基于闭环扩张状态观测器的转子磁链观测

针对转子磁链观测易受转子电阻变化影响的问题,设计了一种基于闭环扩张状态观测器（ESO）的转子磁链观测器。该观测器将电流模型和电压模型中的不确定部分与已知模型分离,扩张为新的状态变量,并将转子磁链的观测值补偿到已知模型中,形成闭环的磁链观测器。这种闭环的ESO缩小了观测对象的不确定性范围,提高了ESO的收敛速度和观测精度。不同转速下的仿真结果表明,提出的ESO对转子电阻摄动具有很强的鲁棒性。     

基于等价补偿ESO的定子电阻扰动估计方法研究

借鉴滑模控制设计中的等价控制设计思想,同时引入不连续投影算子对标准扩张状态观测器(ESO)加以修正,提出了采用等价补偿ESO进行定子电阻扰动估计的方法,缩小了观测器中汇总不确定性的范围。据此设计了闭环磁链观测器,将定子电流检测信号中由定子电阻变化引起的扰动分离出来,采用等价补偿ESO进行估计并补偿到磁链观测值中,从而消除定子电阻估计误差的影响。还分析了该观测器对定子电阻估计误差的敏感性,结果表明这种观测器在全速度范围内对定子电阻具有较好的鲁棒性。     

基于扩张状态观测器的异步电机定子磁链观测

通过采用扩张状态观测器(ESO),提出了一种不依赖定子电阻的定子磁链观测方法。在定子磁链定向的同步旋转坐标系下,将定子电流状态方程所有含定子电阻项合并成不确定项;并将不确定项扩张成一阶新状态变量。用扩张状态观测器观测出不确定项的值,进而准确的观测出定子磁链。针对提出的方法,在Matlab/Simulink中搭建模型进行仿真并在物理平台进行了实验验证,结果表明此方法有效。     

带有转子电阻补偿的异步电机电流型磁链观测器

提出了一种改进的异步电机转子磁链电流型观测器。造成电流型观测器估计误差的转子电阻不确定项,在定子电流方程中同样存在。把它扩张成新的状态变量后,根据扩张状态观测器(ESO)的原理,在电流、转速可测的条件下可以对其进行观测。把所得的对不确定项的估计值引入电流型观测器,则可以消除转子电阻的影响。与传统观测器的仿真对比结果表明,该方法对转子电阻的变化具有很强的鲁棒性。     

基于扩张状态观测器的感应电机转子磁链观测

感应电机调速控制中的一个关键问题是如何克服转子电阻不确定的影响，准确地观测转子磁链。该文采用扩张状态观测器的方法，提出了一种新的转子磁链观测器。对电机方程中的定子电流动态方程进行整理，把包含转子电阻的不确定项综合在一起，并扩张成一阶新的状态，与原方程组成增广一阶的系统。对于新的系统，应用扩张状态观测器观测出原系统的不确定部分，使系统确定化，最后得到准确的转子磁链观测值。高速和低速下的仿真结果都表明该文的方法对转子电阻的变化具有极强的鲁棒性，可以在转子电阻不确定时对转子磁链进行准确观测。     

基于ESO的感应电机磁链观测与转子时间常数辨识

为进一步提高感应电机矢量控制系统磁场定向和速度跟踪的精度,需要准确的转子时间常数在线辨识。本文在传统模型参考自适应的基础上进行优化,用扩展状态观测器(ESO)作为参考模型替代电压型磁链观测器,解决了电压型磁链观测器的积分饱和及直流偏置问题,并将带有转子时间常数变量的电流模型作为可调模型,用Popov超稳定理论选取合适的自适应律对转子时间常数进行估算。仿真和实验结果表明,基于ESO的感应电机磁链观测与转子时间常数辨识方法可行,转子时间常数辨识准确,且对电机负载扰动鲁棒性强,电机转速跟踪精度高。     

基于CESO磁链观测器的模型参考自适应感应电机转速辨识

针对感应电机无速度传感器矢量控制下的速度辨识问题,设计了一种基于扩展状态观测器的闭环转子磁链观测器(CESO),并提出以其作为参考模型的模型参考自适应(CESO-MRAS)转速辨识方法。该磁链观测器将模型中不确定部分进行状态扩展并反馈补偿,是一种闭环观测器,因而对电机转子电阻变化以及外部扰动具有良好的鲁棒性,克服了传统电压转子磁链模型的纯积分和低速区的电压降问题。通过与传统MRAS的仿真比较研究,在转子电阻和转矩的大范围变化低速区,该算法能显著提高矢量控制系统的速度动态辨识能力和转矩抗扰能力。仿真和实验结果验证了该方法的正确性和有效性。     

基于二阶滑模观测器的感应电机转子磁链观测

实现矢量控制的基础是准确获得转速和转子磁链信息,本文提出了一种基于二阶滑模观测器的转子磁链观测方法。将构造的滑模观测器作为模型参考自适应系统(MRAS)的参考模型,将磁链的电流模型改造为该中间变量的可调模型,且其可调量为转速变量,进而构造出MRAS,实现对转速的观测。在此基础上,完成转子磁链的计算,并得到转子磁链角度,实现基于直接磁场定向的感应电机矢量控制。中间量的构造有效避免了传统MRAS中的纯积分问题,便于算法的实施;二阶滑模观测器有效地削弱了一阶滑模观测器存在的抖振扰动,并且参数具有较强的鲁棒性。仿真结果表明该转子磁链观测器具有较高的观测精度,且对外部扰动和转子电阻变化具有较强的鲁棒性,提高了系统的动稳态性能。     

带定子电阻辨识的新型滑模速度观测器

提出了一种带定子电阻辨识的新型滑模速度观测器,用于异步电动机转速的精确观测.该观测器采用一种改进的电压转子磁链模型,在降低转子电阻变化对磁链观测影响的同时,还有效解决了传统电压模型固有的缺陷;并利用定子电流估计值与实际值的偏差在线计算电机的定子电阻,从而提高了磁链和转速在低速范围内的观测精度.仿真结果证明该方案在全速范围内具有响应速度快、稳态精度高和对定、转子电阻变化鲁棒性强的特点.     

基于自抗扰技术的感应电机转子磁链闭环观测和速度估算

在自抗扰技术的基础上建立了磁链的闭环扩张状态观测器模型。该模型不用对系统进行参数辨识就可以抑制内部参数摄动和外部干扰的影响,因此该观测模型有更强的鲁棒性。文中对比了模型参考自适应的速度估算方法,在所提出的转子磁链观测模型的基础上,利用李亚普诺夫稳定定律推得了速度观测自适应律。     

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。     

基于改进混合模型转子磁链观测器的异步电机无速度传感器控制

针对异步电机无速度传感器控制由于估计转子磁链不准确导致控制精度不佳的问题,提出了一种改进的混合模型转子磁链观测器设计方法。首先,介绍了常规的异步电机磁链观测方法,并借助异步电机的复矢量模型和特征函数详细分析了常规Gopinath型转子磁链观测器存在的主要问题。其次,为了解决常规磁链观测器存在的缺点,提出了一种改进的特征函数设计方法,进而得到了一种改进的混合模型转子磁链观测器。再次,基于特征函数和频率响应函数,进一步对比研究了常规Gopinath型转子磁链观测器和所提改进的混合模型转子磁链观测器的参数灵敏性。最后,利用所提混合模型转子磁链观测器的磁链观测结果和锁相环,实现了异步电机的无速度传感器控制。基于StarSim和YXSPACE-SP2000平台的对比实验结果,验证了所提混合模型转子磁链观测器的参数鲁棒性,同时也验证了所提无速度传感器控制策略的有效性。     

一种弱磁扩速下的异步电机磁链观测和速度辨识

针对异步电机在高速弱磁下的运行特点,提出了一种基于弱磁下的高性能的磁链观测方法。该方法在基于转子磁链定向电流模型下,设计了一个可以补偿磁链观测误差的补偿器,解决了弱磁条件下励磁磁场变化而导致磁链观测不准的问题。在改进磁链观测的基础上,运用了易于在定点芯片上实现的转速辨识算法,估算出电机转速。最后将结合改进磁链观测的速度估计器应用到无速度传感器矢量控制系统中,仿真结果表明,这种方法实现方便,能够在弱磁高速下准确的辨识磁链和转速估计,提高控制系统的动态性能。     

基于多项式磁饱和模型及EKF的感应电机磁链观测

感应电机的转子磁链通常用定子电流进行观测,易受测量噪声影响,且观测模型精度与电机参数有关。当电机内磁场幅值变化时,磁路非线性饱和效应会引起互感参数波动,导致观测磁链的幅值和方向偏离实际值,使控制出现偏差。对此,提出基于四阶多项式磁饱和模型以及扩展卡尔曼滤波(EKF)的全状态估计算法,以定子电流作为反馈,观测转子磁链的同时,辨识互感参数。仿真及实验结果表明所提算法能降低磁饱和非线性对控制系统的影响。     

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。     

基于电流模型的Kalman滤波转子磁链观测器

为了研究异步电机矢量控制系统,本文提出了应用电流模型设计Kalman滤波转子磁链观测器的新思路。为一台模型样机设计了基于电流模型的Kalman滤波转子磁链观测器,并设计了基于异步电机全阶模型的Kalman滤波转子磁链观测器,还迚行了对比研究,结果表明,两者的估计精度相当。可见,本文所提的基于电流模型的Kalman滤波转子磁链观测器是有效的、可行的。由于其状态方程的维数降低,它比基于全阶方程的Kalman滤波转子磁链观测器更适宜于在线观测。     

Slip-Frequency-Type Vector Control Equivalent to Flux-Feedback Vector Control Using Flux Observer

The slip-frequency type vector control and the flux-feedback type vector control arc typical control methods of induction motors. It is shown that the two methods are similar except for a frame of reference. The flux-feedback-type vector control using the rectangular coordinate uses vertical and horizontal components of the rotor flux. The slip-frequency type vector control using the polar coordinate employs absolute value and angle of the rotor flux. Usually, the flux-feedback vector control does not use the rotor flux model but instead, the rotor flux observer for flux estimation. On the other hand, the slip-frequency type control uses the rotor flux model. Therefore the slip-frequency type vector control using the rotor flux observer is proposed. The proposed method is equivalent to the flux-feedback type vector control using the rotor flux observer. Then it is more robust than the conventional slip-frequency type vector control.