三电平扩展卡尔曼滤波异步电机滑模控制

传统异步电机闭环控制中转速和磁链外环采用比例积分(PI)控制,针对其有超调和动态响应慢等问题,提出了一种新型的滑模控制器用于外环转速和磁链控制,改善了动态性能.采用五阶扩展卡尔曼滤波(EKF)来估计转速和磁链并用于闭环反馈,进一步研究了引入转矩观测后的六阶EKF,考察了转动惯量对速度估计的影响,在三电平逆变器驱动异步电机平台上进行了各种实验.结果表明,基于EKF和滑模控制的无速度传感器控制系统在较宽的速度范围内具有良好的动静态性能.     

基于自抗扰控制器的内置式永磁同步电机无位置传感器控制

位置传感器故障是内置式永磁同步电机可靠性降低的重要原因之一。针对无位置传感器算法中滑模观测器存在观测角度滞后和系统抖振的缺陷,提出了一种以自抗扰控制器为核心的无速度传感器控制方法。该方法基于内置式永磁同步电机的扩展反电动势模型,重新设计了适用于其电流内环的自抗扰控制器,使之不再依赖于永磁体磁链参数。针对位置和速度估计问题,系统将扩展反电动势纳入未知扰动,采用状态扩张观测器对其进行估计,最后使用锁相环生成转速和转子位置。仿真和实验结果表明,该控制策略能够准确估计电机转子位置,并具有很好的稳态性能。     

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.     

具有效率优化计算的异步电动机自抗扰与滑模直接转矩控制

为了克服异步电动机直接转矩控制中转矩和电流脉动大等缺点,设计改进的自抗扰速度控制器取代传统的比例积分(PI)控制器。根据异步电动机的数学模型以及滑模变结构控制理论设计了一种基于转矩误差和磁链平方误差的新型滑模控制器。考虑电机运行过程中负载转矩未知问题,设计了一种基于Super-twisting算法的负载转矩观测器。Super-twisting定子磁链观测器的应用提高了观测精确度。通过效率优化计算得出稳态时最优定子磁链,并将其引入调速系统。仿真试验结果表明,该控制策略有效地减小了转矩和电流脉动,并且对外部扰动具有较强抑制作用,同时能够降低电机运行损耗,具有良好的动态和稳态性能。     

基于改进滑模观测器的无位置传感器AFFSPM电机模型预测磁链控制EI北大核心CSCD

为了提高轴向磁场磁通切换永磁(axial field fluxswitching permanent magnet,AFFSPM)电机无位置传感器位置检测精度,同时抑制该电机的转矩和磁链脉动,该文提出一种基于改进滑模观测器(sliding mode observer,SMO)的无位置传感器AFFSPM电机模型预测磁链控制方法。首先,基于传统滑模观测器,设计边界层可随滑模面误差自调节的反正弦饱和函数,削弱系统抖振,改善系统稳态性能;接着,将扩展卡尔曼滤波器及幅值补偿环节代替单一低通滤波器,并通过内嵌二阶广义积分器的软件锁相环估算转子位置角和速度,消除位置角补偿,提高位置观测精确度;最后,将估算的转子位置角和速度反馈到模型预测磁链控制模块,完成无位置传感器控制。该文通过理论推导、仿真与实验研究验证所提出的控制策略可有效提高AFFSPM电机无传感器控制的稳态和动态性能。     

永磁同步电机新型无传感器控制方法

为了提高永磁同步电机直接转矩控制系统抗干扰性,解决传统直接转矩控制中系统脉动大的问题,分析了永磁同步电机的数学模型,并设计了抗干扰性较强的定子磁链观测器。通过测量定子电压和电流,采用扩展卡尔曼滤波技术,估计转子位置和定子磁链,并提出扩展卡尔曼滤波中协方差矩阵参数的设计方案。最后,对该方法进行仿真和实验。结果表明,卡尔曼滤波观测器在准确估计转子位置和定子磁链的同时,能有效降低系统脉动。     

基于双滑模变结构PMSM直接转矩控制无传感器运行

提出基于双滑模变结构永磁同步电机（PMSM）直接转矩控制（DTC）无传感器运行。以电磁转矩误差、定子磁链误差和转速等信号作为磁链和转矩滑模控制器输入信号,其输出实现电压空间矢量调制,取代了传统DTC中滞环比较器和开关电压矢量选择表,有效地降低磁链和转矩脉动,并保证逆变器开关频率恒定;设计滑模观测器对转速进行准确估计,实现PMSM无传感器运行。仿真和实验结果验证了该方法的可行性和有效性。     

基于滑模控制的TSMC-PMSM调速系统

设计了一种基于双级矩阵变换器(TSMC)驱动的永磁同步电机(PMSM)滑模变结构直接转矩控制方案。该方案针对一般滑模控制器的抖振问题,设计了积分滑模面、符号函数平滑和变指数趋近律,并应用于PMSM转矩和磁链的控制,既克服了滞环直接转矩控制(DTC)转矩和磁链脉动大的不足,又解决了一般滑模控制器的抖振问题。采用DSP和FPGA开发了一套系统实验样机,给出了系统的软硬件设计方法,实验结果验证了系统设计的有效性,实现了系统高性能调速及网侧电能质量的优化。     

联合扩展卡尔曼滤波的滑模观测器SOC估算算法研究

文中提出一种联合扩展卡尔曼滤波的滑模观测器算法用于电动汽车电池的荷电状态(state of charge,SOC)估计。电池模型采用二阶Thevenin等效电路模型,辨识不同温度下的模型参数,分析温度对电池模型参数及精度的影响。针对扩展卡尔曼滤波对模型精度依赖性高及滑模观测器对噪声敏感导致估计结果存在较严重抖振现象的缺陷,提出在扩展卡尔曼滤波算法的状态修正方程中加入防抖函数,依据滑模观测器稳定性约束条件获取函数相关参数,得到一种新的联合扩展卡尔曼滤波的滑模观测器算法。所提算法能够同时综合扩展卡尔曼滤波器和滑模观测器优点,在滤除噪声的同时对建模误差也具有较强的鲁棒性。最后,设计相应的模拟工况进行实验,实验结果证明,所提算法在复杂的车载环境下拥有比扩展卡尔曼滤波和滑模观测器更高的电池SOC估计精度。     

基于滑模变结构的永磁同步电机直接转矩控制

为解决传统永磁同步电机直接转矩控制中存在的电流、磁链和转矩脉动较大、逆变器开关频率不恒定、系统低速运行时难以精确控制以及因转矩脉动引起的高频噪声等问题,文中将滑模变结构控制策略引入永磁同步电机直接转矩控制中。用转矩和磁链2个滑模控制器来替代传统直接转矩控制中的2个滞环调节器,其输出实现空间电压矢量调制,保证了逆变器开关频率恒定。实验结果表明,这种新型控制策略能极大地减小传统直接转矩控制中存在的电流、磁链和转矩脉动,有效地抑制高频噪声,实现逆变器开关频率恒定,同时仍保持直接转矩控制固有的转矩快速响应的特征和对系统参数摄动、外干扰、测量误差以及测量噪声具有鲁棒性强的优点,有效地改善了系统的动、静态运行性能。     

数字伺服系统中微分控制律的实现

针对某型高精确度转台系统中,运用传统的PID算法设计数字控制器,由于采用完全微分环节实现微分控制律,输入信号中特定频率的噪声分量被充分放大,使有用信号产生失真,影响控制系统精确度。为了滤除这一噪声分量,保证系统的控制精确度,基于数字滤波理论,给出了几种数字滤波算法,并在数字滤波器的滤波效果及其给系统带来的相位迟后之间作了折衷。仿真和实验结果表明,加入数字滤波器后,数字微分控制器的噪声得到抑制,提高了确转台伺服系统的定位精确度。     

磁轴承基于扩展卡尔曼滤波的改进PID控制算法研究

提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的改进PID控制算法。该算法以传感器测量的转子位移信号为量测量,功率放大器的输出电流为输入量,通过系统状态方程和噪声统计特性估计转子的实际偏心位移,有效解决了信号噪声对控制精度的影响问题。最后,通过仿真和试验,对比验证了算法的有效性。     

双非奇异终端滑模的SPMSM无源控制

表面式永磁同步电动机调速系统的无源控制器在端口受控耗散哈密顿系统数学模型基础上进行了设计,其输入i*q由非奇异快速终端滑模方法设计的速度控制器得到,提高了速度外环响应速度和鲁棒性。在α,β坐标系下定义的扩展反电势基础上,利用非奇异终端滑模观测方法建立了无速度传感器,转子位置和速度信息由锁相环跟踪算法提取,抑制了滑模固有的抖振现象,估算精度得以提高。仿真对该方法的有效性进行了验证。     

基于扩展滑模扰动观测器的永磁直线同步电机定结构滑模位置跟踪控制

由于永磁直线同步电机位置伺服系统易受参数扰动、外部干扰和端部效应的影响,该文提出一种定结构滑模控制器与扩展滑模扰动观测器相结合的复合式滑模位置控制方法。定结构滑模控制器通过加入限制条件,保证了系统状态都位于滑模面的同一侧,削弱了传统变结构滑模控制器由切换控制产生的抖振现象,提高了滑模滑动运动的品质。扩展滑模扰动观测器可以对定结构滑模控制器中无法精确测量的系统扰动项进行观测并补偿,从而消除了系统扰动项对定结构滑模控制器的影响。最后通过实验验证了该复合式滑模控制方法的有效性。实验结果表明,相比于传统的滑模控制,该复合式滑模控制方法可以实现更高的位置跟踪精度,不仅削弱了抖振现象,而且增强了位置跟踪系统的鲁棒性能。     

基于分数阶滑模观测的感应电机无速度传感器矢量控制

针对感应电机无速度传感器矢量控制中速度和磁链的观测问题,设计了一种感应电机速度和磁链的分数阶滑模观测器,该观测器综合了分数阶积分和滑模控制的优点。观测器以定子电流观测误差构成滑模面,根据李雅普诺夫定理证明了观测器的收敛性和稳定性,并设计了分数阶滑模控制律。将该观测器应用到了感应电机矢量控制系统中,实现了无速度传感器矢量控制。仿真试验表明,分数阶滑模观测器能有效减小滑模观测中的抖振,对磁链和速度有较高的动态辨识能力。而且,无速度传感器矢量控制系统在全速范围内较好的动态和稳态性能。     

电动汽车用感应电机效率优化驱动系统设计

针对基于感应电机的电动汽车电驱系统的效率提高问题,提出了一种考虑效率优化的感应电机无速度传感器控制策略。控制器综合了磁场定向控制和直接转矩控制的优点,并融入了弱磁算法以确保电机高速运行性能,同时还设计了扩展卡尔曼滤波观测器来估计电机转速用于转速反馈以提高系统运行可靠性。通过建立感应电机运行损耗模型,设计了效率优化算法以提高系统效率。最后,通过试验对控制策略的有效性进行了验证。     

永磁同步电机AEKF无磁链直接转矩控制

针对传统直接转矩控制主要为提高转矩响应速度这一特点,研究了星形连接下正弦波永磁同步电机无磁链直接转矩控制。该方法简化了传统的转矩、磁链双闭环控制方式,只针对电磁转矩进行控制,提高了电磁转矩响应速度和精度。考虑到直接转矩控制转矩脉动大这一缺陷,为了进一步降低转矩脉动,节约系统成本,在无磁链直接转矩控制基础上引入自适应扩展卡尔曼滤波无传感器控制,使对系统影响很大的噪声矩阵实时更新,提高了系统收敛性能以及磁链、转速观测性能,有效保证系统鲁棒性,降低电机磁链和转矩脉动的同时节约了成本。仿真和实验证明了理论的正确性与可行性。     

基于变结构控制的无传感器交流伺服系统研究

为了取消永磁同步电机控制中的机械传感器,获得矢量控制中需要的电机转速和位置信息,设计了一种基于变结构控制的永磁同步电机转速和转子位置估算方法。选取定子固定坐标系下定子电流及电机感应电动势为状态变量,定子电压和电流作为输入、输出量,建立估算电机转速和转子位置的自适应滑模观测器系统。通过观测电机感应电动势来估计电机转子位置和转速,并结合扩展的卡尔曼滤波对电机感应电动势进行滤波。实验结果表明带有扩展的卡尔曼滤波的滑模观测器具有良好的动态性能,对被控对象的参数变化和扰动有很强的鲁棒性。     

无速度传感器的永磁同步电机滑模控制

基于模型参考自适应系统(MRAS)方法,完成了永磁同步电机(PMSM)无传感器控制中的速度估计,节约了成本,并提高了驱动系统的可靠性。在此基础上应用滑模控制理论,采用积分滑模面及滑模等效控制,对PMSM驱动系统速度跟踪控制进行了研究,提高了系统的鲁棒性和快速性。建立了PMSM驱动无传感器矢量控制系统的仿真模型,设计了速度滑模控制器。仿真结果验证了该方法的有效性,系统具有较好的动、静态特性。     

异步电动机复合滑模直接转矩控制方法研究

针对传统直接转矩控制系统低速时电机转矩和转速波动大的不足,设计了复合滑模直接转矩控制器,该控制器由一积分切换的自适应滑模控制器并联积分环节构成.在Matlab/Simulink下分别建立了传统直接转矩圆形磁链轨迹控制模型和复合滑模直接转矩控制模型.仿真结果验证,与使用传统直接转矩控制算法相比较,该方法能提高系统鲁棒性,在相同仿真条件下转矩和转速的波动明显减小,从而证明了该方法的可行性.