永磁同步电机传动系统电流环非线性自抗扰控制器的设计与稳定性分析

高性能永磁同步电机伺服系统要求有快速响应的电流内环以保证系统的高动态性能,传统PI调节器容易出现超调及振荡调整过程。为实现对高性能永磁同步电机伺服系统电流环的精确控制,采用自抗扰控制器代替传统PI调节器,将电流环中电动势项和定子电阻压降项作为内部扰动量,其他未知扰动作为外部扰动量,设计了电流环非线性自抗扰控制器。与传统PI调节器相比,自抗扰控制器可以对系统内外部扰动量进行实时观测补偿,具有更好的系统抗扰动能力,可以更迅速、精确地跟随电流指令;为避免因控制器参数选取不合适而引起的电流环周期振荡,采用描述函数法对非线性自抗扰控制器取不同参数时电流环的稳定性进行了分析。通过仿真和实验验证了控制器设计的有效性。     

自抗扰技术在异步电机直接转矩控制系统的研究

为解决异步电机在低速、随机干扰、电机参数变化控制性能变差的问题,本文提出在直接转矩控制系统的转速调节器中采用自抗扰控制技术(ADRC),在深入分析自抗扰控制器的基础上,设计了自抗扰控制速度调节器,并与常用的PI调节器在Matlab/Simulink仿真环境下进行实验对比。实验结果表明,所采取的方法在改善系统的低速性能,抗负载扰动方面取得显著效果。     

基于负载观测的伺服系统抗扰研究

当负载变化时，按线性二次型状态反馈(LQSF)所设计的最优闭环控制系统是有静差的，为了减小和消除扰动静差，文中引入负载观测器实施对扰动负载的观测，并将其引入到电流调节器的输入端，作为速度调节器前馈补偿的控制输入，从而使系统具有优良的抗扰性能。文中给出了伺服系统负载观测的存在条件，负载观测器的构成方法，并在有或无负载观测结果参与控制的情况下，对实际系统做对比研究。系统的仿真和实验均证实了负载观测器参与系统控制的有效性。     

永磁同步电机速度阶跃响应研究

文章简述了永磁同步电机伺服系统的原理与设计,介绍了系统为满足矢量控制条件,改善电流环动态性能的具体措施.通过研究速度环的动态结构,选择速度环的调节方式,以满足速度环的无差与抗扰要求.通过对不同速度范围改变调节器比例积分系数,可以实现在不同速度范围系统响应性能的优化;为提高速度阶跃响应性能,在速度阶跃时设置最大启制动力矩,可以充分发挥电机的潜力,加快电机速度的阶跃响应过程;在速度调节环中引入微分反馈,可以使速度调节器提前退出饱和,抑制超调,满足伺服系统的定位要求,提高系统速度阶跃响应性能.所做的设计在实际系统中得到实验验证.     

考虑悬浮系统影响的高速磁悬浮列车牵引控制策略

常导电磁式高速磁悬浮列车采用长定子直线同步电机驱动,电机的励磁磁极同时也是悬浮电磁铁,车辆的牵引力和悬浮力存在严重的非线性耦合关系,运行过程中悬浮系统的调节会对牵引系统造成影响,引起牵引力波动。该文建立考虑悬浮系统影响的长定子直线同步电机数学模型,针对牵引力波动问题,提出一种基于磁链观测的控制策略,该策略基于扩展反电动势法来观测磁链,通过将磁链参数应用于速度环和电流环,在线调整定子q轴电流从而抑制由悬浮系统引起的低频牵引力波动。但该策略在低速时磁链观测存在误差、性能受限,在此基础上提出结合自抗扰和磁链观测的复合控制策略,通过扩张状态观测器补偿磁链观测误差以及其余扰动。硬件在环实验结果表明,该控制策略有效地抑制了悬浮系统影响造成的牵引力波动,提高了磁悬浮列车的抗负载扰动能力和系统动态性能。     

基于改进自抗扰控制的永磁同步电机无传感器系统研究

针对永磁同步电机(PMSM)矢量控制无速度传感器系统的速度辨识问题,分别在系统的速度环、电流环设计自抗扰控制器替代传统的PI调节器。通过自抗扰控制(ADRC)中的扩张状态观测器(ESO)对扰动的准确估计进行速度辨识,实现系统的无传感器运行;对典型自抗扰控制器进行改进,简化模型结构并引入模糊控制算法对控制器参数进行优化。仿真结果表明:改进ADRC比PI调节更能满足PMSM系统的高性能控制要求;与模型参考自适应相比,采用ESO观测方法在电机低速运行时的转速估计效果更好,且对电机参数变化不敏感,鲁棒性更强。     

基于负载观测的永磁电机驱动系统自抗扰控制

针对永磁同步电机(PMSM)的车辆驱动系统在负载变化过程中转速受到较大影响的问题,结合自抗扰控制器(ADRC),采用对负载扰动进行观测并补偿来抑制外部扰动的方法,设计了基于负载观测的二阶ADRC速度控制系统。对负载观测ADRC的控制方程进行了推导,并将负载观测控制量作为速度环的补偿控制输入。同时与未加入负载扰动的ADRC系统作对比研究。仿真与实验结果表明,带有负载观测的ADRC调速系统具有更强的抗扰动能力,提高了PMSM变频调速系统的动态稳定性能和响应能力,证明了带有负载观测的ADRC控制系统能够更好地满足电传动履带车辆的控制系统要求。     

永磁同步电机速度阶跃响应研究

文章简述了永磁同步电机伺服系统的原理与设计，介绍了系统为满足矢量控制条件，改善电流环动态性能的具体措施。通过研究速度环的动态结构，选择速度环的调节方式，以满足速度环的无差与抗扰要求。通过对不同速度范围改变调节器比例积分系数，可以实现在不同速度范围系统响应性能的优化；为提高速度阶跃响应性能，在速度阶跃时设置最大启制动力矩，可以充分发挥电机的潜力，加快电机速度的阶跃响应过程；在速度调节环中引入微分反馈，可以使速度调节器提前退出饱和，抑制超调，满足伺服系统的定位要求，提高系统速度阶跃响应性能。所做的设计在实际系统中得到实验验证。     

改进自抗扰的永磁同步电机直接转矩控制无传感系统研究

针对永磁同步电机直接转矩控制系统低速时传统电压模型对定子磁链估计不准确的问题,采用自抗扰控制技术中的扩张状态观测器对定子磁链和转速进行估计,提高观测精度并实现直接转矩控制系统的无传感器运行;对自抗扰调节器进行改进,简化调节器的结构并引入模糊控制对调节器参数进行优化,减少待整定参数并实现参数的自动调节。将改进的自抗扰调节器替代PI调节器用于速度调节,以提高系统的抗扰性;采用空间电压矢量调制替代传统的开关表和滞环比较器,使功率器件开关频率恒定,减小系统的磁链和转矩的脉动。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于时变参数扰动观测器补偿的永磁同步电机非光滑速度调节器

提出一种基于时变参数扰动观测器补偿的非光滑速度调节器,针对永磁同步电机(PMSM)速度环中存在的外部负载扰动、速度采样信号失真等影响因素,提高系统动态响应及抗扰性能。以永磁同步电机驱动系统的速度环扰动分析为基础,针对速度误差设计非光滑控制律,使闭环系统的速度偏差迅速收敛到一个小的区域。然后,引入参数时变的扰动观测器来估计速度环中的总扰动,提高扰动估计的精度,在观测器中对转速采样滤波器带来的延迟进行补偿,实现速度检测无时延。最后,将扰动估计值用于前馈补偿构成复合控制器。仿真和实验结果验证了基于时变参数扰动观测器补偿的非光滑控制策略的正确性及可行性。