感应电机二阶滑模次优算法定子磁链观测器设计

提出了基于二阶滑模次优算法的感应电机定子磁链观测方法,设计了定子磁链观测器,并应用到感应电机直接转矩控制中.本文设计的磁链观测器,通过准确的跟踪电流及其变化率,从而实现对转子磁链的准确估算,然后利用转子磁链与定子磁链的关系,估算出定子磁链.由于本文设计的定子磁链观测器是一个多输入多输出(MIMO)系统,稳定性分析非常复杂,为此将磁链估算误差的微分看作扰动处理,从而将MIMO的观测器模型分解成两个独立的单输入单输出(SISO)系统,简化了稳定性分析.将该观测器用于感应电机直接转矩控制中,达到了很好的控制效果.仿真和实验验证了该方法的有效性.     

感应电机无速度传感器直接转矩控制系统研究

直接转矩控制技术以容差形式的Bang-Bang控制模式给系统的稳态运行带来了转矩脉动大、电流谐波成分重、定子磁链轨迹畸变等严重问题,大大限制了其应用领域,这一点已经成为传统直接转矩控制技术不可逾越的缺陷。本文基于模型参考自适应系统（MRAS）原理设计了一种自适应速度磁链观测器,把磁链观测和速度辨识结合在一起,将定子磁链观测值直接应用于直接转矩控制算法。运用SIMULINK中的库元件和S-function构建了感应电机无速度传感器直接转矩控制系统仿真模型,仿真波形验证了上述控制模型可行性。     

感应电机转矩跟踪无源控制及自适应观测器设计

针对感应电机高性能转矩跟踪控制和磁链难以直接测量问题,提出了基于无源性的转矩跟踪和自适应磁链观测器控制方案.首先基于感应电机的无源性特性设计了渐近稳定转矩跟踪控制器,重新配置了系统的平衡点,通过注入阻尼提高系统的收敛速度.然后通过将定子电流和转子磁链作为状态变量构建了自适应磁链观测器,简化了观测器结构,根据Lyapunov稳定性理论设计了自适应控制律,实现转子磁链、转速和定子电阻的在线估计.为减小转速估计误差对观测器的影响,给出了观测器增益矩阵的选择方法.仿真结果表明本文所提出的基于自适应观测器的无源控制方案能够有效提高感应电机的动静态性能.     

永磁同步电动机自适应超螺旋控制仿真

为优化永磁同步电动机的转速控制精度,使其达到需求标准,提出一种自适应Super-Twisting控制方法.基于构建的三相永磁同步电动机数学模型,架构超螺旋控制算法与超螺旋滑模观测器增益条件,利用电动机电磁转矩与定子磁链,分别设计自适应超螺旋滑模磁链控制器与自适应超螺旋滑模电磁转矩控制器,将符号函数替换成准滑动模态的激励函数,完成超螺旋磁链控制器与超螺旋转矩控制器优化,经添加坐标变换模块,令自适应超螺旋控制器的输出电压与空间矢量调制模块的输入电压相一致,采用二阶滤波环节平滑转速指令,转换速度追踪问题为速度调节问题,实现自适应控制.仿真结果表明,所提方法在不同扰动作用下均具有快速、稳定的参考转速跟踪效果、精确的扰动估计以及较好的抗扰动性与自适应性.     

异步电机反馈线性化二阶滑模定子磁链观测器设计

为了提高异步电机定子磁链的观测精度,提出了基于反馈线性化的二阶滑模磁链观测方法,设计了定子磁链观测器,并应用到异步电机直接转矩控制中.为更准确的观测磁链,选取转子磁链为系统输出,运用微分几何理论将异步电机系统的输入/输出线性化,得到以转子磁链为输出的异步电机反馈线性化模型.在此基础上设计基于Super-twisting算法的二阶滑模转子磁链观测器,实现对转子磁链的准确估算,并对所设计的观测器进行稳定性分析.然后再利用转子磁链与定子磁链的关系,估算出定子磁链.将该观测器用于异步电机直接转矩控制中,达到了很好的控制效果.仿真与实验结果验证了该方法的可行性和有效性.     

基于定转子电阻误差补偿的感应电动机自适应逆解耦控制研究

对于具有多变量、非线性、强耦合、慢时变等特征的异步电动机调速系统, 实现定子磁链与电磁转矩的高精度动态解耦是提高系统性能的关键. 首先通过非线性状态反馈建立感应电动机的积分逆模型, 并在此基础上提出了一个基于定、转子电阻误差补偿的感应电动机自适应逆解耦控制方法, 将补偿后的积分逆模型串联到对象的输入端建立广义被控对象. 复杂的感应电动机调速系统被解耦成电磁转矩与定子磁链的两个独立回路, 利用线性系统理论分别对独立回路进行综合设计, 实现定子磁链和电磁转矩对各自给定值的渐近跟踪. 利用Matlab进行了仿真实验, 实验结果验证了建议方案的有效性和可行性.     

感应电机高阶终端滑模磁链观测器的研究

提出了基于高阶非奇异终端滑模的感应电机转子磁链观测方法,用于实现感应电机的按转子磁链定向控制. 设计了非奇异终端滑模面及观测器的控制策略,利用所设计的控制策略推导出电机转子磁链信息. 为了抑制常规滑模存在的抖振现象,设计了定子电流观测器的高阶滑模控制律,可将控制信号直接用于电机转子磁链的估计. 较常规滑模观测器,所提方法具有较高的观测精度,并对电机参数变化具有良好的鲁棒性.仿真结果验证了方法的有效性.     

直接转矩控制系统的稳定性问题和鲁棒控制器设计

直接转矩控制(DTC)系统的设计不依赖于感应电机的转子参数,但它的低速性能不好.研究发现,即使定子电阻测量得足够准确,根据定子磁链的电压电流模型设计的经典DTC系统的低速性能仍得不到改善.理论分析说明了这些问题存在的必然性,指出了DTC系统在转矩控制和稳定性之间存在的矛盾,给出了一种鲁棒控制器的设计方案.该方案同时使用了定子电阻和定子磁链的电流模型,当定子电阻和磁链模型出现误差时,表现出了好的鲁棒性.实验结果验证了系统的性能.     

基于高阶滑模速度控制器的异步电机模型预测转矩控制

针对三相异步电机驱动系统,提出一种基于高阶滑模速度控制器的模型预测转矩控制策略.为了降低负载扰动对系统运行性能的影响,设计一种基于二阶Super-Twisting滑模技术的速度环控制器,以代替传统PI速度控制器,并应用Lyapunov稳定性理论对其稳定性和鲁棒性进行分析,得到使速度控制系统收敛的参数范围.为了提升转矩控制精度,基于异步电机的数学模型,采用模型预测转矩控制理论,以转矩和定子磁链为控制目标设计评价函数,得到最优输出电压矢量驱动电机运行.仿真结果表明,所提出的控制方法能有效提升系统对负载扰动的鲁棒性,并有效降低转矩波动,使电机具有良好的动态和静态运行性能.     

基于DSP的自适应速度辨识直接转矩控制系统研究

异步电机直接转矩控制能产生快速且良好的鲁棒性响应,采用自适应磁链观测器,取代传统的积分器,构造了新型的速度估计器,并结合模糊控制器,实现对定子磁链准确观测和系统无速度传感器运行状态。基于DSP(TMS320LF2407A)核心芯片建立数字化控制系统。仿真与实验表明,该系统对电机定子磁链的观测精度高,转速估算准确,尤其在低速下能保持很高的性能。     

SLIDING‐MODE LINEARIZATION TORQUE CONTROL OF AN INDUCTION MOTOR

This paper proposes a sliding‐mode linearization torque control (SMLTC) for an induction motor (IM). An ideal feedback linearization torque control method is firstly adopted in order to decouple the torque and flux amplitude of the IM. However, the system parameters are uncertainties, which will influence the control performance of the IM in practical applications. Hence, to increase the robustness of the IM drive for high‐ performance applications, this SMLTC aims to improve the immunity of those uncertainties. We modify the flux observer of Benchaib and Edwards [15] by means of the adaptive sliding‐mode method. This not only eliminates the estimation of the uncertainty bounds, but also improves the performance of sliding control. In addition, a practical application of the proposed SMLTC, with a model reference adaptive control (MRAC) scheme incorporated as the inner and outer loop controller used for position control, is also presented. Some experiments are presented to verify the control theory and demonstrate the robustness and effectiveness of the proposed SMLTC.     

一种基于锁相环原理的参考模型自适应感应电机转速估计方法

针对超低速及零定子频率运行条件下感应电动机转速的不可观测性导致基于电机模型的传统速度估计方案无法实现速度估计,引入了高频信号注入法来获得转子磁链矢量位置角并得到转子磁链的参考模型,并以转子磁链的电流模型作为调节模型,在此基础上,提出了基于锁相环原理的参考模型自适应速度估计方案．仿真结果进一步验证了该方案的有效性．     

自适应模糊控制在感应电动机调速系统中的应用研究

针对基于直接转矩控制的感应电动机调速系统低速运转时由定子电阻变化引起的转速静差问题,提出一种自适应模糊控制方法,首先给出定子电阻变化量的模糊估计器和感应电动机直接转矩控制的模糊实现,在此基础上提出了自适应模糊控制方案。仿真实验表明,该方案能够解决调速系统在低速范围内的静差问题。     

异步电动机的非线性自适应控制

本文针对对磁场定向的ｄ－ｑ坐标系下的４阶包含机、电动力学的异步电动机的模型，运用非线性自适应的反馈线性化的控制方法，设计一个新近跟踪负载和转子电阻实际值的非线性辩识算法，一旦这两个未知常数被辩识，则可实现速度和磁链调节的解耦控制，仿真结果证明系统具有良好的稳、动态性能。     

A robust sensorless output feedback controller of the induction motor drives: new design and experimental validation

In this article, a sensorless output feedback controller is designed in order to drive the induction motor (IM) without the use of flux and speed sensors. First, an observer that uses only the measured stator currents is synthesised to estimate the mechanical variables (speed and load torque) and the magnetic variables (fluxes) by structurally taking into account the unobservability phenomena of the sensorless IM (SIM) and the parametric uncertainties. Second, a current-based field-oriented sliding mode control that uses the flux and the speed estimates given by the former observer is developed so as to steer the estimated speed and flux magnitude to the desired references. Since the observer error dynamic is independent from the known input control and depends on the IM parametric uncertainties, a kind of separation principle is introduced to guarantee the practical stability of the whole closed-loop system ‘observer–controller’ (‘O-C’) according to observability and unobservability time variation. A significant benchmark taking into account the unobservability phenomena of the SIM is presented to show the performances of the whole control scheme against experimental set-up.     

感应电动机定子磁链与转矩的逆解耦及存在性

对于具有多变量、非线性、强耦合特征的异步电动机调速系统,实现定子磁链与电磁转矩的动态解祸控制足提高系统性能的关键.本文从异步电动机的5阶模犁及其固有的电磁特性出发,证明了其系数矩阵的非奇异性,进而结合逆系统理论证明定子磁链与电磁转矩的逆解耦在任何状态下都是存在的.在此基础上设计了一种通过非线性状态反馈的逆解耦控制方案,将复杂系统解耦成电磁转矩与定子磁链的两个独立线性回路,然后利用线性系统理论分别对转矩与磁链调节器进行综合设计.仿真实验结果验证逆解耦的存在性与解耦控制方案的有效性.     

感应电动机调速系统的自适应逆控制

针对电压源型逆变器供电的感应电动机调速系统,提出了一种自适应逆控制方法,实现了电磁转矩和定子磁链的解耦控制．应用得到的逆系统将多变量、非线性、强耦合的感应电动机调速系统解耦为电磁转矩和定子磁链两个一阶线性子系统,从而简化了各个闭环线性调节器的设计难度．为了提高系统的鲁棒性,利用递推最小二乘算法实时辨识电动机参数,降低了参数变化对系统性能的影响．使用MATLAB软件进行了仿真实验,实验结果验证了理论分析的正确性和控制方案的可行性．     

Development of a Novel Self‐Tuned Adaptive Supervisory Cerebellar Model Articulation Controller for Induction Motor Drive

This work presents a novel speed control scheme for an induction motor (IM) using an adaptive supervisory differential cerebellar model articulation controller (ASDCMAC). The ASDCMAC has a supervisory controller and an adaptive differential cerebellar model articulation controller (ADCMAC), and the ASDCMAC is utilized as the speed controller. The supervisory controller monitors the control process to keep speed tracking error within a predefined range, and the ADCMAC learns and approximates system dynamics. The connective weights of ADCMAC are adjusted online, according to adaptive rules derived in Lyapunov stability theory, to ensure system stability. The robustness of the proposed ASDCMAC against parameter variations and external load torque disturbances is verified via simulations and experiments, respectively. Three control schemes, the ASDCMAC, fuzzy control, and PI control, are investigated experimentally, and a performance index, root mean square error (RMSE), is utilized for each scheme. The experimental results demonstrate that the ASDCMAC outperforms the two other control schemes with external load torque variations.     

A speed-sensorless indirect field-oriented control for induction motors based on high gain speed estimation

The authors design a new speed sensorless output feedback control for the full-order model of induction motors with unknown constant load torque, which guarantees local asymptotic tracking of smooth speed and rotor flux modulus reference signals and local asymptotic field orientation, on the basis of stator current measurements only. The proposed nonlinear controller exploits the concept of indirect field orientation (no flux estimation is required) in combination with a new high-gain speed estimator based on the torque current tracking error. The estimates of unknown load torque and time-varying rotor speed converge to the corresponding true values under a persistency of excitation condition with a physically meaningful interpretation, basically equivalent to non-null synchronous frequency. Stability analysis of the overall dynamics has been performed exploiting the singular perturbation method. The proposed control algorithm is a “true” industrial sensorless solution since no simplifying assumptions (flux and load torque measurements) are required. Simulation and experimental tests show that the proposed controller is suitable for medium and high performance applications.