基于超扭曲算法的永磁同步电机直接转矩控制

针对以电压源逆变器(VSI)馈电的永磁同步电机(PMSM)驱动系统,提出一种基于超扭曲算法的直接转矩控制。该控制策略结合滑模控制、直接转矩控制和空间矢量调制的原理,克服了PI型控制的空间矢量调制-直接转矩控制(DTC-SVM)鲁棒性差与传统滑模控制的DTC-SVM存在抖振的缺点,从而获得良好的稳态与动态性能,同时保证逆变器开关频率近似恒定。实验结果表明,所提方法不仅可以有效减小磁链和转矩脉动,还对系统参数变化具有较强的鲁棒性能。     

基于滑动模控制的感应电动机增益自适应锁相环速度控制

提出一种高性能感应电动机速度控制方案。首先采用滑动模控制理论对感应电机的转矩进行强鲁棒性控制,在此基础上设计了双模速度控制器,用锁相技术获得高稳态精度,并通过环路增益自适应方法提高锁相环系统的抗干扰能力。综合采用上述方法,可使系统获得优良的动态和稳态性能,并对电机参数和外部干扰具有强鲁棒性。仿真结果证明了控制方案的有效性。     

Combining the principles of sliding mode, direct torque control, and space-vector modulation in a high-performance sensorless AC drive

A sensorless induction motor drive is presented, in which the principles of sliding-mode control, direct torque control (DTC), and space-vector modulation are combined to ensure high-performance operation, both in the steady state and under transient conditions. Merits of the classic DTC transient behavior are preserved, while the steady-state operation is significantly improved. The torque and flux controllers, and motor state observer are of the sliding-mode type. The inverter is directly controlled on the basis of torque and flux errors, using space-vector pulsewidth modulation. Computer simulations and experimental results presented demonstrate the robustness, accuracy, quickness, and low-chattering, wide-speed-range operation of the drive.     

交流永磁直线伺服系统的神经网络--滑模双自由度控制

文章针对直接驱动的交流永磁直线伺服系统，提出一种将非线性神经网络控制和滑模控制相结合构成的双自由度控制策略。该控制策略解决了直线伺服系统跟踪性能的鲁棒性能之间的矛盾。采用滑模控制方法设计输入控制器，保证系统对给定的快速跟踪性能；输出反馈控制器采用神经网络来实现，对系统参数变化和阻力扰动（包括直线电机端部效应引起的推力波动）进行很大程度的抑制。并可以消除扰动引起的滑模控制抖振对系统稳态性能的影响。同时，滑模控制的快速性又能大大加快神经网络的收敛速度。仿真实验结果表明该方案在保证伺服系统的快速性同时，对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性，大大提高了直接驱动系统的伺服精度。     

基于滑模变结构矢量控制的异步电机调速

针对异步电机矢量控制系统因电机参数变化和负载波动等因素使调速性能变差的问题,在转差频率控制的异步电机矢量控制系统的基础上,用两个滑模变结构控制器代替传统的PI控制器分别控制d轴和q轴的电流,并采用电压空间矢量技术来调节电机的输入电压,达到调速的目的。仿真结果说明,所提的控制方式与传统的PI控制方式相比较,具有响应速度快、控制精度高,对负载波动和电机参数变化具有较强的鲁棒性。     

基于滑模变结构矢量控制的异步电机调速

针对异步电机矢量控制系统因电机参数变化和负载波动等因素使调速性能变差的问题,在转差频率控制的异步电机矢量控制系统的基础上,用两个滑模变结构控制器代替传统的PI控制器分别控制d轴和q轴的电流,并采用电压空间矢量技术来调节电机的输入电压,达到调速的目的.仿真结果说明,文中所提出的控制方式与传统的PI控制方式相比较,具有响应速度快,控制精度高,对负载波动和电机参数变化具有较强的鲁棒性.     

基于神经网络给定补偿的交流永磁直线伺服系统滑模控制

针对直接驱动的永磁直线同步电动机 (PMLSM )伺服系统 ,应用滑模变结构控制理论设计了一种具有强鲁棒性的速度控制器。为使系统具有自学习能力 ,削弱滑模控制所引起的“抖振” ,采用基于神经网络前馈给定补偿的滑模控制策略。仿真结果表明 ,该方案有效地克服了永磁直线同步电机特有的端部效应所产生的推力波动对系统的影响 ,对参数变化及阻力扰动具有很强的鲁棒性 ,而且提高了系统的稳态性能     

基于推力观测器的直线式交流伺服系统滑模变结构控制

针对直线式直接驱动交流伺服系统,提出了一种新型滑模变结构控制方案。通过负载推力观测器的设计和扰动的前馈补偿,有效地削弱了变结构控制产生的抖振。在系统滑模设计中,采用积分补偿法进一步削弱系统的抖振。仿真和实验结果表明,该方案不但克服了直线式永磁同步机推力波动对系统性能的影响,而且对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性。     

滑模控制永磁同步电动机调速系统

永磁同步电动机(PMSM)是一个多变量、非线性、强耦合的复杂系统,对外界扰动及内部摄动极为敏感,为提高系统鲁棒性,本文引入滑模变结构控制策略(SMC).根据PMSM调速系统的特点,选择一阶滑模面,选用状态反馈SMC控制方式,并将控制输出经一积分器滤波,按该方案设计的SMC控制器表达式和PI控制一样简单.并在同等条件下对这两种控制器下的调速系统分别进行了仿真和实验研究,结果证明文中所设计的SMC控制器能有效地提高系统的动态性和鲁棒性.     

基于转速动态估计器的无速传感器感应电机矢量控制系统

介绍了一种直接转子磁场定向无速度传感器的感应电机矢量控制系统.该系统使用定转子自适应磁通观测器和转速动态估计器来估算转子磁通和转速,有三个PI控制器分别控制转速、转矩和磁通的电流分量,输出电压空间矢量控制电机.仿真结果表明,该系统具有较好观测精度和鲁棒性,动态和稳态性能也较好.     

基于自抗扰控制的永磁同步电动机滑模控制调速系统

为提高永磁同步电动机调速系统的鲁棒性,采用自抗扰控制和滑模变结构控制策略,提出了一种新颖的永磁同步电动机双闭环调速系统.外环速度调节由带扩张状态观测器(ES0)的滑模控制器生成期望的q轴电流,内环电流调节由自抗扰控制器生成d-q旋转坐标系下的两个电压分量ud和uq,削弱了抖动现象,增强了抗扰能力.仿真试验结果表明,系统的速度响应较快,稳态误差小,无超调,能有效地抑制参数变化和负载扰动带来的影响,提高了控制系统动态性能和鲁棒性.     

基于非奇异快速终端滑模的永磁同步电机转速和电流控制

针对永磁同步电机在矢量控制中存在转速和电流频繁超调、稳态精度低、鲁棒性弱等问题,运用非奇异快速终端滑模控制器替代传统PI控制下的转速环控制器和电流环控制器,并采用李雅普诺夫函数证明了3个控制器的稳定性。借助MATLAB/Simulink仿真软件分析了采用非奇异快速终端滑模控制器和PI控制器的转速、电流响应波形。仿真结果表明:采用非奇异快速终端滑模控制器有更小的超调量、更高的稳态精度和更强的鲁棒性。     

A modified direct torque control for induction motor sensorlessdrive

Direct torque control (DTC) is known to produce quick and robust response in AC drives. However, during steady state, notable torque, flux and current pulsations occur. They are reflected in speed estimation, speed response, and also in increased acoustical noise. This paper introduces a new direct torque and flux control based on space-vector modulation (DTC-SVM) for induction motor sensorless drives. It is able to reduce the acoustical noise, the torque, flux, current, and speed pulsations during steady state. The DTC transient merits are preserved, while better quality steady-state performance is produced in sensorless implementation for a wide speed range. The flux and torque estimator is presented and an improved voltage-current model speed observer is introduced. The proposed control topologies, simulations, implementation data, and test results with DTC and DTC-SVM are given and discussed. It is concluded that the proposed control topology produces better results for steady-state operation than the classical DTC     

永磁同步电机转速快速动态滑模控制

针对永磁同步电机转速控制系统,运用矢量控制技术,并采用快速动态滑模控制方法分别设计了电机的速度和电流控制器,通过李亚普诺夫稳定性理论证明了系统的稳定性。设计控制器时将滑模控制中的不连续项转移到控制量的一阶导数中,从而能有效降低系统抖振;采用快速终端滑模的思想设计了滑模趋近律,从而可使系统快速收敛。结合永磁同步电机驱动的连铸结晶器正弦/非正弦振动控制系统对电机转速为恒值或变角速度的实际要求,对电机速度控制系统进行了仿真。仿真结果表明,电机角速度能快速跟踪给定的恒值或时变角速度信号,控制量的抖振得到了有效抑制,系统对负载扰动具有良好的鲁棒性。     

永磁同步电机交流伺服系统的滑模模糊控制

针对模糊控制器在设计过程中参数难以确定以及滑模控制存在抖动等问题,将滑模控制理论与模糊控制理论相结合,提出了一种基于Sugeno型模糊推理的滑模模糊控制器的设计方法。使每一条Sugeno型模糊推理规则的后件部分为一滑模控制策略,保证了模糊控制系统的稳定性和动态性能。将该方法用于永磁同步电机交流伺服系统位置控制器的设计,并进行了仿真。结果表明,该方法综合了传统的滑模控制和模糊控制的优点,具有很好的动态跟随性和较强的鲁棒性,有效地削弱了抖动。     

基于自适应滑模观测的无速度传感器感应电机间接磁场定向滑模控制

针对传统感应电机无速度传感器控制系统中参数变化和负载扰动对系统运行性能的影响,该文将滑模控制与自适应滑模观测器相结合,构成了感应电机无速度传感器的双滑模控制系统,并建立了该系统的SIMULINK仿真模型。系统仿真结果证实了在电机参数变化和负载扰动时,该系统具有无超调、鲁棒性强、动态响应快等优点。     

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。     

On the Use of Fractional-Order Controllers for Performance Improvements in AC Drives

Abstract—The control performance of AC electric drives is sensitive to and often degrades with parametric variations. This article proposes the use of fractional-order controllers to combat parameter variations. The speed control of an AC induction motor drive achieved through indirect field-oriented control is considered for illustration. The performance of the proposed controller is compared with a well-tuned proportional-integral controller when critical motor parameters are subject to parametric variations about their nominal values. Dynamic simulations in MATLAB/Simulink (The Math Works, Natick, Massachusetts, USA) are conducted to assess control performance.     

Adaptive and robust speed control of interior permanent magnet synchronous motor drives

This paper presents a robust speed controller for field oriented controlled interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) drives. The proposed controller is designed using integral variable structure control (IVSC) combined with linear quadratic regulator (LQR). The LQR scheme is used to decide the optimal feedback gain to shape the system dynamics by tuning the IVSC switching plane to guarantee the robustness of the control algorithm. The complete drive is implemented in real-time using digital signal processor (DSP) control board DS1102. The tracking properties and robustness of the proposed scheme are examined through both simulations and experimental work. It guarantees accurate control performance in the presence of parameter variations, step speed change and load disturbances. The performance of IPMSM drive system with a conventional proportional-integral (PI) controller is presented in comparison with the proposed controller. The results show a significant improvement in both the transient and steady state responses over the conventional PI controller.     

MODIFIED SLIDING MODE (MSM) VERSUS PI SPEED CONTROL OF A CURRENT-CONTROLLED FIELD-ORIENTED INDUCTION MOTOR DRIVE

ABSTRACT

This paper describes the dynamic performance of a new, modified sliding mode (MSM), speed control system for an existing current-controlled field-oriented induction motor drive with rather robust rotor flux estimator.

Extensive digital simulations and some test results prove the superiority of IBM versus PI in terms of reduced speed overshooting, response quickness, and robustness to rotor resistance variation. The rotor flux estimator amplitude and phase error during severe transients has also been investigated through digital simulations.