交流伺服系统转动惯量的辨识及负载转矩观测方法研究

交流伺服系统的工作性能受电机参数及负载扰动的影响很大，有必要对其转动惯量和负载转矩进行在线辨识和观测，并在辨识转动惯量时考虑负载扰动，并据此调整速度PI调节器参数以改善和提高系统的稳态和动态性能。本文提出一种转动惯量辨识的改进方法，用状态观测器对负载转矩进行实时观测，然后再利用模型参考自适应算法对系统的机械参数即系统转动惯量进行辨识。研究了自适应增益对辨识结果的影响。根据转动惯量的在线辨识量，利用最小峰值响应方法对系统速度PI调节器参数进行了自整定。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于PDFF速度调节器的PMLSM无差拍电流预测控制

针对电磁弹射用永磁同步直线电机控制系统动态响应速度快、抗干扰能力强的需求,传统永磁同步直线电机PI控制系统无法满足控制需要的现状,本文设计了具有高动态性能、强鲁棒性的速度-电流双闭环控制系统。在转速环引入伪微分前馈-反馈调节器,电流环采用无差拍电流预测控制,同时为消除永磁同步直线电机参数失配以及外部扰动造成的电流波动,设计了扩张状态观测器对扰动进行观测,并对电压参考值进行补偿,提升了系统的鲁棒性和动态响应能力。最后利用MATLAB/Simulink仿真验证了设计的可行性,设计的系统相较于传统PI速度调节器电流预测控制系统动态响应速度更快、抗干扰能力更强。     

基于转速动态估计器的无速传感器感应电机矢量控制系统

介绍了一种直接转子磁场定向无速度传感器的感应电机矢量控制系统.该系统使用定转子自适应磁通观测器和转速动态估计器来估算转子磁通和转速,有三个PI控制器分别控制转速、转矩和磁通的电流分量,输出电压空间矢量控制电机.仿真结果表明,该系统具有较好观测精度和鲁棒性,动态和稳态性能也较好.     

基于转速动态估计器的无速度传感器感应电机矢量控制系统

本文介绍了一种直接转子磁场定向无速度传感器的感应电机矢量控制系统.该系统使用定、转子自适应磁通观测器和转速动态估计器来估算转子磁通和转速,有三个PI控制器分别控制转速、转矩和磁通的电流分量,输出电压空间矢量控制电机.仿真结果表明,该系统具有较好观测精度和鲁棒性,动态和稳态性能也较好.     

用于PMSM无位置传感器控制的滑模观测器的设计与仿真

根据永磁同步电机的数学模型,设计出一个滑模状态观测器,用于估算电机转子位置和速度并推导其状态方程,对其稳定性进行了分析。并且对此系统进行了Matlab仿真,仿真结果表明,该方法对电机参数变化不敏感,具有较强的鲁棒性。滑模变结构状态观测器能够在较广速度范围内追踪转子实际位置,实现对转轴位置的观测,从而实现了永磁同步电机的无传感器的控制。     

基于自适应Luenberger观测器的永磁同步直线电机无位置传感器控制

传统无位置传感器控制系统的位置信息处理一般采用PI调节器。针对PI调节器存在参数整定、跟踪性能差和抑制干扰能力弱等问题,提出了一种新型的自适应Luenberger观测器。利用脉振高频电流注入法(HFI)获得高频位置信号,根据电机的动力学方程建立Luenberger观测器并对速度、负载扰动进行观测,采用神经网络建立参数自整定的控制器取代观测器中的PID控制,实现了永磁同步直线电机(PMLSM)的无位置传感器控制。仿真结果表明,在速度变化与负载扰动同时存在的情况下,基于自适应Luenberger观测器的PMLSM控制系统的速度估算误差最大值为2×10^-3 m/s,位置估算误差最大值为-3×10^-5 rad,具有良好的跟踪性能和抗干扰性能。     

基于转速动态估计器的无速度传感器感应电机矢量控制系统研究

介绍了一种直接转子磁场定向无速度传感器的感应电机矢量控制系统。该系统使用定转子自适应磁通观测器和转速动态估计器来估算转子磁通和转速 ,有三个PI控制器分别控制转速、转矩和磁通的电流分量 ,输出电压空间矢量控制电机。仿真结果表明 ,该系统具有较好观测精度和鲁棒性 ,动态和稳态性能也较好     

基于定子磁链全维状态观测器的直接转矩控制

为克服纯积分器的积分初值、误差累积以及直流偏移等缺陷,提出了基于全维状态观测器的永磁同步电机定子磁链观测方法.以定子磁链作为状态向量构造系统状态方程,以电流作为输出向量构造系统输出方程,配置观测器极点正比于电机模型极点,并采用Matlab中的鲁棒极点配置算法进行观测器反馈增益阵的计算.实验表明,采用全维状态观测器对定子磁链观测的准确度更高,所构成的直接转矩控制系统具有更好的性能.     

基于MRAS的异步电机无速度传感器应用研究

针对异步电机基于转子磁链模型参考自适应(MRAS)速度观测器中的积分直流偏置和PI自适应率参数不能在线修正的问题,将转子磁链的电压模型进行改进,并提出一种自适应线性神经元(ADALINE)速度观测器。通过一阶惯性环节代替了电压模型中的纯积分环节,消除了积分直流偏置和误差积累,利用ADALINE算法对MRAS观测器中的自适应率进行改进,实现了在中高速情况下对电机转速的准确观测。仿真结果表明,改进后的MRAS速度观测器对速度的辨识度较高,动态性能良好,验证了该控制策略的正确性与可行性。     

基于龙伯格观测器的变频一体机谐波电流抑制控制

针对无速度传感器高品质矢量控制在变频一体机中的应用,在龙伯格观测器基础上,设计改进的反馈增益矩阵,保证转子磁链观测和转速估算收敛速度的同时,又兼具低频区电机转速观测的稳定性。针对大负载工况中间母线电压波动引起的电机端电流谐振问题,设计自适应谐振控制器,通过电机端电流中谐波幅值实时调整谐振调节器补偿量,实现了电机端电流中特定频率谐波的无静差控制及良好的动态性能。仿真和电机对拖实验验证了该控制策略的有效性。     

基于双辨识参数全阶自适应观测器的感应电机低速性能

提出了一种基于双辨识参数全阶自适应观测器的感应电机无速度传感器矢量控制策略,根据Popov超稳定性理论对系统进行了稳定性分析,在深入研究传统全阶自适应观测器的基础上,对保证系统在全速范围内稳定运行的反馈增益矩阵选取准则进行分析并据此设计了反馈增益矩阵。通过分析低速时定子电阻变化对转速估计的影响,构建了双辨识参数全阶自适应观测器,可以同时对转速和定子电阻进行在线辨识,有效提高了系统的低速带载性能。对基于双辨识参数全阶自适应观测器的感应电机无速度传感器矢量控制系统进行了实验验证,实验结果验证了算法的正确性和有效性。     

Hyperstability of the full-order observer for vector-controlled induction motor drive without speed sensor

Vector-controlled induction motor drive systems without speed sensors have been widely studied. Speed estimation can be treated as a problem of parameter estimation under the theory of MRAS (model reference adaptive systems). In such cases, the convergence and robustness of the system are major issues. In this paper, we discuss the stability of an MRAS, that includes a full-order adaptive observer of the induction motor and is used for estimating the rotor speed and identifying the stator resistance. It is verified that, under some conditions, the transfer matrix in the forward path of the MRAS is strictly positive-real and that the non-linear block in the feedback path satisfies Popov's criterion. As a result, the system is hyperstable. The influence of the set error of the rotor resistance is discussed and the design criterion for the feedback gain of the observer is presented. Finally, the system is linearized for the parameter design of the speed estimator.     

A generalized method of controlled voltage source-fed induction motor vector control using the observer theory

Vector control of induction motors is widely used for industrial applications. On-line parameter identification and speed sensorless control are being studied actively. A representative method for these problems is the application of an adaptive full-order observer. The rotor flux for vector control is estimated by a full-order observer and machine parameters, or the rotor speed is determined by an adaptive algorithm. In this paper, a new vector control scheme with parameter identification is proposed. This method is based on the adaptive full-order observer. However, the observed currents which are usually estimated in the voltage model are considered as command currents and the voltage model is used for the current controller. As a result, the proposed system is simpler than the conventional adaptive full-order observer system. Since the proposed system is composed of an induction motor model in a synchronously rotating reference frame, the well-known slip frequency control block is contained. The arrangement of the poles which are related to the torque transfer function is discussed. A linear model is derived taking into account the effects of the change of the stator and rotor resistances. The trajectories of poles and zeros of the torque transfer function are computed and discussed for various system parameters. Identification of stator and rotor resistances is confirmed by simulation using a nonlinear system model. The proposed idea is applied to a speed sensorless system; this system has a similar configuration to those of existing systems under some assumptions. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn, 119(4): 66–76, 1997     

基于新型全阶观测器的感应电机无速度传感器控制

随着我国海上风电的迅猛发展,感应电机作为一种主流电机已广泛用作海上风电中的发电机组。针对感应电机无速度传感器控制中转速估算误差大、过渡不平滑及反馈矩阵的计算量大等问题,设计了一种基于简化型反馈矩阵的新型全阶观测器方案。设计时先按照极点平移法推导出反馈矩阵中各元素的表达式,再从稳定性与收敛速度两方面综合考虑,提出一种反馈矩阵的简化思想,以减小计算量及实现难度。通过对方案进行仿真与实验,结果表明该新型全阶观测器在感应电机的无速度传感器控制过程中观测精度高,动态性能好,工程实用性强。     

直接转矩控制系统参数在线辨识的研究

本文提出了一种应用于无速度传感器直接转矩控制系统的电动机参数在线辨识方案。采用模型参考自适应系统,注入磁链扰动,实现了同时对感应电机定、转子电阻参数的在线辨识和对磁链、转速及转矩的状态观测,使系统在电机参数发生显著变化时仍然保持良好的控制特性。与全阶状态观测器相比,本文采用交互式观测器,大大简化了算法,并通过在变频器样机中的应用,验证了其可行性和效果。     

基于SMC的异步电机全阶磁链观测器研究

针对异步电机无速度传感器控制系统,提出了一种基于滑模控制(SMC)的改进型异步电机全阶磁链观测器方法。该方法利用全阶磁链观测器来辨识转速和估计转子磁链,并设计出滑模转速控制器来代替传统PI转速控制器,不仅能减小低中高速时系统转速动态响应的超调量,还能缩短进入稳态值的时间,增强系统的鲁棒性。仿真结果表明该算法的有效性。     

感应电机全阶观测器的一种新型离散方法

针对感应电机全阶自适应观测器的离散化问题,通过将欧拉法和双线性变换法相结合,提出了一种新型离散化方法,用于实现感应电机精确的无速度传感器数字控制。自适应全阶磁链观测器的状态变量由定子电流和转子磁链构成。该方法对定子电流采用欧拉法离散,对转子磁链采用双线性法离散。通过合理近似,使得求解磁链的方程组实现解耦,其运算复杂度比传统的双线性法显著降低。该方法的运算量只比欧拉法有略微增加,但精度却比欧拉法有明显改进。实验结果表明,所提出的方法能取得较小的离散误差,从而提高了感应电机无速度传感器控制的准确度。     

基于自适应观测器的感应电机无速度传感器DTC系统的仿真

在Matlab/Simulink下搭建了一个基于自适应观测器的感应电机无速度传感器直接转矩控制(direct torque control,DTC)系统仿真平台,建立了鲁棒自适应全阶状态观测器并给出了基于鲁棒观测器的速度辨识律.应用Lyapunov稳定性理论,观测器的增益借助于Matlab中的LMI工具箱求解线性矩阵不等式得到.仿真结果表明该模型具有很好的稳态性能,并具有良好的鲁棒性.     

MRAS-based speed sensorless control scheme with stator resistance identification function for vector-controlled induction motor drives

This paper describes a new scheme for the speed sensorless control of the vector-controlled induction motor drive. Based on the model reference adaptive system (MRAS) theory, the rotor speed of the induction machine is estimated with a full-order adaptive observer. The estimated speed then is used as the signal for the vector control and the speed control. To accurately estimate the speed at the lower speed range, the value of the stator resistance also is identified at the same time and then is used to modify the resistance value set in the observer. The resulting system is verified to be hyperstable with Popov's criterion. As a result, this drive can operate stably in a wide range of speed even at zero speed. Also, it is shown theoretically that neither speed nor resistance of the rotor can be identified at the same time because these two parameters are dependent on each other. Simulation results and experiments also show that the scheme is effective.     

笼型感应电动机转子磁通的自适应观测

本文给出了笼型感应电动机转子磁通自适应观测器的设计方法。当电动机参数未知或发生变化时,观测器自动调整自身参数以确保观测精度。算法的稳定性和收敛性由具有严格正实误差传递函数的参数调整算法保证。数值仿真结果从各方面验证了算法的性能。