基于扰动观测器的永磁同步电机预测电流控制研究

永磁同步电机具有设计简单、性能良好等优势,其应用价值已得到了证实。但受数字控制系统延时等问题的影响,永磁同步电机的动态性能极易出现损失。基于此,首先简要阐述了永磁同步电机的结构,介绍了用于永磁同步电机预测电流控制的扰动观测器的设计方法,然后重点从电压模型、电流控制算法、死区补偿等方面探讨了具体的电流控制措施,并通过实验证实了控制措施的有效性。     

基于最大转矩电流比的永磁同步电机自适应滑模控制

针对永磁同步电机伺服系统在外部扰动力矩下的速度跟踪控制问题,提出了一种基于最大转矩电流比的自适应滑模控制器。为了简化计算,采用牛顿-拉夫逊迭代法实现最大转矩电流比对电机交直轴电流的分配,并在此基础上改进了自适应滑模速度控制器。为减少滑模控制中的抖振,设计了自适应滑模切换增益。通过仿真实验对比可知,所提控制方式有效提升了系统的动态响应能力、稳态性能和抗扰动能力。     

基于滑模观测器的永磁同步电机模型预测电流控制研究

针对永磁同步电机无位置传感器高动态性能控制问题,对传统矢量控制存在电流内环PI控制器对系统性能的影响以及传统滑模观测器中动态转子位置角估计不准、稳态转速估计不精确等观测器性能进行了改进,提出了一种基于改进滑模观测器的永磁同步电机模型预测电流控制方法。根据永磁同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型,选择了电机d、q电流作为状态变量,利用前向欧拉法推导出永磁同步电机d、q轴电流的预测模型。通过实时评估价值函数选出使得下一时刻电流跟踪效果最好的电压矢量,将其对应的开关状态作用于逆变器。同时,推导表贴式永磁同步电机的滑模观测器模型并对其观测出的转子位置角和转速进行补偿,得到较为精确的估算值。最后将算法在Matlab/Simulink进行了仿真试验。研究结果表明:所提出的控制方法动态性能好、稳态精度高。     

基于非线性扰动观测器的永磁同步电机优化控制

为实现永磁同步电机控制的精确可控,提出一种永磁同步电机最优滑模速度控制方法,以非线性扰动观测器为基础,实现最优控制和滑模控制的有效结合,使电机控制过程中的超调现象和启动性能得到较大改善.针对随机扰动问题设计基于观测器(NDOB)的滑模观测器,经过对系统的前馈补偿有效降低了随机扰动影响.理论分析及仿真实验结果表明:该方法...     

永磁同步电机积分滑模观测器控制

对永磁同步电机观测器控制进行研究,针对传统滑模观测器存在控制精度低、系统抖振较大的不足,设计了一种永磁同步电机积分滑模观测器控制。积分滑模控制具有控制精度高、系统抖振小的特点。积分滑模观测器可以有效提高电机控制精度,增强控制系统抗干扰能力。采用饱和函数代替符号函数进行滑模控制律设计,降低控制系统固有抖振,使滑模控制动态性能提高。通过仿真验证了积分滑模观测器控制策略的可行性。     

电力机车永磁同步电机自适应模糊滑模控制

为研究牵引工况下电力机车永磁同步电机(PMSM)的转速控制精度,考虑轮轨接触不平顺及车体静载荷在轮对径向产生的未知时变负载转矩,建立了机车PMSM在d-q坐标系下的数学模型;针对该耦合非线性系统中存在的负载转矩,设计非线性转矩观测器对其实际值进行估计,对观测误差采用自适应模糊逻辑系统进行逼近;依据Lyapunov稳定性理论,构造了基于转矩观测器的自适应模糊滑模控制器。理论分析及仿真结果表明,机车PMSM闭环转速控制系统跟踪误差一致有界,转矩观测误差收敛于0。     

基于滑模扰动观测器的PMSM增量式模型预测控制

针对永磁同步电机模型预测控制在强扰动下的控制性能降低,及非增量式预测模型存在静态误差等问题,提出一种基于滑模扰动观测器的永磁同步电机转速-电流单环增量式模型预测控制方法。首先,基于永磁同步电机在同步旋转坐标下的数学模型和模型预测控制的原理,设计了转速-电流单环增量式模型预测控制器以消除静态误差。然后,设计电流限幅器,以保证电机工作于电流约束内。最后,设计滑模扰动观测器对负载扰动进行观测,用于前馈补偿控制,并证明观测器的稳定性。仿真结果显示,所设计的观测器能快速、准确地观测到负载转矩的变化,所提出的单环控制器具有良好的动态性能。与传统PI控制及非增量式模型预测控制进行仿真对比,所提方法具有超调小、抗干扰能力强等优点。     

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制

为解决永磁同步电机（PMSM）控制中机械式位置传感器带来的成本及可靠性等问题,将滑模观测器技术应用到PMSM矢量控制系统中。该系统采用滑模面及滑模等效控制方法,通过选择足够大的滑模增益,在观测电流和实测电流之间的误差上构建滑模面,对电机反电势进行观测以得到转子位置角,并基于Lyapunov稳定性判据对滑模观测器的收敛性进行了分析;建立了应用滑模观测器的PMSM无传感器矢量控制实验系统,设计了位置及速度滑模控制器。进行了1500r／min稳态及正负转速切换的角度估算实验,实验结果验证了该方法的有效性。研究结果表明,基于滑模观测器的无传感器控制策略能准确估计出PMSM的转子位置角,从而得到转子速度,且系统具有较好的动、静态特性。     

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

永磁同步电机因具有功率密度高和动态响应速度快等诸多优点,在交流伺服传动领域具有明显的优势。永磁同步电机的高性能控制依赖于精确的转子位置信息,传统的机械式传感器成本高、体积大,限制了永磁同步电机的应用,无传感器控制技术是解决以上问题的一种有效途径。针对传统的永磁同步电机无传感器控制都是基于两相静止正交坐标上的数学模型进行研究的情况,设计一种基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制方法。首先,建立永磁同步电机在两相同步旋转正交坐标系上的动态模型,并以此进行无传感器控制研究;其次,基于李雅普诺夫稳定性理论分析并设计了滑模观测器,得到感应电动势,并应用李雅普诺夫稳定性理论得到控制增益的约束条件;然后,引入一个低通滤波器削弱滑模控制固有的抖振,得到有效电动势,基于反正切函数对其带来的相位延迟进行补偿,提取位置信息;最后,通过仿真验证永磁同步电机无传感器控制方法对角速度和转子位置估计的有效性和鲁棒性。     

基于预测函数控制和扰动观测器的永磁同步电机速度控制

设计了基于预测函数控制的速度控制器,以减小永磁同步电机的转矩波动,提高电机的转速控制精度。针对因外部扰动因素引起的控制器跟踪性能下降问题,设计了基于预测函数控制和扰动观测器的双环控制器;通过扰动观测器估计系统扰动,并据此产生转矩电流补偿量对控制量进行前馈修正,从而实现扰动的抑制。实验结果显示：当电机从静止跟踪到设定600 r/min转速时,系统没有超调,稳态精度为2 r/min;当电机以600 r/min稳速运行并加入1.6 N·m的转矩扰动时,转速最大波动为5 r/min。与传统的PI控制算法相比,所设计的控制器使转速波动减小了4.2% 。仿真分析和实验数据表明：基于预测函数控制和干扰观测器的控制器能够有效地抑制扰动,提高系统转速跟踪精度。     

一种新型永磁同步电机高阶滑模转速观测器的研究

针对面贴式永磁同步电机无位置传感器速度控制系统存在的速度检测延迟、检测误差较大、动态响应不够快等问题,对永磁同步电机无位置传感器速度控制系统模型和传统滑模速度观测器结构和原理进行了分析,对高阶滑模算法理论进行了推导,结合永磁同步电机数学模型,提出了一种以位置信号为滑模变量,以高阶滑模变结构算法为基础的新型滑模转速观测器,利用Simulink软件构建了基于新型滑模速度观测器永磁同步电机矢量控制系统,对电机的起动特性、速度跟踪特性、抗外界干扰性能进行了研究。研究结果表明,由于新的滑模观测器将转子位置与反电势信号的关系进行了分离,消除了反电势信号处理滤波器对速度估算的延迟,提高了速度检测精度,从而改善了系统的稳态和动态性能。     

基于卡尔曼滤波器的交流伺服系统自适应滑模控制

为了减小负载转矩扰动和系统参数摄动对永磁同步电机控制系统的影响,提出了一种基于卡尔曼滤波器的自适应滑模速度控制器。该控制器由自适应律估计参数摄动项,用卡尔曼滤波器估计外部扰动项。设计了含积分作用的滑模面,以保证电机转速的无静差跟踪;采用了指数趋近律,以提高趋近速度并削弱抖振。卡尔曼滤波器估计得到的系统外部扰动前馈补偿至控制器的输出,用于有效降低滑模控制器的不连续切换项造成的系统抖振。实验结果显示:跟踪设定的600r/min转速时,控制器稳态转速精度达到±1r/min。电机在以600r/min稳速运行时,设计的控制器在1.6N·m的外部转矩扰动下的最大转速波动比传统PI控制器的转速波动减小了2%。仿真分析和实验数据表明基于卡尔曼滤波器的自适应滑模控制器对交流伺服控制系统具有较强的抗扰动性、鲁棒性以及良好的稳态性能。     

Adaptive sliding mode current control with sliding mode disturbance observer for PMSM drives

This paper focuses on the current control of a permanent magnet synchronous motor (PMSM) for electric drives with model uncertainties and external disturbances. To improve the performance of the PMSM current loop in terms of the speed of response, tracking accuracy, and robustness, a hybrid control strategy is proposed by combining the adaptive sliding mode control and sliding mode disturbance observer (SMDO). An adaptive law is introduced in the sliding mode current controller to improve the dynamic response speed of the current loop and robustness of the PMSM drive system to the existing parameter variations. The SMDO is used as a compensator to restrain the external disturbances and reduce the sliding mode control gains. Experiments results demonstrate that the proposed control strategy can guarantee strong anti-disturbance capability of the PMSM drive system with improved current and speed-tracking performance.     

基于DSP的交流永磁同步电动机运动控制系统研究

为了提高交流永磁同步电动机运动控制系统的控制精度,讨论了基于DSP的永磁同步伺服控制系统的软硬件组成及设计方案,采用转子磁场定向矢量控制和TMS320LF2812数字信号处理器,实现了对永磁同步伺服电动机的矢量控制。采用高速、高精度的DSP芯片以及矢量控制的永磁同步电动机伺服控制系统具有良好的动态响应性能和静态性能,并具有结构紧凑、设计合理和控制灵活等优点。     

基于摩擦模型的反演滑模控制在大型望远镜上的应用

根据永磁同步电机驱动的大型望远镜转台对指向精度与低速跟踪精度的要求,设计了基于摩擦模型的反演滑模控制器。建立了基于摩擦模型与外部扰动的系统模型;然后,按照反演设计方法,设计了离控制输入最远的子系统,在设计过程中加入滑模控制,从而减小非线性摩擦因素与外部风载等对指向精度与跟踪精度的影响。通过理论仿真和实验研究验证了该方法的有效性。结果显示:所设计的反演滑模控制器具有较好的动态响应,对扰动等不确定性因素具有较强的鲁棒性,当位置阶跃指令为4.6″时,稳态误差为0.048 51″,比传统的PI控制算法减小21.4%;当输入斜率为5(″)/s的位置斜坡指令时,稳态跟踪误差为0.031 26″,比传统的PI控制算法减小30.1%。结果表明提出的方法能够提高望远镜控制系统的指向精度和低速跟踪精度。     

Sensorless sliding mode observer for a five-phase permanent magnet synchronous motor drive

This paper deals with the sensorless vector controlled five-phase permanent magnet synchronous motor (PMSM) drive based on a sliding mode observer (SMO). The observer is designed considering the back electromotive force (EMF) of five-phase permanent magnet synchronous motor. The SMO structure and design are illustrated. Stability of the proposed observer is demonstrated using Lyapunov stability criteria. The proposed strategy is asymptotically stable in the context of Lyapunov theory. Simulated results on a five-phase PMSM drive are displayed to validate the feasibility and the effectiveness of the proposed control strategy.     

Sensorless control of ship propulsion interior permanent magnet synchronous motor based on a new sliding mode observer

This paper proposes a sensorless speed control strategy for ship propulsion interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) based on a new sliding-mode observer (SMO). In the SMO the low-pass filter and the method of arc-tangent calculation of extended electromotive force (EMF) or phase-locked loop (PLL) technique are not used. The calculation of the rotor speed is deduced from the Lyapunov function stability analysis. In order to reduce system chattering, sigmoid functions with switching gains being adaptively updated by fuzzy logic systems are innovatively incorporated into the SMO. Finally, simulation results for a 4.088 MW ship propulsion IPMSM and experimental results from a 7.5 kW IPMSM drive are provided to verify the effectiveness of the proposed SMO method.     

基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略

针对传统带有滑模观测器的永磁同步电机控制系统中转矩脉动大、抖振明显、反电动势估计精度差等问题,提出基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略.首先,在速度环提出基于双曲正弦函数的新型趋近率,结合模糊控制思想对趋近率参数实现自整定,设计了一种基于新型趋近率的模糊积分滑模速度环控制器,并且对新型趋近率的抖振抑制效果给出严格分析.其次,提出基于变截止频率低通滤波器和修正反电动势观测器的两级滤波结构,抑制反电动势中的高频分量和测量噪声,并对转子位置进行合理补偿,继而设计了两级滤波滑模观测器;通过Lyapunov判据对本文提出控制策略的稳定性进行了推导证明.仿真和实验结果表明,与传统滑模观测器相比,改进的控制器使电机在启动和受到外部扰动时系统响应良好,有效改善了转矩脉动、抖振、反电动势的估计精度等问题.