基于定子磁链降阶状态观测的永磁同步电机无差拍直接转矩控制系统

针对传统永磁同步电机直接转矩控制中存在的磁链和转矩脉动较大、逆变器开关频率不恒定的缺点。文中提出了一种无差拍的永磁同步电机直接转矩控制方案。在一个控制周期内同时精确补偿了给定磁链幅值与实际磁链幅值、给定转矩幅值与实际转矩幅值的误差,实现了磁链与转矩的无差拍控制。为解决永磁同步电机直接转矩控制系统需要转子的初始位置信息以确定定子磁链的初始值这一问题,本文通过构造定子磁链降阶观测器的方法消除初始磁链误差,使永磁同步电机直接转矩控制系统的运行不依赖转子初始位置信息。最后提出了一种适宜于无差拍直接转矩控制算法和定子磁链降阶观测器的基于转子磁链的转速辨识方法。使整个系统实现无速度传感器运行。     

凸极永磁同步风力发电机无速度传感器控制

基于全阶滑模观测器的凸极永磁同步风力发电机无速度传感器控制可以通过提高滑模增益来提高系统的鲁棒性,但提高滑模增益会放大滑模噪声.为了解决这个矛盾,文中提出了有效反电动势的概念,并基于有效反电动势的概念设计了一种全阶状态滑模观测器,分析了该全阶状态滑模观测器的滑模抖振抑制特性和转子位置估计对转速估计误差的鲁棒性.与全阶滑模观测器相比,所建立的全阶状态滑模观测器在不放大滑模噪声的前提下,可进一步提高转子位置估计对转速估计误差的鲁棒性.实验结果表明,该方法可实现稳定的无速度传感器控制,具有良好的动稳态特性,转子位置估计对转速估计误差具有更强的鲁棒性.     

永磁直驱风力发电机无速度传感器驱动控制

基于永磁同步发电机(PMSG)的直驱型风力发电机通常采用无速度传感器技术进行驱动控制.考虑到风力发电机中PMSG的运行特点,基于基波励磁法的转子磁链位置观测方案较适合这一应用场合.基于此,提出一种新颖的基波励磁法观测方案,该观测方案由扩展磁链观测器和用于对观测到的扩展磁链进行同步进而获得转子磁链位置信息的锁相环共同组成.该扩展磁链观测器具有最小阶,且无需对内嵌式PMSG的凸极特性进行忽略近似.在对该扩展磁链观测器的结构机理及其稳定性进行推导和讨论的基础上,对位置观测器的设计过程进行了探讨.11 kW PMSG的实验验证了该无速度传感器控制方案的性能.     

无速度传感器的永磁同步电机无差拍直接转矩控制方法

针对传统永磁同步电机直接转矩控制方法中存在的转矩脉动大、开关频率不恒定等问题,提出了一种永磁同步电机无差拍直接转矩控制方法。为了使系统工作于无速度传感器状态,提出了一种简单实用的基于转子磁链的转速辨识方法。基于永磁同步电机的数学模型,通过计算在一个控制周期内能同时精确补偿转矩误差和磁链误差的空间电压矢量,得出了基于磁链与转矩的无差拍控制方法。利用转子磁链旋转速度与电机转速(电角速度)完全一致的特点,提出了一种简单实用的转速辨识方法,并将此转速辨识方法与无差拍直接转矩控制方法相结合。对传统直接转矩控制方法和提出的改进型控制方法分别进行了仿真与实验对比。分析结果表明,相对于传统直接转矩控制方法,所提方法能够明显减小磁链与转矩脉动,并且保持了传统直接转矩控制中转矩动态响应快的优点。转速辨识方法能够快速、准确地提供转速信号。仿真与实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

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。     

改进定子磁链估计器及其参数选取

在永磁同步电动机直接转矩控制系统中根据电磁转矩和定子磁链误差选择合适的定子电压矢量,因此必须对定子磁链进行估计。针对传统定子磁链计算中存在的受定子电阻和反电动势积分影响等问题,研究了扩展卡尔曼滤波在永磁同步电动机定子磁链估计中的应用。建立了以定子电流,转子速度和转子位置为状态变量的扩展卡尔曼滤波估计器,进而利用永磁同步电动机的电流模型计算定子磁链。同时,在大量仿真实验基础上,总结协方差矩阵参数对系统性能的影响。实验结果表明所提出的算法不仅能准确估计速度、转子位置和定子磁链,并且对电机参数具有很强的鲁棒性。     

永磁同步发电机无速度传感器控制

基于二阶滑模观测器的永磁同步电机无速度传感器控制需要对估计的反电动势进行低通滤波和补偿,这增加了系统复杂性,并使估计的转子位置受转速估计误差影响严重。为此,提出了一种基于有效反电动势的全阶滑模观测器。该观测器具有二阶低通滤波的特性,可滤除估计的有效反电动势中含有的高频滑模噪声,无需再外加低通滤波器。然后可采用锁相环直接获得转子位置,实现无速度传感器控制。此外,该方法可以通过合理设计滑模增益,提高转子位置估计对转速估计误差的鲁棒性。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

基于有效磁链观测器的内置式永磁同步电机的无差拍直接转矩控制

为提高永磁同步电机驱动系统的性能,提出一种无速度传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)无差拍直接转矩控制方法。在建立电机离散化模型的基础上,导出了转矩与磁链的无差拍电压控制律。采用图形化辅助解析的方法,直观地表达了无差拍直接转矩控制电压矢量解的物理含义。将无差拍直接转矩控制与基于有效磁链观测器的速度估算方法相结合,实现了IPMSM的无速度传感器控制。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于自适应观测器的感应电机转速估计方法研究

介绍了一种能在线补偿定转子电阻的基于自适应观测器的感应电机转速估计方法.该转速估计方法只需检测定子电压电流作为输入,利用观测器观测出转子磁链和定子电流,并利用定子电流误差和转子磁链观测值辨识出转速、定子电阻和转子电阻,并反馈于观测器,确保电机转速估计对参数变化的鲁棒性.仿真及实验结果表明,此方法估计的速度能应用于无速度传感器矢量控制系统,并具有较好的辨识精度和鲁棒性.     

基于扰动补偿磁链观测器的永磁同步直线电机无位置传感器控制

为了提升永磁同步直线电机无位置传感器控制性能,研究了一种基于扰动补偿磁链观测器的无位置传感器控制方法。该方法将陷波滤波器看作扰动观测器并且结合反馈控制器,计算简单,容易实现。观测器中的参数调试也不复杂,对直流偏置和谐波扰动有着比较好的抑制作用,相当于克服了传统磁链观测器最主要的局限性。此外,研究的观测器不会带来磁链幅值和相位的误差。利用锁相环估计位置和速度,进一步提高观测器观测精度。实验证明扰动补偿磁链观测器能够有效减小直线电机运行过程中的动子磁链的估计误差,从而提高动子的位置和速度的估计精度。     

交互式模型参考自适应PMSM速度辨识

提出了一种基于矢量控制的交互式模型参考自适应永磁同步电机无速度传感器控制方案.该方案利用静止α-β坐标系下的基于电压模型的反电动势估计值和基于磁链模型的反电动势估计值之差作为误差信号,交互式的构成对定子电阻辨识和转子转速辨识的自适应律,实现定子电阻和转速的估计,解决了因电机参数变化所影响速度辨识精度的问题.仿真和实验研...     

永磁同步电动机无传感器矢量控制方案的研究

在永磁同步电动机无传感器控制中,通常通过测量进线电压和电流来估计转子磁链,并把估计的转子磁链作为无传感器矢量控制的反馈,从而达到使用传感器控制时的高性能。高速控制时,最关键的是保证控制过程中参数变量的鲁棒性。本文分析了基于电压模型的古典开环转子磁链估计和较复杂的Luenberger转子磁链观测器在永磁同步电动机转子磁链估计上的差异,并使用STM32微处理器先后通过仿真和实验做了分析和论证。     

基于磁链滑模观测器的IPMSM无传感器控制系统研究

本文根据内置式永磁同步电动机(IPMSM)的线性磁链模型,以定子电流和线性磁链为状态变量构建磁链滑模观测器,用于从观测磁链中提取位置信息实现无速度传感器控制。观测器中用实际电流与重构电流偏差构建滑模切换面,将得到的等效控制信号经反馈矩阵引入线性磁链模型中,利用磁链误差方程的滤波特性消除抖振分量,得到正弦度高的观测磁链。然后利用锁相环的频率跟踪特性,从磁链观测值中提取转子位置角及转速信息。与传统反电动势滑模观测器相比,无需低通滤波器,提高了位置辨识精度,具有更快的动态响应。仿真和实验验证了该控制方法的有效性。     

基于参数在线辨识的高速永磁电机无差拍电流预测控制

针对无传感器表贴式永磁同步电机高速运行过程中电气参数摄动影响电流环性能和转子位置估计精度的问题，提出一种基于参数辨识的无传感器高速永磁电机无差拍电流预测控制方法。首先，为了提升电流环控制器的动态性能，结合永磁电机控制系统的特点，采用无差拍电流预测控制并进行模型参数敏感性分析。其次，针对多参数在线辨识存在的欠秩问题，提出在3种不同时间尺度下，采用基于神经元迭代求解的总体最小二乘法在线分步辨识电机定子电感、电阻和永磁体磁链。最后将辨识结果用于更新无差拍电流预测控制器及滑模观测器参数。实验结果表明，基于参数辨识的无传感器高速永磁电机无差拍电流预测控制方法能有效提高电流环控制器稳态性能及转子位置估计精度。     

永磁同步电机的扰动观测器无位置传感器控制

基于传统观测器的永磁同步电机无位置传感器控制,需要对作为状态变量的电流信号进行微分,这会导致噪声信号的放大,为此需单独设计滤波环节,增加了系统调试的工作量和复杂性。文中基于一类特殊设计的扰动观测器(disturbance observer)提出一种反电动势观测器,该方法将两相静止坐标下电流状态方程中的反电动势作为干扰量,不需要通过状态变量的微分和滤波环节就可以实现扰动量的准确估计。根据反电动势估计结果进行一次反正切计算得到电机的转子位置,同时设计一个随转速变化的转子位置误差补偿环节,即可实现基于扰动观测器的永磁同步电机无位置传感器控制。仿真和实验结果表明,该方法的观测器增益选择方法简单,对转速和负载变化具有较好的自适应能力和鲁棒性,可以实现高性能的永磁同步电机无位置传感器控制。     

结合MRAC和PLL的半直驱型风力发电系统的无速度传感器控制

为简化系统结构、提高系统可靠性,研究了半直驱型风力发电系统(MT WTGS)的无速度传感器控制策略。建立了包括风力机、机械传动链、永磁同步发电机在内的MT WTGS机侧部分数学模型。针对速度传感器故障率高、易受干扰等问题,提出了结合模型参考自适应控制(MRAC)和锁相环(PLL)的无速度传感器控制策略;该控制策略利用模型参考自适应系统来估计发电机的转速和转子位置,利用锁相环来估计发电机转子的初始位置。仿真和实验结果表明,该控制策略能够快速准确地估计永磁同步发电机的转速和转子位置,实现了永磁同步发电机的无速度传感器矢量控制,具有与采用常规速度测量手段的控制技术相媲美的控制效果。     

电动汽车空调无位置传感器的内置式永磁同步电机控制研究

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器的转子位置和速度估计的难点,提出了一种基于改进定子磁链观测器的转子位置、速度的估计方法。该方法结构简单,涉及电机参数少。通过引入有效磁链概念对IPMSM的电压方程进行等效变换,对两相静止坐标系下的反电动势进行积分。为了抑制反电动势的积分环节带来的积分饱和和直流漂移问题,设计了截止频率可以自动调节的低通滤波器来代替积分器。对于在低速时低通滤波器所带来的磁链幅值衰减和相位超前问题,利用饱和反馈对观测误差进行补偿。最后通过锁相环进行位置的估计。搭建了MATLAB/Simulink仿真平台。仿真表明:该方法能够实现对IPMSM全速度范围内的转子位置的高精度估计。     

基于转子磁链模型的永磁同步电机转子位置估计策略

提出一种基于改进滑模观测器(SMO)和正切函数锁相环(PLL)结构的永磁同步电机无位置传感器转子位置估计策略。改进滑模观测器采用与电机转子电角速度相关的自适应反馈增益,引入幅值恒定的磁链分量计算电机转子位置,避免电机转速大小变化影响转子位置估计精度。为避免电机正、反向旋转切换导致的位置估计误差,建立了基于正切函数的锁相环结构,使得系统在各个平衡点均渐近稳定。与传统基于反电动势的位置估计策略相比,该文所提位置估计策略能够有效克服低转速工况下位置估计不准确以及转向突变导致的位置估计误差增大问题。最后将该文所提位置估计策略与传统基于反电动势的位置估计策略进行对比实验,实验结果验证了该文策略的有效性和实用性。     

基于自适应滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

为了实现永磁同步电机的无位置传感器控制,本文提出了一种自适应滑模观测器。该观测器通过一种李雅普诺夫函数来获取反电动势的估计方程,然后基于估计反电动势计算出转子位置。基于反电动势模型建立速度观测器,应用模型参考自适应方法,实现对电机转速的估计。仿真和实验结果表明,本文所提出的方法能够实现对转子位置和电机转速的准确估计,具有较好的动静态性能,可以改善低速下转子位置和电机转速的估计效果。     

改进型自适应滑模观测器的PMSM无速度传感器

为了实现永磁同步电机的无速度传感器控制,提出了一种改进型自适应滑模观测器算法。该自适应滑模观测器通过引入电角速度的参与得到了扩展反电动势的估计值,然后进一步得到转子磁链的估计值,最后通过基于锁相环结构得到转子位置和速度。与传统滑模观测器相比,改进型自适应滑模观测器算法提高了转速的估计精度和稳定性,同时减小了系统抖振,提高了系统鲁棒性。最后以TMS320F28335DSP为核心芯片搭建了永磁同步电机硬件平台,仿真与实验结果验证了该方法的有效性和实用性。