一种永磁同步电机定子磁链和电磁转矩观测器

在风力发电系统中,风力发电机需要根据主控系统的转矩指令进行精确的转矩控制。传统的控制方法直接根据转矩指令计算对应的电流指令,并进行电流闭环控制。然而,根据转矩指令计算电流指令时,由于电机参数的影响,导致转矩控制精度降低。因此,文中基于全阶滑模观测器,提出了一种永磁同步电机定子磁链和电磁转矩观测器。与传统的电压模型磁链观测器相比,所提磁链观测器克服了积分初始值和积分漂移的问题。与传统电流模型磁链观测器相比,所提磁链观测器克服了电机电感参数和永磁体磁链参数的影响。基于观测得到的定子磁链,可实现电磁转矩的精确观测。通过设计转矩闭环控制,大大提高了转矩控制精度。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

永磁型无轴承电机的完整系统建模

为实现永磁型无轴承电机的稳定悬浮运行，须对转矩和悬浮力进行实时控制。电磁转矩和磁悬浮力的精确计算是无轴承电机设计及其控制的基础。传统的永磁型无轴承电机数学模型将转矩与悬浮力作为两个独立的系统来考虑，忽略了它们之间的非线性电磁耦合关系，因此计算精度不理想。该文通过虚位移法推导、并建立了考虑转矩绕组与悬浮绕组之间非线性电磁耦合关系及转子运动的面贴式永磁型无轴承电机完整系统数学模型，并通过有限元分析提取了模型中的关键参数。基于此模型实现了转子磁场定向控制的悬浮运行仿真，通过与传统数学模型的仿真结果对比，验证了该模型的精确性与完整性。     

无速度传感器的感应电机神经网络鲁棒自适应控制

针对感应电机定子电阻和负载转矩参数的不确定性,提出了无速度传感器的感应电机神经网络鲁棒自适应控制方案。用反步法设计了一种可以将各状态变量跟踪误差和神经网络各权值限制在规定范围内的神经网络鲁棒自适应控制器,提出了相应的算法,用Lyapunov定理对其稳定性进行了证明。提出了一种可以估算转子磁链和转速的观测器及相应的算法。仿真研究表明,所提出的感应电机无速度传感器控制方案对电机定子电阻、负载转矩的鲁棒性强,动态性能好,速度估算较精确。     

开关磁阻电机模糊滑模观测器间接位置检测

研究开关磁阻电机滑模观测器间接位置检测方法,针对传统滑模观测器存在抖振影响系统动态性能的问题,引入模糊控制,用模糊控制器调节开关函数的输出幅值,以抑制抖振并快速到达滑模面。详细分析了基于电磁转矩的误差函数构造方法及其选取过程,该误差函数能反映电机转子位置误差与转速误差,讨论了滑模观测器稳定运行条件及参数选取,在此基础上推导了模糊控制规则,设计了模糊滑模观测器。通过仿真和实验分析,验证了模糊滑模观测器能柔化控制器的输出信号,使响应速度更快,且鲁棒性强,可以实现转子位置的精确估算。     

基于BP神经网络的开关磁阻电机直接转矩控制系统及实现

直接转矩控制可有效抑制开关磁阻电机(SRM)转矩脉动。由于开关磁阻电机双凸结构和磁路的严重饱和,造成其转矩是关于电流和转子位置的严重非线性函数,转矩计算非常困难。针对这一问题,本文提出一种采用基于BP神经网络建立开关磁阻电机转矩模型的方法。利用有限元仿真得到的转矩样本对BP神经网络经行进行离线训练,完成电流、位置角度到转矩的非线性映射,构造出基于BP神经网络的转矩观测器。再将构造好的转矩观测器应用于电机直接转矩控制系统中,对电机的转矩经行进行实时在线估算。最后,将估算转矩经行反馈,完成电机的直接转矩控制。该控制方法利用了BP神经网络泛化、逼近能力强的优点,同时控制过程简单,无需在线训练。实验结果表明,所提方法转矩计算速度快、计算精度高,可以满足实时控制的要求,有效地减小了电机的转矩脉动。     

永磁同步电机单电流传感器系统的三相电流重构策略

电流传感器受制造工艺与使用环境等因素的影响,在永磁同步电机驱动系统运行时可能失效。为提高系统的容错控制能力,该文提出一种新的基于自适应观测器的单电流传感器矢量控制策略。该策略首先在旋转坐标系下建立电流自适应观测器的数学模型,然后对唯一可测量的相电流进行坐标变换与低通滤波,计算出电流自适应观测器所需要的电流误差信息,并使用粒子群算法对观测器参数进行优化设计。半实物实时仿真结果表明与传统方法相比,所提方法具有更好的动态与稳态性能以及更高的转矩控制精度,并对电机参数具有良好的鲁棒性。     

基于RBF神经网络的开关磁阻电机转矩脉动控制

开关磁阻电机的双凸极结构和高度的非线性电磁特性会引起严重的转矩脉动。针对这一问题,提出了一种基于径向基函数神经网络的瞬时转矩控制方法。利用径向基函数神经网络较强的泛化和逼近能力,结合开关磁阻电机样本数据和控制要求,设计转矩观测器,实现电流、角度到转矩的非线性映射。然后将转矩作为转矩内环的反馈,直接控制瞬时转矩跟踪转速外环输出的参考转矩,再结合转矩滞环控制器完成电机的转矩控制。仿真和实验结果表明,所提控制策略具有响应速度快、控制精度高、可适应转速变化等优点,能有效地减小开关磁阻电机的转矩脉动。     

基于新型磁链观测器的无轴承永磁薄片电机直接控制

将直接转矩控制理论和方法应用于无轴承永磁薄片电机,并借鉴该思想,构建转子位移和径向悬浮力双闭环控制系统。同时,针对传统直接控制系统中,磁链观测精度低的弊端,引入一种基于锁相环原理的磁链观测器,用于改善电机低速运行时的性能。首先推导了无轴承永磁薄片电机转矩和径向悬浮力数学模型。其次,设计锁相环磁链观测器,并阐述直接控制实现算法,构建基于锁相环磁链观测的无轴承永磁薄片电机直接控制系统。运用Matlab/Simulink模块对控制系统进行仿真,仿真结果验证了数学模型和控制算法的正确性。最后,将该控制策略用于一台4kW样机。实验结果表明,与传统直接控制相比,所提出的直接控制策略不仅能有效提高转矩和悬浮力控制精度,同时具有良好的动、静态性能。     

具有效率优化计算的异步电动机自抗扰与滑模直接转矩控制

为了克服异步电动机直接转矩控制中转矩和电流脉动大等缺点,设计改进的自抗扰速度控制器取代传统的比例积分(PI)控制器。根据异步电动机的数学模型以及滑模变结构控制理论设计了一种基于转矩误差和磁链平方误差的新型滑模控制器。考虑电机运行过程中负载转矩未知问题,设计了一种基于Super-twisting算法的负载转矩观测器。Super-twisting定子磁链观测器的应用提高了观测精确度。通过效率优化计算得出稳态时最优定子磁链,并将其引入调速系统。仿真试验结果表明,该控制策略有效地减小了转矩和电流脉动,并且对外部扰动具有较强抑制作用,同时能够降低电机运行损耗,具有良好的动态和稳态性能。     

永磁无刷直流电动机反电势观测器比较与改进

具有非理想梯形波反电势的永磁无刷直流电机在直接转矩控制时必须实时计算反电势值以便估算转矩,计算可以由状态观测器完成。该电机采用六拍换相控制方式,在换相时观测器计算的反电势值与实际值差别较大,导致转矩估算不准。将四种状态观测器通过适当设计用于反电势计算并进行比较,指出反电势计算出现误差是因为观测器的反馈输入中只有电流观测误差的比例项。提出用比例积分观测器来消除这种误差,并利用通用结构观测器对比例积分观测器加以改进,使其适用于电机参数测量不准确的场合。以实际电机系统为观测对象,应用MATLAB编制相应的观测算法,计算结果表明,对反电势计算误差形成机理的分析正确,比例积分观测器及其改进型可以有效消除这种误差。     

基于定子磁链定向的永磁同步电机无差拍直接转矩和磁通控制策略

为提高传统无差拍直接转矩和磁通控制策略DB-DTFC)的动态响应稳定性、鲁棒性与计算效率,并降低电磁转矩和定子电流波动,以平面坐标系为基础,推导了基于定子的电磁转矩耦合数学模型,提出了改进型DB-DTFC控制策略的基本原理,并基于定子电压坐标系统和扭矩通量坐标系统,设计了一种新型图形分析方法和通用解决方法,并运用试验分析对比了DB-DTFC策略和改进型DB-DTFC策略的系统稳定性。试验结果表明,改进型DB-DTFC策略的相电流值、电磁转矩波动均低于DB-DTFC策略,且计算执行时间比DB-DTFC策略提升了50%,能够有效降低电磁转矩和定子电流波动,提升电机控制计算效率,提高电机动态响应稳定性,增强系统鲁棒性。     

高速精密轧辊磨头主轴电机SVM-DTC系统的无速度传感器控制

针对一种主轴砂轮线速度在80 m/s以上的高速精密轧辊磨床,以主轴异步电机YVF160L-2和逆变器的数学模型为基础,采用空间电压矢量调制(SVM)与直接转矩控制(DTC)相结合的SVM-DTC方案,减少轧辊磨头砂轮主轴运行时的转矩脉动;并利用模型参考自适应器建立了速度观测器,实现高速精密轧辊磨头主轴电机无速度传感的闭环控制。仿真结果表明,基于辨识速度的SVM-DTC系统能有效改善主轴电机运行时定子磁链和输出轴转矩的波动,控制性能得到明显提升。     

Quick and precise position control of ultrasonic motor using hybrid control

The ultrasonic motor has an excellent level of performance and many useful features, including high torque, low speed, compactness in size, and absence of electromagnetic interference. This motor has an especially large holding torque and a high response characteristic, making it ideal for use as a servomotor. The drive principle of the ultrasonic motor is, however, different from that of electromagnetic motors and its mathematical model has not been developed yet. Its speed characteristics, moreover, vary with the driving conditions. Consequently, it is difficult to control the ultrasonic motor while maintaining performance. In this paper, a position control scheme using adaptive control is proposed. The utility and validity of the proposed control scheme is tested in experiment.     

新型半导体换流低速磁阻电动机的基本原理及数学模型

该文提出了一种新型结构原理的低速大力矩电动机-半导体换流低速磁阻电动机(SCLRM)，该种电机无需任何减速机构，仅由6只二极管构成变流器与传统磁阻型低速同步电动机相结合，既保留了传统磁阻型低速电机结构工艺简单的优点，又克服了传统磁阻型低速电机难以输出大转矩的局限，为直接驱动的低速大力矩电动机的研究开辟了一条新的途径。该文在介绍了SCLRM的基本结构和三相交流电源下的自激换流工作原理的基础上，建立了SCLRM在多相坐标系和复变量坐标系下的数学模型，提出了SCLRM的线性磁网络模型并推导出了绕组电感参数及电磁转矩的计算公式，并详细分析了SCLRM电磁转矩产生的物理本质，仿真结果与实验结果相吻合。     

基于电磁转矩的永磁同步电机新型变结构PI控制方法

针对永磁同步电机(PMSM),在传统PI控制时易出现转速超调、冲击电流大、转速环抗负载扰动能力差等现象,通过对PMSM数学模型的推导分析以及基于PI控制理论,提出了一种基于电磁转矩的新型变结构PI(VSPI)控制方法。该方法是在传统PI控制VSPI的基础上,通过融合微分前馈控制以及引入转矩反馈量等闭环控制策略,较好地解决了转速超调以及系统的抗干扰性等问题,并给出了电磁转矩的电压电流混合观测模型结构以及计算方法,同时分析了开环增益变化给予系统稳定性的影响情况,最后通过仿真试验验证了该新型方法的可行性和有效性。     

考虑磁饱和效应的永磁同步电机高精度数学模型分析

永磁同步电机数学模型的精度对其控制品质有重要的影响。本文提出一种新型的永磁同步电机数学模型,可充分考虑磁饱和效应以及转子位置对模型的影响。首先通过电磁场有限元计算,获得电机若干工况下的电流、电感以及转矩的计算结果;然后结合插值方法,将电流、电感以及转矩之间的关系用确定的矩阵或二维曲面进行量化描述;最后基于该矩阵或二维曲面构建电机高精度数学模型。该模型的计算不再采用有限元方法,具备计算速度快、精度高的特点,其计算准确性通过有限元进行了验证,模型的建立有助于实现电机的高精度高品质控制。     

全数字化无刷直流电机伺服控制系统设计

转矩波动是影响无刷直流电机伺服控制精度的重要因素,限制了无刷直流电机在控制性能要求较高场合的应用。针对此问题,在传统位置环和速度环的基础上,引入数字化电流环,通过电流闭环控制稳定电磁转矩,从而减小转矩脉动的干扰以提高控制精度。通过对系统模型的分析,确定控制系统参数,实现了以高性能的数字信号处理器DSP28335为核心的电机伺服控制系统软硬件设计。实验结果表明,引入数字电流环后,系统的跟踪精度得到了明显的提高（近9倍）,且系统的动态响应性能也得到了较好的改善。     

计及中点电压的无刷直流电机动态观测器设计及仿真

传统的永磁无刷直流电机模型均忽略了电机中性点的电压,这在分析电机各项性能时带来误差.本文推导了计及中点电压时的永磁无刷直流电机的数学模型,并在此基础上设计了永磁无刷直流电机的动态观测器,仿真试验表明,考虑中点电压有效地提高了观测器的精度.