一种基于转速和定子电阻自适应的感应电机全阶磁链观测器

提出了一种改进的全阶状态观测器对转速和定子电阻同时观测方案.采用小信号线性化方法来分析稳定条件,将两相静止坐标系中的观测器输出误差系统变换到转子磁场旋转坐标系中,通过推导出单输入、单输出误差系统来得到满足观测器稳定性的误差反馈矩阵条件.采用了一种改进的定子电阻自适应率以提高观测器的鲁棒性.通过对11 kW感应电机无速度传感器转子磁场定向矢量控制实验,验证了方案的有效性.     

基于改进MRAS观测器无速度传感器感应电机转速估计方法

为了提高无速度传感器感应电机矢量控制系统的低速性能,提出了一种改进的转速估计方法.由于转速自适应观测器是一个具有非线性并且较复杂的模型,将两相静止坐标系中的观测器输出误差系统变换到转子磁场旋转坐标系中,通过推导出的单输入单输出误差系统来得到满足观测器稳定性条件.同时对定子电阻进行在线辨识以提高系统的鲁棒性,采用了一种改进的定子电阻自适应率.通过11 kW感应电机无速度传感器转子磁场定向矢量控制实验平台验证了所提出方案的有效性.     

牵引电机矢量控制转子磁场准确定向实时校正策略

磁场准确定向是异步电机间接磁场定向控制技术实现转矩和励磁独立解耦控制的关键,磁场准确定向对电机转子时间常数具有很强的敏感性。文中对转子磁场定向不准引起的电机励磁和定子电压控制问题进行了推导和讨论,分析了改进型带幅值相位补偿的电压模型转子磁链观测器实现机理。本文将其他影响磁场准确定向的因素都归结到转子时间常数中予以考虑,提出了基于观测转子q轴磁链误差的实用化转子磁链准确定向实时校正策略,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和磁场准确定向校正策略的有效性。     

转子电阻变化对电力牵引感应电机起动转矩的影响

列车运行范围广、路况复杂,在最困难的区段也要能够快速平稳起动,这就要求电力牵引感应电机能够提供足够大的起动转矩。影响起动转矩的因素主要是转子电阻的变化,而影响转子电阻变化的关键因素则是电机的温升。本文首先从转差频率和磁场定向两个方面分析了电力牵引感应电机的牵引特性,证明了转差频率和磁场定向的本质统一。在此基础上,分析了转子电阻变化对电力牵引感应电机转差频率和磁场定向的影响,以及对起动转矩的影响。利用TMS320F2812构成的控制系统,采用矢量控制技术,对电力牵引感应电机进行了起动转矩的理论验证实验。实验结果表明,转子电阻对电力牵引感应电机的起动转矩影响很大,温升是影响转子电阻变化的主要因素。     

高速高精度永磁同步电机补偿策略研究

永磁同步电机的定子电阻和磁链会随温度变化而变化,定子电感会随电机饱和程度的变化而变化,电机相电流的采集和转子角位置的采集由于硬件原因均存在延迟,考虑上述工况,本文提出了一种高速高精度矢量控制补偿算法.其中重点推导了基于电机模型的相电流采集延迟补偿策略,给出了补偿电压的计算方法;还推导了转子角位置采集延迟的补偿策略,根据...     

永磁同步电机直接转矩控制新型建模方法

传统的永磁同步电机直接转矩控制系统中依据电压模型法计算求得定子磁链Ψs在两相静止坐标系中的α,β分量Ψsα,Ψsβ,进而计算出定子磁链位置角θse,从而实现了定子磁场定向。应用该方法计算求得的定子磁链位置角θse,其准确度受定子电阻Rs的影响,在电机实际运行过程中,由于发热等原因将会造成Rs的数值发生变化,非定值,因此该方法计算求得的定子磁链位置角θse存在一定的误差。建立了基于转子磁场定向的永磁同步电机直接转矩控制的数学模型,该数学模型在转子磁场能够精确定位的基础上加上转矩角δ,即能够实现对定子磁场的精确定位,避免了由于电机自身参数变化造成的计算误差,为进一步提高电机的控制精度提供了理论基础。该数学模型为永磁同步电机直接转矩控制的仿真研究、实验研究及结构设计提供了理论依据。仿真和实验结果表明基于转子磁场定向的永磁同步电机直接转矩控制的数学模型具有较高的准确性和一定的可行性。     

定子电阻变化对异步电机按定子磁场定向控制系统性能的扰动分析

在研究按定子磁场定向控制系统中 ,采用定子磁链观测器控制磁链 ,认为定子电阻是恒定不变的。而在实际电机运行过程中定子电阻由于发热等条件因素的影响会一直变化。通过讨论定子电阻的变化对控制系统性能的影响的理论分析 ,指出定子电阻在按定子磁场定向的控制系统中低频时对系统影响较大 ,同时应用MATLAB的SIMULINK进行模仿定子电阻变化相关仿真。     

定子磁场定向无速度传感器异步电机控制系统研究

提出一种改进的MRAS(模型参考自适应)磁链转速观测器,同时辨识了定子磁链和转子转速,并在此基础上实现了定子电阻的在线调整和定子电阻压降的补偿。在异步电机按定子磁场定向控制中,采用定子电阻压降补偿和电流转矩分量的闭环控制,实现了定子磁链的控制,系统具有较好的鲁棒性。     

异步电机精准磁场定向控制策略研究

针对传统的矢量控制方法存在参数易漂移、磁场定向不准的问题,提出了一种基于电机转子磁链位置角的磁场定向校正方法,实现异步电机精准磁场定向控制。具体实现方法为在原有的矢量控制模型下,加入前馈解耦,由解耦后的电机模型推算出转子磁链位置角用以补偿转子时间常数,使电机能够保证精准的磁场定向。仿真和实验结果表明：提出的基于转子磁链位置角的磁场定向校正算法能准确地辨识出转子时间常数,实现异步电机精准磁场定向控制,改善电机的控制性能。     

异步电机变频调速中的电机定子电阻在线自校正的鲁棒性研究

对文献 [1]、[2]所提出的异步电机定子磁链定向控制下的电机定子电阻在线自校正方法进行了阐述 ,仿真结果表明 ,即使转子时间常数变化了1～3.1倍 ,定子电阻在线自校正方法的鲁棒性表现良好 ,因而无需对转子时间常数进行观测。     

基于磁链与负载观测器的异步电机反步滑模控制

针对参数摄动及负载转矩未知且变化会影响异步电机速度控制的问题,设计了一种改进型指数趋近律的滑模转子磁链观测器,用于估算电机转子磁通值,同时将磁通观测值用于负载转矩的估计。引入磁链误差、转速误差,通过反步滑模控制算法,将转子磁通与负载转矩的观测值用于异步电机控制。在转子电阻摄动与负载转矩未知且变化的情况下,将该控制策略与自适应反步控制方法进行实验结果对比。实验结果表明,该控制策略的响应速度快且跟踪精度高,提高了异步电机速度控制系统的抗干扰性能。最后,提出一种转速软给定方法,实验表明该方法能有效抑制转速变化时刻定子电流与电磁转矩的急剧增加,进一步改善了电机系统的性能。     

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。     

The influence of mistuned motor parameters on vector control performance and on line slip frequency correction strategy for induction machine operated under one‐pulse PWM mode

In high‐power, high‐speed traction drive systems, the traction motor usually operates under one‐pulse PWM (pulse width modulation) mode (square wave) during high‐speed operation. The constant output voltage in this condition makes the traditional vector control inoperative anymore. In this paper, a modified vector control strategy using open‐loop current control instead of closed‐loop current control is proposed. The modified control strategy is specially designed for an induction motor operating under one‐pulse PWM mode. As the field orientation is greatly affected by the deviation in the parameters, the influence of mistuned rotor time constant and mutual inductance (which are regarded as the most important parameters for field orientation) on the performance of modified vector control is studied comprehensively, including the influence on estimated angle and amplitude of rotor flux, d/q‐axis voltage, and output torque. Subsequently, based on the comparison between the different methods, a new slip frequency correction strategy is proposed to maintain proper field orientation for the modified vector control. The new correction strategy is based on the q‐axis current component error. It is independent of the motor parameters and can be easily realized through minor calculations. The simulation and experimental results show that the proposed slip frequency correction strategy can not only eliminate rotor flux angle error in steady state but also effect rapid torque response during the transient process under one‐pulse PWM mode. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

异步电机低速电制动控制

阐述了异步电机电制动的控制策略;分析实际应用中低速电制动转矩出现偏差的原因,并通过MATLAB绘制出当定向角度出现偏差时给定转矩与实际转矩在三维空间中的比例关系。为解决低速电制动时由于转子磁场定向偏差引起电机转矩不准的问题,采用基于无功功率模型的转子时间常数自适应控制进行校正。试验结果表明该控制策略可以实现校正转子磁场定向偏差的功能,具有良好的动态性能,可以满足地铁列车的性能要求。     

感应电动机系统的变结构反推控制研究

感应电动机系统的矢量控制为了进行电流(或电压)的3/2(或2/3)坐标变换需要进行转子转差或磁链角的计算，转子转差的计算容易受转子电阻变化的影响，而磁链角的直接计算容易受定子电阻变化的影响，因此避免转子转差或磁链角的计算对于感应电动机系统的控制是非常有意义的。文中把变结构反推控制运用于感应电动机系统的转矩和磁链控制，设计方法避开了转子转差或转子磁链角的计算，通过一定的坐标变换，基于定子侧的静止坐标系实现转矩和磁链的解耦控制。变结构反推控制设计能够实现快速的速度、转矩和磁链的渐近跟踪，同时系统控制器能够保证系统性能在电动机参数和外部负载变化时具有强的鲁棒性，通过Matlab仿真验证了系统设计的有效性和可行性。     

Online tuning method of stator and rotor resistances in both motoring and regenerating operations for vector‐controlled induction machines

The vector control of induction motors is widely used. This method needs accurate motor parameter but the stator and rotor resistance vary due to motor temperature variation. If the value of resistance in the controller can be set up accurately at first, there must be a difference between the reference and real value of torque because of drift of the resistance. It is necessary to adapt the resistance value. The indirect field‐oriented control of an induction motor requires the value of rotor resistance only, but the direct field‐oriented control method with rotor flux observer requires the value of not only rotor resistance but also stator resistance in the controller. Consequently, it is necessary to adapt both stator resistance and rotor resistance. A parameter adaptation scheme has previously been proposed for the direct field‐oriented control method with rotor flux observer, but this method cannot be used when the motor is in regenerating operation. In this paper, a new stator and rotor resistance adaptation scheme is proposed, which can be applied when the motor is in regenerating operation. The usefulness of the proposed adaptation scheme is confirmed by simulation. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 135(1): 56–64, 2001     

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.     

混合励磁双凸极电机提前角控制策略研究

为提高混合励磁双凸极电机在半桥功率变换器供电方式下高速运行时的输出转矩,以定、转子极弧为15°/20°的12/8极混合励磁双凸极电机为研究对象,在对标准角控制策略研究基础上,提出了提前角控制策略,并对不同提前角对电机相绕组电流和输出转矩的影响进行了理论分析和仿真研究,达到了预期目的。     

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.