基于MPC的无传感器永磁同步电机NFTSMC仿真研究

为了提高注塑机中永磁同步电机控制系统的运行可靠性,优化永磁同步电机的调速系统动态性能,提出了一种基于模型预测电流控制的无速度传感器永磁同步电机非奇异快速终端滑模控制策略.以模型预测电流控制作为电流控制内环,取代传统的PI调节器,能够有效地抑制电流纹波,提高电流的动态跟踪性能.根据非奇异终端滑模的设计原理,构造外环速度控制器,从而生成期望的q轴电流,提高了系统的稳定性.设计无速度传感器对电机运行转速进行在线辨识,实现对转速和转子位置准确地估计.并与传统的PI调节器进行对比,仿真与实验结果表明该控制策略具有较高的可靠性和快速性.     

基于速度信息观测的无轴承永磁同步电机悬浮解耦控制

无轴承永磁同步电机以转子位置信息为媒介实现解耦控制,整个算法复杂且依赖速度传感器.本文研究电机无传感器运行及解耦算法简化的方法.首先将传统扩张状态观测算法简化为线性形式.然后将二、三阶线性扩张状态观测器分别加入转矩和悬浮系统电流环和位移环,并定义电角速度与转矩d-q轴电流乘积以及转矩系统q轴磁链与悬浮d-q轴电流乘积为扰动项,利用观测器辨识转速信息及悬浮扰动力.接着对转速信息进行处理、对悬浮扰动力进行补偿从而实现无速度传感器运行并简化悬浮解耦算法.最后通过仿真验证所提控制策略能够实现电机无速度传感器运行,保证额定转速下稳定悬浮.     

基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

本文提出了一种基于滑模变结构控制原理的无位置传感器控制方法。通过分析永磁同步电机的模型,应用滑模变结构控制原理,提出了一种针对永磁同步电机的无位置传感器控制策略。它利用电机中容易测得的定子电流、直流母线电压,通过滑模变结构控制原理来估算转子位置。利用Matlab／Simulink对系统进行了仿真,仿真结果表明,转子位置估算结果基本与实际位置一致。     

基于D-FNN的开关磁阻无位置传感器的研究

提出了一种基于扩展径向基函数(RBF)神经网络的动态模糊神经网络(D-FNN)的开关磁阻电机无位置传感器控制的新方法。动态模糊神经网络系统以在线采样的相绕组的电流和磁链为输入,以转子位置角度为输出,从而建立起电流和磁链、转子位置角度的非线性映射关系;训练完成后,用D-FNN输出结果取代位置传感器角度信号,实现电机无位置传感器运行。仿真和实验结果表明:由D-FNN获得的角度信号和由位置传感器获得的角度信号相比误差小,电机能够准确换相,且输出转矩波动小,转速曲线平滑,电机在无位置传感器下运行良好。     

双馈系统在电网故障下不间断运行的研究

为更好地研究风力发电机在一定的电网电压跌落故障下的动态响应,以单台1.5 MW双馈风力发电机(DFIG)为研究对象,设计了Crowbar电路,通过构建电网电压跌落仿真模型,分别对机端电压、电流、转子电流、输出的有功功率和无功功率、直流侧电压、电磁转矩在故障期间的动态响应进行了仿真。探讨了相应的控制策略,为进一步研究低电压穿越标准下的控制策略提供了依据,同时也为研制兆瓦级变频器打下基础。测量结果表明这种控制方式能使DFIG在电压跌落故障下实现不间断运行,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

基于全周期电感空间矢量的开关磁阻电动机无位置传感器控制

针对转子位置传感器导致开关磁阻电动机可靠性降低、复杂度增加等问题,提出了一种基于全周期电感空间矢量的开关磁阻电动机无位置传感器控制方法。电动机启动时各相同时注入激励脉冲,电动机运行时非导通相注入激励脉冲,导通相采用能量回馈式电流斩波控制,通过计算电流斜率差来辨识全周期电感;利用全周期电感空间矢量与角度关系估计转子位置。仿真和实验结果表明,电动机在启动和稳态运行时的转子位置最大估计误差分别为0.8°和0.5°,满足开关磁阻电动机无位置传感器控制精度要求。     

基于无传感器的PMSM电流控制策略的研究

提出一种新型的滑模观测器,并分别研究在4种不同的电流控制策略下,基于该新型滑模观测器的PMSM伺服系统的控制问题。该新型滑模观测器引进了Sigmoid函数作为控制函数用来抑制抖振,并根据PMSM的反电动势模型构建了反电势观测器来提取所需的连续信号,因此取消了传统的一阶低通滤波器和相角补偿环节。为了对电机的转子位置和转速进行更加精确的估算,引入了转子位置锁相环结构。在Matlab/Simulink平台基础上建立了4种不同的电流控制策略,基于新型滑模观测器PMSM无位置传感器三闭环控制系统仿真模型,分别对反电动势估算、速度估算、位置估算和突加负载扰动进行了仿真分析。仿真结果表明,该新型滑模观测器在4种不同的电流控制策略下,对电机转子位置和转速的估算、电磁转矩以及定子三相电流有着不同的影响,验证了该新型滑模观测器算法的可行性。     

永磁同步电机无速度传感器控制

随着电控技术的不断进步,永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）在工业各领域应用广泛,尤其是在新能源领域。在PMSM的传动系统中,通常要在PMSM运行的情况下精确测得电机转子电角度,用于电流从静止坐标系与旋转坐标系之间的转换。大多数传动控制装置采用速度传感器或位置传感器来检测转子速度或位置信息。由于大部分传感器均会受到温度等外界环境的影响,使电机控制系统的稳定性出现波动。文章针对永磁同步电机的工作原理,运用空间矢量控制策略搭建双闭环永磁同步电机控制系统,其中,在反馈检测部分设计一种滑模观测器来实现对永磁同步电机的无速度传感器控制。通过仿真验证了该无速度传感器控制法是可行的。     

基于位置估计的双馈风力发电机的控制策略

为了避免由机械传感器所带来的一些控制上的问题,提出了一种基于位置估计的双馈风力发电机的控制方案。在转速控制阶段,根据双馈发电机数学模型,通过采集电网电压电流,转子电压电流,采用定子磁场定向的矢量控制策略,利用转子电流矢量综合位置与定子电压矢量综合位置,对并网前后转子位置进行估算,得到转速及功率变化规律,运用这个规律可以实现对转速的控制。最后对1 MW的风力机模型进行系统仿真实验,结果表明整个转速控制区间对转子位置的估计都满足系统要求,基本上解决了风力发电机的转速和无功功率控制难的问题,验证了方案的正确性与可行性。     

基于多项式混沌理论的感应电机自愈控制系统

针对感应电机控制系统中速度传感器故障提出了一种自愈控制方法.考虑转子电阻不确定性,基于多项式混沌理论(PCT),对定子电流模型进行扩展,再利用扩展Kalman滤波法,设计定子电流观测器,并在此基础上设计速度自适应估计器.当传感器正常时,利用电流观测器观测值进行状态监测;传感器发生故障后,系统利用估计转速代替传感器信号作为新的反馈,保证系统的连续运行,实现了对系统的自愈控制.仿真结果验证了该方法的有效性.     

永磁同步电机的级联自适应扰动观测器控制策略

受电压源逆变器非线性特性的影响,转速控制通常不能精确抑制齿槽转矩。为精确补偿齿槽转矩,提高永磁同步电机转速控制精度,提出一种级联自适应扰动观测器控制策略。首先,采用参考电流指令建立了同步旋转坐标系下逆变器死区电压模型,并通过自适应扰动观测器对其进行补偿。然后,针对齿槽转矩为转子位置的周期函数的特点,设计了速度环自适应扰动观测器,实现了对齿槽转矩的有效补偿,所提控制策略只需已知电机参数的界。仿真结果表明,所提出的控制策略能够有效抑制电机齿槽转矩、提高转速控制精度。     

开关磁阻电机无位置传感器控制系统仿真

该文提出了一种基于滑模变结构观测器的无位置传感器的开关磁阻电机控制仿真模型.滑模变结构观测器主要用于开关磁阻电机的转子位置和转速估计,这种控制模型仅需要测量磁阻电机的端电压和相电流,能在取代传统位置传感器后获得较好的观测效果.该文应用Matlab/Simulink仿真环境建立了开关磁阻电机的非线性模型,设计了控制律,并在三种不同的工作情况下对观测器结构进行了数字仿真.结果表明该方法能够很好地预测电机转子位置,同时在中高速情况下,观测精度可以达到比较满意的效果.     

Backstepping Control of Speed Sensorless Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Slide Model Observer

This paper presents a backstepping control method for speed sensorless permanent magnet synchronous motor based on slide model observer. First, a comprehensive dynamical model of the permanent magnet synchronous motor(PMSM) in d-q frame and its space-state equation are established. The slide model control method is used to estimate the electromotive force of PMSM under static frame, while the position of rotor and its actual speed are estimated by using phase loop lock(PLL) method. Next,using Lyapunov stability theorem, the asymptotical stability condition of the slide model observer is presented. Furthermore, based on the backstepping control theory, the PMSM rotor speed and current tracking backstepping controllers are designed, because such controllers display excellent speed tracking and anti-disturbance performance. Finally, Matlab simulation results show that the slide model observer can not only estimate the rotor position and speed of the PMSM accurately, but also ensure the asymptotical stability of the system and effective adjustment of rotor speed and current.     

双馈风力发电机系统的自抗扰神经网络的励磁控制

在双馈发电机传统控制方式的基础上, 将自抗扰控制技术和BP神经网络相结合结合, 应用于双馈风力发电机并网运行的控制上, 提出了一种新的双馈风力发电机并网运行控制方案. 该控制方案具有内外两个控制环, 内环通过BP神经网络实现双馈风力发电机的转子d-q轴电流控制, 外环通过自抗扰技术实现双馈风力发电机定子侧的有功、无功控制. 由于自抗扰控制器利用一阶跟踪微分器和扩张状态观测器对系统扰动进行动态跟踪补偿, 在此基础上输出双馈电机转子交--直轴电流的参考值, 然后将该参考值作为BP神经网络训练样本的输入, 训练后的BP神经网络可以更好地逼近实际转子电压输出量. 论文设计并实现了该方案的具体控制算法. 仿真测试表明: 该控制方案具有优良的动态性能, 对系统的内外扰动具有较强的鲁棒性, 在没有精确的发电机参数情况下依然可实现并网系统的稳定运行.     

基于滑模观测器的SPMSM位置速度估计

针对面装式永磁同步电机(SPMSM)无传感器的控制问题,提出了一种基于改进滑模观测(SMO)和锁相环(PLL)相结合来估计转子位置和速度的新方法。改进滑模观测器采用S型函数对静止坐标系下反电动势(EMF)分量进行估算,提取转子位置和速度信息,有效减小了运用传统滑模观测器估算反电动势所带来的抖振现象,估算的反电动势通过锁相环(PLL)解耦得到准确的转子位置和速度。构建了Lyapunov函数,证明了改进滑模观测器的收敛性,解决了无位置估计算法中鲁棒信差、算法复杂的问题。通过使用ST(意法半导体)的STM32F10X-128K-EVAL电机开发套件和Matlab仿真,对该方法做了详细验证。实验结果表明,该方法能够准确获得电机转速和转子位置的观测值,构成的无传感器矢量控制系统稳态精度和动态性能良好且易于工程实现。     

变采样周期网络化系统鲁棒容错控制

针对网络控制系统中存在的时变采样周期与时延,通过矩阵Jordan 变换与分解, 将采样周期和时延的不确定性转变为系统结构参数的不确定性,建立了离散时间凸多面体不 确定系统模型。在此基础上,首先设计观测器,保证系统状态和故障估计收敛于实际值。接 着,根据估计的故障,设计了主动动态输出反馈鲁棒容错控制器,给出了执行器发生故障时, 系统能保持渐近稳定的充分条件。将控制器设计问题转化为以线性矩阵不等式形式为约束条 件的凸优化问题,进而得出了最优H∞鲁棒容错控制器参数的具体表达式。数值仿真验证了提 出的设计方法的有效性。     

级联式滑模观测器的永磁同步电机鲁棒滑模控制

提出了一种基于无速度传感器运行的永磁同步电机非线性控制方法。针对电机速度和位置观测,设计了一种新颖的级联式滑模观测器,解决了传统滑模观测采用低通滤波器的相位延迟问题。前级电流滑模观测器得到反电动势,后级反电动势滑模观测器获取转速和位置信息,利用李亚普诺夫理论进行了稳定性分析。针对速度控制,提出了带扩张状态观测器的滑模速度控制器取代PI调节器,提高了系统的鲁棒性。在滑模观测和控制中均利用双曲正切函数取代符号函数,削弱了系统抖振。将上述方法应用到永磁同步电机矢量控制系统中,通过仿真验证方法的有效性。     

基于改进型滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

永磁同步电机无位置传感器控制技术通常使用滑模观测器观测反电动势,进而获取转子位置和速度信息.为提升滑模观测器的性能,本文设计了一种改进型自适应超螺旋滑模观测器.首先,文章在超螺旋滑模观测器结构中增加观测误差的线性项,以提高观测器的动态性能.接着,为解决观测器增益在不同速域下参数不匹配的问题,本文提出一种观测器参数自适应调整策略,提升了观测器参数鲁棒性.在此基础上,采用同步参考系滤波器滤除输出信号的高次谐波,进一步提高观测精度.最后,仿真结果表明,与传统方法相比,本文提出的方法观测性能更好,鲁棒性更强.     

Direct Power Control of Dfig by Using Nonlinear Model Predictive Controller

This paper proposes a nonlinear model predictive direct power control (PDPC) strategy for a double fed induction generator (DFIG)‐based wind energy generation system. Active and reactive power variations of DFIG are calculated based on machine rules, and a nonlinear model of DFIG is given. A nonlinear model predictive controller (NMPC) is presented based on the useful cost function and constraint that it results in more proximity between simulations and reality. The power and current ripples are reduced and the optimal rotor voltage is generated based on an objective function and the constraints. The rotor voltage vector is calculated in the synchronous reference frame and transferred into the rotor reference frame. Simulation results of a 2 MW DFIG system show good performance of the proposed method during variation of active and reactive powers, machine parameters, and wind speed. Also, the transient responses of active and reactive powers are within a few milliseconds.     

自抗扰控制和高频信号注入的内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制

针对内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制系统,基于自抗扰控制技术和高频信号注入技术,提出了以转子位置角为扩张状态观测器(extended state observer,ESO)主体变量的自抗扰控制系统.该方法避免了传统算法中以电流为ESO主体变量时依靠角速度估计值积分来获得转子位置角估计值所带来的误差积累问题.该方法在电机起动、负载突变等电流波形正弦度较差的情况下,仍能保证转子位置角的估计值具有较高的精度.仿真结果验证了所提出方法的正确性和优越性.