滑模观测器算法对比,并对所提算法进行实验验证。仿真与实验结果表明该算法能够准确跟踪转子的速度和位置,验证了所提算法的正确性与可行性。     

异步电机无速度传感器控制系统中磁场跟踪控制器设计

在基于转子磁场定向的无速度传感器矢量控制系统中,利用电机稳态电压方程推导出同步角速度来获取电机磁场位置信息既简单又可节约成本。针对瞬态过程该计算不够准确的缺点,本文提出一种通过电流注入来获取磁场角度实际值与估算值之间误差的方法。向估算磁场方向注入一定频率与幅值的正弦电流,当磁场角度估算值偏离实际值时,根据电机的机械特性及电磁关系,电机的反电动势信号中含有一个与角度误差有关的分量,提取该分量并设计一种磁场跟踪控制器来有效地对该误差进行补偿使得估算磁场位置能够快速地跟踪电机实际磁场。将该方法用于无速度传感器矢量控制系统中进行低速仿真实验,结果表明有比较好的控制效果,有一定的应用前景。     

基于滑模观测器的异步电机无速度传感器控制

将滑模理论应用于异步电动机状态观测器中,提出了一种基于滑模观测器的异步电动机无速度传感器控制策略。所提滑模观测器以定子电流和转子磁链为状态变量,利用定子电流观测值和实际电流的误差特性,对转子磁链进行估算,同时基于李雅普诺夫理论导出转速的自适应律。最后对所提方法进行实验验证,结果表明所提观测器具有较好的观测精度,且电机系统能实现正反转,具有较大的调速范围。     

基于优化型滑模观测器的PMSM换相控制研究

为了提高正弦波永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制性能,研究一种优化型滑模观测器对PMSM反电动势进行估计,得到转子位置进而实现电机换相控制。为了得到平滑不含抖振的反电动势观测值,在优化型滑模观测器中构建一种新型切换函数代替传统符号函数。应用李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论,对优化型滑模观测器增益进行选取。仿真和实验表明,该方法能够准确估计PMSM反电动势和转子位置,实现了PMSM无位置传感器换相控制。     

基于改进的离散域二阶滑模观测器的内置式永磁同步电机无位置传感器控制

滑模观测器由于对系统不确定性具有良好的鲁棒性，逐渐应用于永磁同步电机无位置传感器控制中，但是在实际应用中滑模观测器的抖振现象会严重影响系统控制性能。该文提出一种用于内置式永磁同步电机无位置传感器控制的改进的二阶滑模观测器，采用基于Super-twisting算法的二阶滑模观测器，不同于常规的通过滑模观测器估算得到反电动势分量的方法，该方法基于内模控制原理引入二阶广义积分器，通过滑模观测器估算得到反电动势误差分量，再经过二阶广义积分器得到估算的反电动势分量，能够在保证估算准确性的同时很好地抑制系统抖振。同时，为了消除数字实现过程中的离散化误差和估算反电动势分量的耦合项，提高估算的准确性，重新构建了基于扩展反电动势的离散域数学模型，并基于该模型设计了改进的离散域Super-twisting滑模观测器。最终将估算得到的扩展反电动势分量用于估算转子位置和转速。通过实验对该文提出方法的有效性进行了验证。     

基于改进滑模观测器的无位置传感器AFFSPM电机模型预测磁链控制EI北大核心CSCD

为了提高轴向磁场磁通切换永磁(axial field fluxswitching permanent magnet,AFFSPM)电机无位置传感器位置检测精度,同时抑制该电机的转矩和磁链脉动,该文提出一种基于改进滑模观测器(sliding mode observer,SMO)的无位置传感器AFFSPM电机模型预测磁链控制方法。首先,基于传统滑模观测器,设计边界层可随滑模面误差自调节的反正弦饱和函数,削弱系统抖振,改善系统稳态性能;接着,将扩展卡尔曼滤波器及幅值补偿环节代替单一低通滤波器,并通过内嵌二阶广义积分器的软件锁相环估算转子位置角和速度,消除位置角补偿,提高位置观测精确度;最后,将估算的转子位置角和速度反馈到模型预测磁链控制模块,完成无位置传感器控制。该文通过理论推导、仿真与实验研究验证所提出的控制策略可有效提高AFFSPM电机无传感器控制的稳态和动态性能。     

永磁同步电动机全转速范围无位置传感器复合控制

针对永磁同步电动机无位置传感器控制技术在低速阶段采用高频信号注入法存在的额外损耗和位置估计延迟问题,以及在高速阶段采用基于滑模观测器的反电动势观测法存在的抖振问题,研究了一种全转速范围无位置传感器复合控制方法。分析了I/f控制的相位关系以及滑模观测器的抖振现象的机理,构建了低速I/f控制结合高速扩展滑模观测器的全转速范围无位置传感器复合控制系统,通过将扩展反电动势估算值反馈至定子电流观测计算,采用带有消除旋转影响环节的锁相环,有效地改善了扩展滑模观测器的抖振问题。通过引入一种电流递减斜率切换控制方法,实现了无位置传感器复合控制系统的平稳切换。实验结果验证了该复合控制方法的有效性。     

永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统

设计并实现了一种将反电势估算值反馈引入到定子电流观测计算中的新型滑模观测器转子位置估算方法。为了简化调速系统硬件结构,设计了一个截止频率可随转子转速变化的低通滤波器。基于对新型滑模观测器算法稳定性的分析,提出了反电势反馈增益系数的自适应算法,通过该系数的自适应调节可以实现不同速度运行时转子角度估算误差的补偿。引入锁相环控制对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的转速进行估算。建立基于新型滑模观测器算法的无传感器PMSM矢量控制调速系统并进行实验测试,试验验证了该新型滑模观测器估算方法能够在PMSM较低速运行时准确的估算出转子位置和速度,无传感器矢量控制调速系统具有调速范围宽、鲁棒性强的特点,且该无传感矢量控制算法简单、易于实现。     

绕组分段永磁直线同步电机无传感器控制

绕组分段永磁同步直线电机(WS-PMLSM)定子特殊的分段结构导致动子在跨段过程中各关键电磁参数将随动子位置改变而剧烈变化,从而将给实施无位置传感器控制带来巨大的挑战与困难。为解决这一问题,首先利用有限元分析及实验测试的方法对动子跨段过程中关键电磁参数的非线性变化规律进行分析,从而构建WS-PMLSM的精确数学模型;然后针对相邻两段定子观测反电动势信号幅值变化的规律,提出基于反馈自适应滑模观测器的段间观测反电动势同步合成法,以取得段间磁极位置的精确辨识,最终实现其在宽调速范围内全行程无传感器电流-速度双闭环运行;最后对所提算法进行仿真分析和实验测试,结果证明该方法有效可行。     

基于自抗扰控制器的内置式永磁同步电机无位置传感器控制

位置传感器故障是内置式永磁同步电机可靠性降低的重要原因之一。针对无位置传感器算法中滑模观测器存在观测角度滞后和系统抖振的缺陷,提出了一种以自抗扰控制器为核心的无速度传感器控制方法。该方法基于内置式永磁同步电机的扩展反电动势模型,重新设计了适用于其电流内环的自抗扰控制器,使之不再依赖于永磁体磁链参数。针对位置和速度估计问题,系统将扩展反电动势纳入未知扰动,采用状态扩张观测器对其进行估计,最后使用锁相环生成转速和转子位置。仿真和实验结果表明,该控制策略能够准确估计电机转子位置,并具有很好的稳态性能。     

基于扰动补偿磁链观测器的永磁同步直线电机无位置传感器控制

为了提升永磁同步直线电机无位置传感器控制性能,研究了一种基于扰动补偿磁链观测器的无位置传感器控制方法。该方法将陷波滤波器看作扰动观测器并且结合反馈控制器,计算简单,容易实现。观测器中的参数调试也不复杂,对直流偏置和谐波扰动有着比较好的抑制作用,相当于克服了传统磁链观测器最主要的局限性。此外,研究的观测器不会带来磁链幅值和相位的误差。利用锁相环估计位置和速度,进一步提高观测器观测精度。实验证明扰动补偿磁链观测器能够有效减小直线电机运行过程中的动子磁链的估计误差,从而提高动子的位置和速度的估计精度。     

基于谐波抑制和扰动观测器的磁通切换永磁直线电机联合控制方法

为解决磁通切换永磁直线(LFSPM)电机驱动系统推力波动较大的问题,研究其定动子双凸极结构引起的与位移相关的定位力以及参数摄动、外部扰动等非线性因素对电机运行稳定性的影响,提出了一种将谐波抑制算法和扰动观测器相结合的联合控制策略。首先,在分析磁通切换永磁直线电机定位力的基础上,通过注入谐波电流产生的电磁推力抵消定位力的主要谐波分量,从而实现对定位力的补偿;同时将参数摄动引起的电机模型误差和外部干扰视为系统扰动,利用扰动观测器对其进行观测,并将观测值作为补偿信号反馈到输入端以抵消扰动对系统的影响,在保证对系统扰动有较强鲁棒性的同时,提高系统的动态性能。最后,搭建了基于AD5435半实物装置的实验平台,并通过实验研究验证了所提控制算法的可行性和有效性。     

基于全局快速终端滑模观测器的无刷直流电机无位置传感器控制

无刷直流电机(BLDCM)位置传感器的存在影响控制系统的可靠性、体积和成本,所以控制系统常采取无位置传感器的控制方法。提出了基于全局快速终端滑模观测器(GFTSMO)的无位置传感器控制策略,所提出的滑模观测器结合了非奇异终端滑模观测器(NTSMO)和线性滑模观测器的优点。该观测器引入了混合滑模面,具有全局快速收敛性和较好的跟踪精度,减少了常规滑模观测器的相位滞后问题,提高了转子位置与速度的估算精度。设计了高阶滑模控制律,保证观测器的稳定性并抑制抖振现象,可以得到平滑的反电动势信号。实验结果表明,所提出的控制策略能够准确估计得到无刷直流电机的线反电动势,加快收敛速度,系统具有较好的静、动态特性。实验结果验证了所提出控制方法的有效性。