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。     

无速度传感器感应电机改进转子磁链观测器

针对感应电机无速度传感器磁场定向控制系统,提出一种基于电压模型的改进转子磁链观测方法.为了有效抑制反电动势积分环节所存在的直流偏移和积分饱和问题,采用一个截止频率可根据输出频率进行自调整的低通滤波器来代替传统电压模型磁链观测器中的反电动势积分环节.然而低通滤波器的引入将会产生磁链幅值和相位的观测误差,从而导致在低速运行场合中磁链观测性能显著下降,为了解决这一问题,设计一个可以补偿磁链观测误差的补偿器.通过11kW感应电机无速度传感器矢量控制系统对所提出的改进转子磁链观测器进行了实验验证,结果证明了算法的有效性.     

感应电机直接转矩控制系统的新型滑模定子磁链观测器

为提高定子磁链的估计精度,改善直接转矩控制驱动系统的性能,提出了一种新型定子磁链滑模观测器。采用Lyapunov稳定性理论证明了观测器是稳定的。该观测器的实现无需电压信息,对电机参数变化具有强鲁棒性,即使在电机低速运行区依然能够提供精确的磁链估计值。仿真结果验证了基于该观测器的感应电机直接转矩控制系统具有优良性能。     

基于二阶滑模的MRAS型感应电机转速辨识

针对感应电机无传感器控制,提出了一种基于二阶滑模与模型参考自适应系统(MRAS)相结合的转速辨识方法。将采用Super-Twisting二阶滑模理论构造的滑模观测器作为MRAS参考模型对所构造中间变量进行观测,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,实现对转速的闭环观测。所构造的MRAS具有低通滤波特性,能有效克服系统中电流谐波的影响,更好地提高了系统性能。仿真和实验结果验证了该方案的可行性和有效性。     

基于滑模观测器定子磁链观测研究

定子磁链观测是直接转矩控制系统中的关键环节.基于电压模型的磁链观测方法是常用的观测方法,但其低速观测精度受定子电阻变化的影响,低速时,定子电阻压降在反电动势中所占比例较大,较小的定子电阻误差都会导致观测精度下降.提出了一种基于滑模观测器观测定子磁链的方法,通过滑模函数驱动估计电流跟随实际电流.实现对定子磁链的观测.该方法不含有定子电阻,对定子电阻具有完全鲁棒性,而且不需要定子电压信息.仿真结果表明该方法能在全速范围内准确观测定子磁链,且具有结构简单,容易实现的特点.     

感应电机Super-twisting算法定子磁链观测器设计

为了提高感应电机定子磁链的观测精确度,提出了一种基于Super-twisting算法的磁链观测方法,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。依据滑模变结构控制的鲁棒性特点来抑制多输入多输出定子磁链观测器系统中的扰动。利用Super-twisting算法所需信息少的优点,设计了简单的控制律,从而更适合于实际工程应用。在对观测器稳定性进行分析时,将转速和耦合量看作扰动来处理,并给出了系统一致渐近稳定的充分条件。与常规电压模型法相比,基于Super-twisting算法的定子磁链估算值更加准确,且对电机定子电阻参数变化具有更强的鲁棒性。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

基于U-I模型的感应电机定子磁链观测方法研究

深入分析了传统的基于U-I模型的感应电机定子磁链观测方法的局限性,详细探讨了基于坐标变换的饱和反馈双积分器的补偿原理和相关参数的选取原则.理论分析和仿真结果表明,正确选取反馈通道的限幅阀值,该积分器可以在有效抑制饱和与直流漂移的同时,完全补偿相位和幅值误差.实验结果进一步证明了该方法的可行性、有效性和正确性.     

基于转子磁场定向矢量控制的感应电机改进磁链观测方法

传统的磁链观测方法通常采用低通滤波器取代电压模型的纯积分环节,由于其易于实现,较多应用于工程实践。但其忽略了直流偏置,并随之引入了相位偏差以及幅值上的误差。针对这一现象,提出改进磁链观测的方法,采用高通与低通滤波环节串联的方式,在此基础上推导出相对应的相位及幅值的偏差补偿策略,解决了直流偏置问题。最后通过仿真和试验对所述方法进行有效性和准确性的验证。     

基于转子磁链观测的PMSM滑模观测器控制方法

传统永磁同步电机滑模观测器无位置控制方法一般基于反电势观测,为消除反电势中的高频分量,需对反电势进行低通滤波后再进行转速和位置角估算。而低通滤波器的引入会对反电势的相位造成影响,进而需增加额外的相位补偿环节去补偿相角误差。同时,反电势会随转速变化,这给采用锁相环方法估算转速和位置角的PI参数整定也造成一定困难。针对以上情况,设计了一种改进型积分策略,通过对反电势进行积分得到转子磁链,通过对转子磁链进行锁相环得到转速和位置角。由于转子磁链在全转速范围内保持恒定,因此一套PI参数能在全转速范围内获得较好的控制效果,仿真结果表明,该控制方法具有良好的控制性能。     

基于反电动势滑模观测器的异步电机矢量控制

为提高异步电机无速度传感器控制参数鲁棒性,同时减小滑模抖振,研究了一种基于反电动势高阶滑模观测器的异步电机速度观测和矢量定向方案。在对异步电机数学模型变换的基础上,通过非奇异终端滑模观测器的设计,实现了对反电动势的准确观测。据此设计了转速适应率,实现了转速观测,并由反电动势和转子磁链之间的故有相位关系,实现了转子磁场的直接定向。该方案的突出优势在于其较强的参数鲁棒性:一方面,其矢量定向的准确性不受转子电阻这一易变参数的影响;另一方面,转子电阻的变化对速度观测精确度的影响较小。同时高阶滑模观测器的设计有效地抑制了滑模抖振,提高了观测精确度。仿真结果验证了该方案的有效性,展示了其较强的参数鲁棒性。     

一种用于异步电机无速度传感器控制的自适应滑模观测器

针对异步电机无速度传感器中存在的对参数变化鲁棒性差的问题,研究了一种基于自适应滑模观测器的异步电机无速度传感器的矢量控制方案。自适应滑模观测器根据电机静止坐标系下的数学模型构造了转子磁链观测器,定子电流观测值与实际值的误差构成观测器的滑模面,在滑模运动下该观测器的观测值最终趋近于实际值,从而实现转子磁链的估计。电机转速由自适应方法估算得到,滑模观测器的稳定性可由李雅普诺夫稳定性证明。与其他方案相比,该方法的优点在于实现简单,对参数变化具有鲁棒性。仿真和实验对控制方案的正确性和可行性给出了验证,该观测器可以实现对转子磁链和转速的观测,且在负载扰动和给定转速变化的情况下该滑模观测器具有鲁棒性。     

一种感应电机磁链观测器的稳定性研究及改进

基于电压电流模型的闭环磁链观测器在无速度传感器感应电机矢量控制中获得了良好的控制性能,且具有较小的参数敏感性,但在低速发电模式下存在部分不稳定区域,导致电机在该区域不能正常运行.根据对该闭环磁链观测器稳定性分析及其对应不稳定区域条件,本文提出了一种改进方法使之能够在在低速发电模式下稳定运行.仿真和实验都证明了该改进方法的有效性和实用性.     

基于二阶滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

为了准确估计永磁同步电机的转子位置与速度,提出一种二阶滑模观测器.该观测器在传统线性滑模面基础上引入了混合非奇异终端滑模面,避免了常规滑模观测器由于低通滤波所产生的相位滞后问题,同时可以提高转子位置与速度的估算精度.为了保证观测器的稳定并抑制滑模固有的抖振现象,设计了滑模控制律.最后,采用具有锁相功能的转子位置与速度跟踪算法从观测的反电动势中解调出转子位置和速度信息.仿真和实验证明了所提观测器的正确性.     

Robust sliding mode control and flux observer for induction motor using singular perturbation

This paper proposes a sequential methodology for designing a robust adaptive sliding mode observer for an induction motor drive using a two-time-scale approach. This approach is based on the singular perturbation theory. The two-time-scale decomposition of the original system of the observer error dynamics into separate slow and fast subsystems permits a simple design and sequential determination of the observer gains. In the proposed method, the stator currents and rotor flux are observed on the stationary reference frame using the sliding mode concept. The control algorithm is based on the indirect field oriented sliding mode control with an on-line adaptation of the rotor resistance to keep the machine field oriented. The control–observer scheme seeks to provide an asymptotic tracking of speed and rotor flux in spite of the presence of an uncertain load torque and an unknown value of rotor resistance. The validity for practical implementation has been verified through computer simulations.     

PMSM扩展状态滑模观测器及转子位置和速度估算

针对永磁同步电机(PMSM)反电势滑模观测器抖振问题,提出一种基于电流和磁链为变量的 PMSM扩展状态方程的自适应滑模观测器.以实际电流与观测电流之差构成滑模面,当滑模运动发生时,电流观测误差为零,等效控制信号包含磁链误差相关信息.通过反馈矩阵将等效信号输入到磁链观测方程中,磁链观测误差渐进收敛到零.在磁链观测结果中,抖振现象被很好的抑制,转子角度可以由磁链直接计算.分析了速度估计误差对磁链观测影响,并以此为基础进行反馈矩阵的计算.建立了速度自适应率,并采用Lyapunov方法证明了算法的收敛性.仿真和实验结果表明,通过该观测器和速度辨识方法能够准确计算出电机角度和速度,具有良好的稳态精确度和动态性能.     

六相感应电机二阶滑模无速度传感器控制

围绕六相感应电机（IM）的高性能无速度传感器驱动控制问题,设计了一种二阶滑模（SOSM）模型参考自适应系统（MRAS）估计器,实现了六相IM的无速度传感器优化直接转矩控制（DTC）。新型控制方案中使用了超扭曲算法（STA）提出了一种补偿磁链观测器,本质上属于SOSM策略,并将观测器用作MRAS转速估计参考模型。此外,针对DTC策略中的转速外环设计了基于STA的SOSM控制器,以提高对外部负载扰动的鲁棒性。最后,测试结果验证了二阶滑模MRAS无速度传感器DTC控制策略可以克服经典滑模控制固有的抖振问题,并对参数不确定性和直流偏置具有较强的鲁棒性。     

感应电机磁链和转矩的非奇异终端滑模控制

针对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的转矩脉动大、电流谐波成分重、定子磁链轨迹畸变等问题,将非奇异终端滑模控制应用到了转矩和磁链控制中.为了提高传统滑模控制的收敛性,分别独立设计了转矩控制器和磁链控制器的非奇异终端滑模平面.转矩控制器和磁链控制器由等效控制项和非线性切换项组成,非线性切换项中的符号函数sgn(S)通过积分作用削弱了控制量的抖振.仿真结果表明,非奇异终端滑模变结构直接转矩控制具有动态响应快、转矩波动和转速波动小、鲁棒性强、低"抖振"的特点.     

Hyperstability of the full-order observer for vector-controlled induction motor drive without speed sensor

Vector-controlled induction motor drive systems without speed sensors have been widely studied. Speed estimation can be treated as a problem of parameter estimation under the theory of MRAS (model reference adaptive systems). In such cases, the convergence and robustness of the system are major issues. In this paper, we discuss the stability of an MRAS, that includes a full-order adaptive observer of the induction motor and is used for estimating the rotor speed and identifying the stator resistance. It is verified that, under some conditions, the transfer matrix in the forward path of the MRAS is strictly positive-real and that the non-linear block in the feedback path satisfies Popov's criterion. As a result, the system is hyperstable. The influence of the set error of the rotor resistance is discussed and the design criterion for the feedback gain of the observer is presented. Finally, the system is linearized for the parameter design of the speed estimator.