基于扩张状态观测器的无传感永磁同步电机研究

永磁同步电机(PMSM)高性能伺服控制系统中需要对转子位置进行高精度的辨识。设计了一种基于非线性扩张状态观测器(ESO)的PMSM无位置传感器控制方法。仿真结果表明,基于ESO的无位置传感器控制方法能获得准确的转子位置和速度信息,实现了系统的无位置传感器矢量控制。该方法与常用的两种使用滑模观测器(SMO)的无位置传感器控制方法对比,非线性扩张状态观测器不仅对电机参数不敏感,鲁棒性强,而且还具有增益小、无抖振、观测精度高的特性。     

基于反步鲁棒控制与改进跟踪微分器的PMSM无传感器控制

为了进一步提高永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)无传感器控制的观测精度，提出了基于反步鲁棒控制与改进跟踪微分器的PMSM无传感器控制方法。首先，建立了PMSM的数学模型。其次，以Sigmoid函数为基础，设计跟踪微分器，实现对PMSM转子转速和位置的观测。然后，为了提高系统的抗扰能力，将反步控制和鲁棒控制相结合，对PMSM调速系统设计了反步鲁棒控制器。最后，设计了双曲正切跟踪微分器对外部负载进行实时观测，并将其补偿给控制系统，达到降低负载扰动对电机转速影响的目的。实验结果表明，该观测器对电机转子转速和位置具有良好的观测效果，同时反步鲁棒控制也具有较高的控制精度，对负载有很好的抑制效果。     

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。     

永磁同步电机滑模变结构转速直接观测器

提出一种基于滑模变结构的永磁同步电机(PMSM)转速直接观测器(DSMSO),在直接转矩控制(DTC)系统中,利用观测器估算得到的转速实现电机无速度传感器控制。根据李亚普诺夫稳定性原理,推导出PMSM滑模观测模型的收敛条件,从而可直接估算出电机转速,去掉了转速间接观测器常用的低通滤波器和位置微分环节。仿真和实验结果表明,提出的DSMSO与现有转速间接观测器相比,在中高速和低速稳态运行情况下转速稳态观测精度有所提高,同时变速阶段的转速动态观测精度和误差收敛速度均有所提高。     

基于滑模观测器的无传感器永磁同步电机矢量控制系统

针对永磁同步电机(PMSM)反电势滑模观测器低速观测受限和系统抖振问题,提出一种基于滑模观测器(SMO)来预估转子位置和速度的新方法。通过在传统滑模观测器中引入等效控制反馈,并对静止坐标系下反电势(EMF)分量进行估算,利用锁相环(PLL)方法提取了转子位置和速度信息。建立了PMSM全数字无位置传感器的矢量控制系统平台,对该方法做了详细验证。实验结果表明:该方法拓宽了滑模观测器低速观测范围,降低了系统的抖振,提高了系统的实时性。     

表贴式PMSM转子初始位置非线性估计

针对表贴式永磁同步电机(PMSM)转子初始位置估计的问题,研究了一种基于两相静止坐标系下注入高频电压信号的非线性观测器的改进估计方法,并构造Lyapunov函数证明了非线性观测器的稳定性和初始位置收敛的象限问题进行了分析,给出了该非线性观测具体实现算法。仿真结果表明,该估计方法能够快速且准确地估计出PMSM转子初始位置,与基于数字低通滤波器的高频注入信号方法相比,该方法具有收敛快速、算法简单等优点,适合工程应用。     

基于改进型ADRC的永磁同步电机转子位置角控制方法

为了实现永磁同步电机(PMSM)转子位置角的快速、精确控制,提出一种基于改进型自抗扰控制技术(ADRC)的新型位置角控制策略。首先设计一个原点周围平滑性和连续性更好的新型非线性函数。基于该非线性函数设计了转子位置角控制系统的改进型扩张状态观测器(ESO)和改进型非线性误差反馈控制律(NLSEF)。改进型ESO用来观测位置角控制系统的内部状态和扩张状态,扩张状态由非线性因素、内部模型不确定性和外部扰动组成。改进型NLSEF用来抑制残余误差,提供最优位置控制律。最后对基于改进型ADRC的PMSM位置角控制系统进行了仿真分析和实验验证,结果表明在PMSM位置角控制中,改进型ADRC比传统控制策略具有更好的抗干扰能力和鲁棒性。     

采用扩展卡尔曼滤波磁链观测器的永磁同步电机直接转矩控制

提出利用卡尔曼滤波(extended Kalman filter，EKF)观测器对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)直接转矩控制(direct torque control，DTC)系统进行精确参数估计的方法。通过检测定子电压和电流，应用EKF观测器精确估计电机的定子磁链、电机转速和转子位置，间接估计转矩，近而实现PMSM的无速度传感器控制；同时改进常规的EKF估计状态方程，提高速度估计的精确性，并证明了基于EKF的控制系统的稳定性定理。仿真结果表明该方法减小了系统的非线性、参数变化以及干扰带来的影响，EKF能够准确估计状态变量，提高了直接转矩控制的性能。     

基于自抗扰控制器的交流位置伺服系统

提出一种新颖的基于自抗扰控制器(ADRC)的永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统。外环由AD-RC实现位置环调节器,内环由PI调节器实现电流闭环,共同组成新颖的位置伺服系统控制器。ADRC由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈率(NLSEF)组成。TD通过为目标信号安排合适的过渡过程克服了系统响应中快速性和超调之间的矛盾;ESO精确观测系统的扰动并把扰动作用补偿到ADRC的输出中,提高系统的抗扰动能力;NLSEF实现非线性调节器以提高系统的控制精度。仿真和实验结果表明,该位置伺服系统具有高控制精度、快速响应无超调、强鲁棒性的特点。     

多机电力系统参数自适应控制的设计理论与方法

针对一般形式的多输入多输出（MIMO）非线性微分代数系统的跟踪和系统参数的不确定性，利用M导数和M括号及其MIMO反馈线性化技术，在当系统的M关系度小于系统的阶数及其满足某些指定的条件下，得到微分代数系统模型的标准形式。根据线性系统控制理论及其跟踪目标的要求，给出了一般非线性控制规律的表达式。考虑到实际系统中的参数不确定性或未知性，难以预先构造非线性反馈控制规律来保证整个系统的稳定性，对于微分代数系统中存在参数不确定时，运用Lyapunov稳定性理论方法，采用适当的参数自适应方法来估计未知的不确定的参数值并加以修正，很好地实现了系统跟踪的控制目的。     

基于非线性观测器的PMSM转子位置估计

本文提出了一种基于非线性观测器的永磁同步电动机(PMSM)的转子位置估计方案。非线性观测器构造两个新的状态变量,利用这两个状态变量中所包含的位置信息,将电动机转子的位置估算出来。为验证此方案的稳定性和可行性,以TI公司的数字信号处理器TMS320F2812为核心搭建硬件平台,对整个控制系统进行了实验验证。实验结果表明,所采用的非线性观测器对转子位置的估算非常有效,同时整个控制系统在比较宽的调速范围内能稳定运行。     

永磁同步电机的哈密顿建模与无源性控制

针对永磁同步电机（PMSM）转速调节问题，采用端口受控哈密顿（PCH）系统和无源性控制原理，研究了PMSM的建模与控制。将PMSM看作是二端口的能量变换装置，基于PCH系统理论建立了PMSM的非线性数学模型。利用能量成型和无源性控制方法。给出了PMSM的速度控制原理，反馈控制问题被归结为一类偏微分方程的求解。通过选择期望的闭环系统哈密顿函数，可将偏微分方程转换成一组普通的方程，从而使求解变得容易。分析了永磁同步电机速度控制系统平衡点的稳定性，并设计了控制器。仿真结果表明所设计的方案具有很好的转速跟踪性能。     

Luenberger观测器在永磁同步电机无传感器控制中的应用研究

在永磁同步电机(PMSM)矢量控制中,根据Luenberger观测器原理,提出了一种基于Luenberger观测器的PMSM转子速度和位置的估算方法,有效解决了PMSM由于机械传感器安装带来的一些弊端。利用MATLAB/Simulink工具搭建控制系统仿真模型并进行仿真验证,仿真结果表明控制系统具有良好的控制性能。最后,在以STM32F103ZET6为控制核心的硬件系统上进行算法的实现,试验结果表明基于Luenberger观测器的PMSM控制系统具有较高的控制精度且稳定性较好。     

基于滑模自抗扰的永磁同步电机电流环控制方法研究

为了提高永磁同步电机控制系统的稳定性，针对滑模控制存在的抖振现象以及系统运行时的扰动问题，给出了一种基于线性滑模自抗扰控制的电流控制器，所谓线性滑模自抗扰控制就是滑模控制与自抗扰控制的结合，其核心为扩张状态观测器，扩张状态观测器可观测系统的状态及扰动并对扰动进行补偿，能有效抑制系统扰动、提高系统的动、静态性能。搭建永磁同步电机滑模自抗扰矢量控制仿真模型，仿真结果表明，与传统滑模控制相比，该方法提高了永磁同步电机控制系统的稳定性，削弱了系统抖振，改善了系统扰动问题。     

基于奇异摄动的永磁同步电机无位置传感器控制

针对永磁同步电机伺服系统的双时间尺度特性,根据奇异摄动理论将永磁同步电机驱动系统的数学模型分解,得到快、慢两个电气子系统.基于快变电气子系统模型,采用Luenberger观测器构建快的位置估计器.通过慢变电气子系统构建慢的速度估计器.无位置传感器永磁同步电机闭环控制系统的计算机仿真结果表明,本文提出的算法既具有较高的辨识精度又具有相对少的计算量,速度跟踪性能可以满足永磁同步电机伺服系统无位置传感器控制需要.     

基于扰动观测的永磁同步电机单环预测控制

针对模型预测控制算法应用于永磁同步电机的控制过程中,存在电磁、机械参数变化导致电机模型设定值可能与实际值不匹配或负载扰动等所引起的非线性扰动现象,造成算法存在预测误差进而影响控制系统动态稳定性的问题。提出了一种基于同步旋转坐标系下具有扰动观测器的转速-电流单环模型预测控制方法。首先,根据永磁同步电机的数学模型,设计单环模型预测控制器,进而降低控制器参数整定难度。其次,设计基于卡尔曼滤波算法与无偏模型预测控制方法相结合的扰动观测器,用于反馈补偿控制,通过估计预测量和输出量中的扰动项和状态量,来消除模型不匹配和负载扰动等影响。最后,仿真结果和实验验证均表明,所提出的具有扰动观测的单环模型预测控制方法,改善了电机参数的不确定性和外部扰动所带来的鲁棒性问题。     

基于滑模观测器估计误差反馈的永磁同步电机转速控制策略

针对高精度伺服调速系统的永磁同步电机(PMSM)响应速度慢、转速跟踪性能差和转矩脉动大等问题,提出一种基于滑模观测器(SMO)估计误差反馈的永磁同步电机转速控制策略。首先,在永磁同步电机矢量控制基础上设计以滑模观测器转速估计误差实时分配转速PI控制和滑模控制(SMC)的复合控制策略; 其次,利用滑模观测器转速、转角估计误差设计转角速度补偿调节器对转速实时补偿,由此进行误差的转速补偿控制。最后,结果表明基于滑模观测器估计误差反馈的永磁同步电机转速控制策略相较于PI控制和滑模控制具有较小的超调量、良好的平稳性和较强的抗扰能力等优点     

基于扰动滑模观测器的永磁同步电机矢量控制

分析了一类非线性系统基于扰动的滑模状态观测器设计的基本思想,在此基础上将其应用到永磁同步电机无传感器矢量控制策略下永磁转子速度及位置信息的获取当中.为获取精度较高的状态估计,设计了具有变截止频率特性相位补偿的位置及具有自适应调节率的转速滑模观测器,理论分析表明这类观测器对参数变化具有极强的鲁棒性.仿真结果证明基于空间矢量脉宽调制供电技术的永磁同步电机双闭环无传感器矢量控制系统具有较好的动静态性能.     

自适应高阶滑模永磁同步电机永磁磁链观测

针对永磁同步电机(PMSM)用传统方法难以准确观测永磁体的失磁问题,讨论基于自适应非奇异终端滑模变结构的永磁磁链观测策略。依据永磁体失磁工况建立永磁同步电机数学模型,根据永磁同步电机失磁故障检测,构建自适应和非奇异终端滑模观测器,给出定子电阻自适应估计值,借助Lyapunov稳定性理论对观测器的稳定性加以证明,依据滑模变结构等值控制原理构造出永磁磁链算式。仿真实验验证了在改变定子电阻参数后,自适应高阶滑模永磁磁链观测器能准确地检测磁链参数。