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.     

基于改进磁链观测器的感应电机转速辨识

感应电机电压模型转子磁链观测器由于其算法简单而得到广泛应用,但低速时由于定子电阻压降明显使得测量误差严重影响观测精度,纯积分的应用还存在直流偏置和初始值问题。本文提出了一种改进电压模型转子磁链观测器,引入定子磁链的电流模型和电压模型之间的误差对定子感应电动势进行补偿,理想积分环节采用新型改进低通滤波器代替,再由定子磁链的电压模型推导出转子磁链的电压模型。在此基础上,通过得到的转子磁链对感应电机的转速进行辨识。仿真和实验表明新算法改善了转速辨识的动静态性能,尤其改善了低速时的转速辨识性能。     

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.     

基于闭环扩张状态观测器的转子磁链观测

针对转子磁链观测易受转子电阻变化影响的问题,设计了一种基于闭环扩张状态观测器(ESO)的转子磁链观测器。该观测器将电流模型和电压模型中的不确定部分与已知模型分离,扩张为新的状态变量,并将转子磁链的观测值补偿到已知模型中,形成闭环的磁链观测器。这种闭环的ESO缩小了观测对象的不确定性范围,提高了ESO的收敛速度和观测精度。不同转速下的仿真结果表明,提出的ESO对转子电阻摄动具有很强的鲁棒性。     

基于闭环扩张状态观测器的转子磁链观测

针对转子磁链观测易受转子电阻变化影响的问题,设计了一种基于闭环扩张状态观测器（ESO）的转子磁链观测器。该观测器将电流模型和电压模型中的不确定部分与已知模型分离,扩张为新的状态变量,并将转子磁链的观测值补偿到已知模型中,形成闭环的磁链观测器。这种闭环的ESO缩小了观测对象的不确定性范围,提高了ESO的收敛速度和观测精度。不同转速下的仿真结果表明,提出的ESO对转子电阻摄动具有很强的鲁棒性。     

新型异步电动机滑模变结构速度观测器的研究

提出了一种新型异步电动机滑模变结构速度观测器,利用定子电流计算值与实际值的偏差来计算电动机的转速.该观测器由转子磁链观测、定子电流计算和滑模控制器3部分组成,其中转子磁链观测部分采用改进的电压模型,有效解决了传统电压模型固有的直流偏置误差和初始值积分误差问题,实现磁链的准确观测.最后,结合异步电动机无速度传感器的矢量控...     

基于MRAS和FNN的异步电动机无速度传感器直接转矩控制

针对传统直接转矩控制系统中磁链和转矩存在较大的脉动,采用基于模糊神经网络(FNN)控制器的预期电压矢量调制方案.速度传感器安装不方便、成本高,磁链观测对电阻的依赖性强,尤其是在电机低速运行时,应用模型参考自适应控制策略(MRAS)设计速度、电阻自适应定子磁链观测器,以定子电流和定子磁链为状态变量,利用Popov超稳定性理论得到转子转速和转子电阻的自适应律.建立了异步电动机无速度传感器直接转矩控制系统的Matlab/Simulink仿真模型,仿真结果表明系统脉动较小,提高了定子磁链和转速的观测精度.     

长电缆供电大功率感应电机定子电阻鲁棒磁链观测方法

在长电缆供电的感应电机驱动系统中,由于控制器与电机距离过远,通常采用无速度传感器的控制方式。长电缆增大了感应电机的定子侧阻抗,尤其是数量级地增大了等效定子电阻,使定子电阻的温漂对磁链观测的影响增大,降低了磁链观测器的性能。针对长电缆供电的感应电机驱动系统,提出了一种定子电阻强鲁棒的磁链观测方法。该方法对传统的混合模型磁链观测器进行改进,采用一种对定子电阻完全鲁棒的模型参考自适应速度观测器获知转速,同步使用电流模型计算转子磁链,并使用此磁链计算过程代替原有的电流模型。该磁链计算过程对定子电阻完全鲁棒,因而提高了观测器对定子电阻的鲁棒性。硬件在环测试结果验证了该方法的可行性和有效性。     

直接转矩控制永磁同步发电机相位自校正型定子磁链观测器

直接转矩控制永磁同步发电具有电磁转矩和直流电压输出动态响应快等优点,但这些优点的实现需要准确的定子磁链。实际发电机参数在一定范围内随工作点变化而变化,这就要求定子磁链观测器对这些参数变化具有很强的鲁棒抑制特性。该文提出一种新型定子磁链观测器,该观测器借助有效磁链概念计算出转子磁极位置角观测值,基于此将定子磁链电压模型和电流模型联系起来,无需转子速度信息;为了进一步降低观测的定子磁链相位误差,将观测的定子电流矢量与实际定子电流矢量乘积结果送给PI调节器,利用PI输出值对转子位置角观测值进行校正。实验结果表明,采用该文提出的定子磁链观测器在无需转子速度及参数辨识情况下,对电机参数变化及模拟量采样误差具有很强的鲁棒抑制特性,可以获得准确的磁链观测值,实现电磁转矩和直流发电电压的快速而平稳控制。     

直接转矩控制中一种新的磁链估算方法

对于永磁同步电机直接转矩控制系统,传统的定子磁链估计方法是采用电压积分法,但该方法容易出现积分饱和,且定子磁链易受定子电阻的影响.为了提高定子磁链估算的精度,提出了利用自适应全维观测器的方法来估算定子磁链.在全维观测器模型的基础上采用自适应算法估算定子电阻,进而提高定子磁链的实际观测性能.仿真结果表明该方法和电压积分法相比明显地提高了定子磁链观测的准确度,有效地减小了转速波动,提高了系统的动静态性能.     

定子电阻对无速度传感器系统的影响及其在线调整

分析了定子电阻对无速度传感器系统的影响,指出定子电阻变化引起的定子磁链稳态误差与电阻误差值、电流幅值、同步角速度和初始误差值有关,最终影响磁场定向和转速估算的准确性.基于定子磁链处于稳态时,转子电流矢量应与转子磁链矢量垂直的原则,提出了一种闭环形式的定子电阻在线调整方法.该方法使用比例(P)调节器以控制目标量为零,调整定子电阻值.仿真结果表明在转速给定10 r/min,定子电阻线性增加和减小50%的情况下,转速波动不超过10%,定子磁链幅值偏差在0.02～0.05 Wb之间,定子磁链的相位偏差不超过0.2 rad.     

感应电机无速度传感器矢量控制系统的定子电阻在线辨识

该文针对利用磁通观测器推算转子磁通的感应电机无速度传感器矢量控制系统，提出了定子电阻在线辨识法。在利用q轴磁通推算转速的基础上，该系统利用d轴磁通误差实现定子电阻在线辨识，该方案的优点是系统简单，解决了低速运行时电压模型的定子电阻变化对系统稳定性和速度控制精度的影响问题。数字仿真和实验结果验证了定子电阻在线辨识的必要性和该方案的有效性。     

Sensorless very low-speed and zero-speed estimations with onlinerotor resistance estimation of induction motor without signal injection

In the speed-sensorless control of the induction motor, the machine parameters (especially rotor resistance R₂) have a strong influence on the speed estimation. It is known that the simultaneous estimation of speed and R₂ is impossible in the slip-frequency-type vector control, because the rotor flux is constant. In addition, the output voltage error due to the deadtime and the voltage drop of the inverter influences the rotor flux estimation, but the simultaneous compensation of the output voltage and stator resistance R₁ is very difficult. In this paper, the R₂ estimation without adding any additional signal to the stator current is proposed. In the high-frequency range, R₂ is estimated in the transient state and, in the very low-frequency range, R ₂ is estimated in proportion to the estimated R₁ when the ideal voltage source by the power op-amp is used instead of the voltage-source inverter to avoid the output voltage error. Using these algorithms, the low-speed estimation was possible and the zero-speed control was achieved under the 10%-40% load condition. This paper clarifies that the zero-speed estimation is possible with the stator and rotor resistance estimations when the output voltage is ideal     

Compensation for parameter variation of induction motor improved torque control characteristics in low- and high-speed regions

In the vector control system using the slip frequency control method, the rotor resistance of an induction motor is used to calculate a slip frequency. Thus the change in temperature of the rotor resistance causes the deterioration of the torque control characteristic. This paper presents a new method of compensating for the rotor resistance change which is robust for the stator resistance change. A current control loop is composed of the λ-δ axes in which the λ axis is coincident to the stator current. In this method, the stator voltage error on the δ axis which is directly obtainable from this current control loop was used. The change in the stator voltage was able to be detected accurately, therefore the torque control accuracy was improved, particularly in the low-speed region. The experimental results of the current response and the compensation for the rotor resistance deviation also are shown. Moreover, although the mutual inductance has been treated as an invariable value, the value does change by a frequency and an exciting command. In this control method, an initial tuning of the equivalent mutual inductance was achieved by detecting the deviation component of the stator voltage on the δ axis at the no-load running condition. Furthermore, in the region with the constant power where the field weakening control was achieved, the excellent experimental results of the compensation for the deviation of the equivalent mutual inductance are shown.     

采用定子电阻辨识和无速度传感器的异步电机直接转矩控制模糊系统

为解决异步电动机直接转矩控制(direct torque control,DTC)中低速运行时定子电阻变化对系统性能影响较大的问题,提出了一种基于定子电阻辨识和无速度传感器的异步电机直接转矩控制模糊系统。其中定子电阻采用模糊神经网络进行辨识;电机转速采用基于转子磁链的模型参考自适应系统(model reference adaptive sys-tem,MRAS)法进行估计;同时采用三输入单输出的模糊控制器调节脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)信号占空比的异步电动机直接转矩控制的策略,三输入变量为转矩误差、磁链幅值误差和磁通角。此策略即在传统异步电动机直接转矩控制的基础上,用模糊控制器代替传统DTC中的滞环比较器和空间电压矢量状态选择器来细分控制规则,最后控制逆变器的开关,以减小低速时转矩和磁链脉动,提高系统转矩响应速度。仿真结果表明该系统可减小转矩和磁链脉动,提高系统的鲁棒性和自适应性,改善系统的动、静态品质。     

感应电机定子温度监测的一种新方法

定子绕组温度监测是电机安全运行的重要保障。文中比较了两种温度监测方法，提出了一种新的定子电阻估计方法，从而可以直接得到电机定子绕组的温度。感应电机稳态运行时，具有转子磁铁与电流矢量正交的特性。而由于定子电阻估计误差的存在，使得电压型磁铁观测器得到的磁铁与电流并不正交，由此可推导出实际的定子电阻。由于定子电阻直接反映其绕组温度，适用于各种运行工况，因此文中提出的定子温度监测方法可以作为电机过热保护的一种辅助措施。     

带有转子电阻补偿的异步电机电流型磁链观测器

提出了一种改进的异步电机转子磁链电流型观测器。造成电流型观测器估计误差的转子电阻不确定项,在定子电流方程中同样存在。把它扩张成新的状态变量后,根据扩张状态观测器(ESO)的原理,在电流、转速可测的条件下可以对其进行观测。把所得的对不确定项的估计值引入电流型观测器,则可以消除转子电阻的影响。与传统观测器的仿真对比结果表明,该方法对转子电阻的变化具有很强的鲁棒性。