永磁同步电机转速环扰动反馈线性化控制

针对永磁同步电机运行过程中的不确定性扰动问题,设计了基于高增益扩张观测器的永磁同步电机转速环扰动反馈线性化控制器.首先,基于永磁同步电机完全数学模型设计了高增益扩张观测器对系统不确定性扰动进行观测.其次,结合系统电流环PI控制,设计了基于电机简化数学模型的高增益扩张观测器,有效降低了观测器阶数,提高了系统执行效率.最后,在扰动观测的基础上,对系统转速环进行反馈线性化控制,提高了系统在扰动下的转速动态响应性能.对比实验结果验证了反馈线性化控制器在抗扰动方面的优势.     

基于非线性自抗扰控制的双闭环PMSM速度控制策略研究

针对在传统PI控制策略下永磁同步电机伺服系统中存在转速易超调和抗扰能力差等问题,提出一种基于非线性自抗扰控制的双闭环永磁同步电机速度控制策略。在速度环和电流环中将传统的PI控制器替换为非线性自抗扰控制器,分别设计转速环和电流环的非线性自抗扰控制器。在转速环中,利用跟踪-微分器解决响应快速性和超调之间的矛盾;引入二阶扩张状态观测器,对扰动进行估计并补偿;通过非线性状态误差反馈控制律,提高系统的控制精度。在电流环中,通过引入自抗扰控制中最核心的扩张状态观测器,减小未知扰动对系统的影响。仿真结果表明,系统具有响应快、无超调、抗扰能力强的特点,对负载、转速变化具有较强的鲁棒性,验证了该控制策略的有效性。     

永磁同步电机速度伺服系统的复合有限时间控制

针对传统线性控制下的永磁同步电机速度伺服系统误差收敛时间长、抗扰动性能差等问题,提出一种速度环和电流环有限时间复合控制策略。根据有限时间控制理论,分别在转速环和电流环设计了有限时间控制器,提升系统误差的收敛速度;引入二阶扩张状态观测器,削弱参数摄动、负载扰动及不确定性扰动对系统带来的影响。仿真结果表明,与传统线性控制方法相比,提出的控制策略能够明显提升系统的收敛速度与抗扰性,验证了有限时间复合控制策略的有效性。     

基于滑模模型参考自适应系统观测器的永磁同步电机预测控制

针对一种三电平驱动的永磁同步电机控制系统,设计了一种无速度传感器有限集预测控制策略。首先,针对三电平逆变器驱动电路,采用有限集预测控制策略将其开关控制矢量看成一个有限集,在此有限集中搜索使目标函数最优的开关矢量,目标函数选择为输出误差电流,保证了电机定子电流波形的质量。其次,基于滑模模型参考自适应系统(MRAS)方法,利用电机本体的参考模型与电流模型的输出误差构造滑模面,设计了电机速度观测器,以改善位置和速度估计精度并提高系统的鲁棒性,并分析证明其稳定性。实验结果表明预测控制器较传统PID控制器能够提高定子电流波形质量,同时观测器能够较精确地估计永磁同步电机转子位置和速度,具有较好的鲁棒性。实现了对永磁同步电机的无传感器预测控制。     

基于扰动观测器的永磁同步电机复合滑模控制

针对永磁同步电机模型参数扰动的问题,提出了一种基于扰动观测器的永磁同步电机复合非奇异终端滑模驱动控制策略。新型控制器在传统矢量控制的基础上结合使用了扰动观测器和非奇异终端滑模控制器,是一种复合控制策略。同时新的控制策略引入了扰动观测器进行前馈补偿,以减小控制器增益。最后搭建了永磁电机驱动控制试验平台开展了对比试验研究,试验结果验证了新型控制策略的优势。     

基于双Luenberger观测器的永磁同步电机预测控制研究

在工业环境中,永磁同步电机存在启动困难、抗干扰能力差、动态响应慢的缺陷。而传统单Luenberger观测器很难同时兼顾电流扰动或转速响应,针对这一问题,发挥Luenberger观测器对精度和稳定性的改善作用,提出双Luenberger观测器与预测控制结合的控制策略。首先基于单步模型预测控制和矢量控制策略构成了永磁同步电机控制系统,再根据负载扰动影响和数学模型,构造速度环上基于负载、转速的Luenberger观测器观测作为扰动估测和速度调节,然后进一步建立电流环上的观测器并引入预测控制系统进行电流预测的优化。最后在MATLAB仿真上搭建模型进行测试,结果表明使用该控制策略能够提高抗扰动能力,改善动态响应并得到更准确的扰动观测。     

基于改进内模控制的永磁同步电机电流环设计

永磁同步电机(PMSM)作为一种高阶非线性系统,由于参数摄动和外部干扰的原因,传统内模控制器不能保证其精确的控制要求。在传统内模控制的基础上,设计了一种基于指数收敛的误差干扰观测器。在解耦和反电动势补偿情况下,建立内模控制器,然后由内模控制器的输出和反馈电流,构造误差干扰观测器的状态方程,输出误差补偿信号,补偿电机运行过程中参数变动和干扰因素,实现PMSM的高精度控制。建立MATLAB/Simulink仿真模型,仿真中人为增加不确定量和扰动。仿真结果表明,在存在不确定信号和负载扰动时,采用改进的内模控制可以实现电流补偿,降低电流纹波,减小电流稳态误差,同时提高转速响应速度,降低扰动误差。     

带有非线性干扰观测器的永磁同步电机预测函数控制

针对永磁同步电机因外部扰动引起的不确定性和难以保证控制精度问题,提出一种带有非线性干扰观测器的永磁同步电机预测函数控制策略。通过非线性干扰观测器抑制外部扰动,速度外环预测函数控制和电流内环预测函数控制器相互配合,提高系统的控制精度。通过仿真算例证明了双环预测函数控制的有效性,证明控制系统可以有效抑制外部干扰,减小电机抖振,提高系统的鲁棒性,取得更高的控制精度。     

无模型固定时间滑模的PMSM变权预测电流控制

针对传统永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统易受电机参数和负载干扰的问题,提出无模型固定时间滑模速度调节的PMSM变权预测电流控制。首先,基于改进的非线性固定时间快速幂次趋近律设计了无模型固定时间滑模速度控制器,并利用扩张状态观测器(ESO)估计和补偿综合扰动项,从而提高了速度环的快速性和鲁棒性,同时减少了抖振。然后,为了综合解决传统的电流环无差拍预测控制电流跟随性与鲁棒性问题,设计了一种无差拍预测电流与滑模预测电流变权复合式电流控制器,有效地保持了电流快速跟随,并增强了电流环的鲁棒性。最后,仿真和半实物实验结果表明了所提控制策略的有效性。     

基于哈密顿系统理论的永磁同步电机无传感器控制

针对永磁同步电机无传感器驱动系统中对高响应速度和抗扰动能力,并减小超调的要求,提出了基于哈密顿系统理论的永磁同步电机无传感器控制策略。首先基于哈密顿系统理论,从能量角度出发,设计了一种电机控制器,取代了电流环的PI模块,然后结合滑模观测器形成了基于哈密顿系统理论的永磁同步电机无传感器控制策略。最后通过Matlab对控制系统进行了仿真实验并与电流环采用传统PI的控制策略进行了对比分析。仿真结果表明,该方法收敛时间由0.25s减少到0.04s,超调量由34%减小到2.2%,并且输出转矩波动的幅值约为传统PI控制策略的1/3。     

基于鲸鱼算法小波神经网络PID的PMSM转速控制

针对永磁同步电机交流伺服系统的非线性特征和不确定扰动等问题,以及传统PID控制器的线性局限性,提出基于鲸鱼优化算法的小波神经网络PID的转速控制策略。采用小波神经网络与PID控制器结合的方式,构成永磁同步电机的转速控制器,同时利用鲸鱼优化算法对学习速率和惯性系数进行优化,从而达到对神经网络权值的进一步优化。通过实验结果表明,本文所提控制策略得到的电机稳定时间是0.025 s,最大超调量是52 r/min,施加转矩之后的转速误差为0.002,因此本文控制策略的动态性能和抗干扰能力具有一定优势。     

A High-performance Speed Feed-forward Controller for Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Control System Model

This study proposes a feed-forward controller based on a control system model that can precisely track a reference trajectory by canceling out the effects of parameter uncertainties on a surface-mounted (magnets glued to the shaft surface) permanent magnet synchronous motor. Furthermore, the speed tracking control algorithm demands rapid and accurate q-axis current command, so the feed-forward system based on the control model is used to estimate it. The stability of the proposed controller is mathematically studied. The proposed control scheme is executed on a permanent magnet synchronous motor drive using a Renesas micro-control unit (RX62TADFFM, Japan). Finally, simulation and experimental results are presented to verify that the proposed controller achieves less steady-state error, better robust performance, and faster dynamic response than the proportional–integral controllers in the presence of permanent magnet synchronous motor parameter uncertainties and external load torque disturbance.     

车用PMSM的双闭环分数阶PID控制策略研究

纯电动汽车永磁同步电机（PMSM）控制系统是一种非线性、强耦合的复杂系统,为提高永磁同步电机的整体控制性能以及鲁棒性,文中提出了一种双闭环分数阶PID控制策略,分别对电流内环和速度外环进行相应的分数阶控制。通过建立电机的电流环模型进而得到整体系统的分数阶模型,设计出电流环以及速度环的分数阶PID控制器,并利用粒子群优化算法（PSO）对控制器参数进行寻优,以便于获得更好的控制性能。将所设计的分数阶控制器应用于车用永磁同步电机的控制中,通过与传统PID控制在不同转速、负载突变时的控制性能相对比,验证了文中所设计的分数阶PID控制器具有良好的动态特性和鲁棒性。     

Field-programmable Gate Array Based Fuzzy Sliding-mode Controller for a Permanent Magnet Synchronous Motor Drive

Abstract—In this article, a field-programmable gate array based fuzzy sliding-mode controller is proposed to control a permanent magnet synchronous motor drive. First, the dynamics of a permanent magnet synchronous motor is derived, and the vector control scheme is introduced in the current loop. Next, to improve the performance of the permanent magnet synchronous motor drive, a fuzzy sliding-mode controller with an integral-operation switching surface is proposed and applied to the speed loop, in which a fuzzy inference mechanism is adopted to generate the reaching control signal. Further, an integrated hardware design method is developed to implement the field-oriented vector current controller and the proposed fuzzy sliding-mode speed controller on a single field programmable gate array chip. Finally, a prototyping platform based on an Altera field-programmable gate array is established to evaluate the ability of the proposed fully integrated solution in terms of control quality and time/area performances. The preferable performance of the proposed field-programmable gate array-based fuzzy sliding-mode control approach for permanent magnet synchronous motor drive is verified by the experimental results compared with the conventional proportional-integral control and sliding mode control schemes.     

永磁同步电机非线性黄金分割自适应转速控制

针对永磁同步电机系统复杂设计高精确度的控制器比较困难的问题,采用id=0的矢量控制策略,基于永磁同步电机的特征模型,设计一个以非线性黄金分割自适应控制为主的控制方案。通过安排过渡过程和特征模型参数的在线辨识实现了该控制方案下控制器参数的在线自适应调节。实验结果表明该控制方案不仅能够实现永磁同步电机较高精确度的转速控制,与一阶自抗扰控制、增广状态反馈控制和传统的PI控制相比,具有更加优越的暂态和稳态性能。     

永磁同步电动机单神经元直接模型参考自适应控制

研究了一种永磁同步电动机单神经元直接模型参考自适应矢量控制系统,控制器采用了新的误差函数,通过梯度下降法对单神经元参数进行在线调整使误差函数值趋于零,电机输出更好地跟踪参考模型输出,分析了系统的稳定性。控制器结构简单,算法易于数字化实现。仿真结果表明控制器能保证电机转速快速、准确地跟随给定速度曲线,并对负载扰动有较强的抑制能力。     

永磁同步电机速度预测电流解耦控制

在高性能永磁同步电机(PMSM)控制系统中,要求有好的动、静态性能。但是传统的永磁同步电机矢量控制系统速度和电流环采用PI调节器,参数鲁棒性差,在调速范围要求很宽的情况下,无法同时满足响应速度快和稳态精度高的要求。为了获得好的动、静态性能,引入预测控制到速度控制外环,而电流内环采用在传统PI控制基础上增加电压前馈补偿的电流解耦控制。搭建了实验平台,进行了实验研究,验证了设计的控制系统具有动态响应快、静态误差小、受负载扰动影响小的特点。     

UUV推进电机在线参数辨识自适应控制方法研究

针对水下无人航行器(UUV)的推进电机矢量控制系统中电流控制器性能因参数变化而下降的问题,提出一种基于智能在线参数辨识的电流环自适应控制方法。以离散型永磁同步推进电机动态模型作为被控对象,采用动态惯性权重粒子群算法对永磁同步推进电机的定子电阻和dq轴电感进行在线辨识,根据电流控制器工程设计方法,将辨识所得的电机参数实时用于计算电流控制器的PI值,实现电流环的自适应控制。最后,通过仿真实验验证所提方法的有效性,结果表明该方法可以有效地克服水下快速洋流对推进电机的负载扰动,进而实现永磁同步推进电机的快速、高精确度电流控制性能。     

基于自抗扰控制器的永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统

利用自抗扰控制器(ADRC)理论,提出一种新颖的永磁同步电动机(PMSM)无位置传感器矢量控制系统。控制系统的速度环采用ADRC速度调节器,将负载看作速度环的扰动量,由ADRC观测出并加以补偿,实现了"大误差,小增益;小误差,大增益"的非线性控制,提高了系统的动静态性能和抗扰动能力;采用ADRC速度观测器,将转速和d轴电流对转矩电流环的耦合作用看作转矩电流环的扰动量,由ADRC将其观测出来,从而估计出电机实际转速。仿真和实验表明在0~1500r/min的调速范围内,转速估计准确,系统对负载的变化具有很强的鲁棒性,系统具有良好的动静态性能。     

基于滑模控制器的PMSM的矢量控制系统研究

为了提高三相PMSM调速系统的动态品质,利用滑模控制对扰动和参数不敏感,相应速度快等优点,设计了一种基于滑模控制的速度控制器。利用MATLAB/Simulink仿真软件,搭建控制系统模型并进行仿真分析。仿真验证了所提永磁同步电机速度控制器的有效性,获得很好的速度跟踪精度和抗负载扰动能力。