硬件在环系统中电机参数辨识及状态估计研究

矢量控制电机中的敏感参数转子时间常数的实时辨识和电机状态实时估计是电机高性能运行的保证,首先讨论了转子时间常数参数辨识,其次讨论了滑模观测器并给出了观测器稳定性分析,通过观测器得到感应电机磁链状态估计值;将得到的转子磁链值用于MRAS状态估计,得到实时的电机转速.设计了硬件在环仿真系统验证电机状态估计方法及参数辨识方法;硬件在环试验系统包含感应电机,电气测功器以及实时仿真器等硬件,通过硬件在环实时试验得到了实时的电机状态估计及参数辨识结果,试验结果验证了参数辨识及状态估计方法的有效性和实时性.     

感应电机二阶滑模次优算法定子磁链观测器设计

提出了基于二阶滑模次优算法的感应电机定子磁链观测方法,设计了定子磁链观测器,并应用到感应电机直接转矩控制中.本文设计的磁链观测器,通过准确的跟踪电流及其变化率,从而实现对转子磁链的准确估算,然后利用转子磁链与定子磁链的关系,估算出定子磁链.由于本文设计的定子磁链观测器是一个多输入多输出(MIMO)系统,稳定性分析非常复杂,为此将磁链估算误差的微分看作扰动处理,从而将MIMO的观测器模型分解成两个独立的单输入单输出(SISO)系统,简化了稳定性分析.将该观测器用于感应电机直接转矩控制中,达到了很好的控制效果.仿真和实验验证了该方法的有效性.     

基于EKF永磁同步电机无传感直接转矩控制研究

为了解决传统永磁同步电机直接转矩控制中磁链估算需要知道转子初始位置、纯积分导致的直流偏置以及机械传感器的引入导致系统鲁棒性降低等问题.这里提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器的PMSM无传感控制方法.选择易检测的定子电压电流为输入输出变量,以d-q坐标系下定子磁链、转子转速和位置为状态变量,应用EKF(Extended Kalman Filter,EKF)算法来实现状态的准确估算.仿真表明,该方法克服了DTC定子磁链计算过程中的直流偏置和严格初值要求等问题;避免了直接以电机定子磁链为状态变量带来的磁链相位移动的问题和以定子电流为状态变量引起的多解问题;能对状态变量进行准确的估计,提高了PMSM-DTC系统性能,实现了一种高性能PMSM无传感控制.     

感应电机高阶终端滑模磁链观测器的研究

提出了基于高阶非奇异终端滑模的感应电机转子磁链观测方法,用于实现感应电机的按转子磁链定向控制. 设计了非奇异终端滑模面及观测器的控制策略,利用所设计的控制策略推导出电机转子磁链信息. 为了抑制常规滑模存在的抖振现象,设计了定子电流观测器的高阶滑模控制律,可将控制信号直接用于电机转子磁链的估计. 较常规滑模观测器,所提方法具有较高的观测精度,并对电机参数变化具有良好的鲁棒性.仿真结果验证了方法的有效性.     

基于dspace的永磁同步电机参数测量系统的研究与开发

针对一类航空电驱动系统用永磁同步电机参数实验测量困难的问题,提出了一种基于dSPACE系统的永磁同步电机参数测量新方法;文中分析了电机的永磁体等效励磁磁链、电机交轴电感及电机等效铁损电阻的实验测量原理。并结合dSPACE半物理仿真实验平台,实现电机参数的准确测量;实验结果表明,与传统的电机参数测试方法相比,该方法不需要特殊的测试设备和额外的硬件电路,具有测试准确、实现简单、操作方便的特点。     

带参数辨识的自适应二阶滑模观测器PMSM无传感器矢量控制

针对表贴式永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统, 提出一种具有电机参数在线辨识的基于Super-twisting algorithm的自适应二阶滑模观测器.在两相静止坐标系下,将模型参考自适应方法与基于Super-twisting algorithm的二阶滑模方法相结合,实现反电动势的准确估计.采用李亚普诺夫理论证明观测器的稳定性,并由李亚普诺夫稳定性方程推导定子电阻和转子转速的自适应律.在同步旋转坐标系下,采用二阶滑模观测器估计永磁磁链,并将其输入位置跟踪观测器估计转子位置.该算法充分抑制了滑模抖振,同时避免了低通滤波和相位补偿环节的使用,转子位置检测不受定子电阻和永磁磁链变化的影响,具有较强的鲁棒性.仿真结果验证了所提出算法的有效性.     

感应电机转矩跟踪无源控制及自适应观测器设计

针对感应电机高性能转矩跟踪控制和磁链难以直接测量问题,提出了基于无源性的转矩跟踪和自适应磁链观测器控制方案.首先基于感应电机的无源性特性设计了渐近稳定转矩跟踪控制器,重新配置了系统的平衡点,通过注入阻尼提高系统的收敛速度.然后通过将定子电流和转子磁链作为状态变量构建了自适应磁链观测器,简化了观测器结构,根据Lyapunov稳定性理论设计了自适应控制律,实现转子磁链、转速和定子电阻的在线估计.为减小转速估计误差对观测器的影响,给出了观测器增益矩阵的选择方法.仿真结果表明本文所提出的基于自适应观测器的无源控制方案能够有效提高感应电机的动静态性能.     

基于感应电机状态方程的定子电阻辨识方法的研究

基于感应电机两相同步旋转坐标系状态方程,提出了一种新的定子电阻辨识方案。在分别利用励磁电流微分方程和转矩电流微分方程推算转速的基础上,利用二者的等量关系实现了定子电阻在线辨识。该方案的优点是,定子电阻估算仅需要电机终端可测的定子电压、电流,无须借助转子或定子磁链。仿真实验将其应用于无速度闭环矢量调速系统,实时更新转速估算模块中的定子电阻,论证了该方案对电机参数变化鲁棒性强及对改善转速估算精度的有效性。     

IPMSM有效磁链二阶滑模自适应估计控制

针对传统滑模观测器的动态品质差、抖动大的问题,提出一种基于无位置传感器内置式永磁同步电机控制系统的定子有效磁链二阶滑模自适应磁链观测器。该观测器利用超螺旋算法理论,以静止坐标系下电流误差及电流误差的估计值为状态变量,构造出定子电流误差估计值的二阶滑模自适应观测器,得到准确的有效磁链估计,使得该估计值可在有限时间内快速收敛且具有强鲁棒性;同时利用定子磁链估计值获取电机转子位置信息,实现电机稳态运行。仿真和实验结果表明,在不同负载条件下该观测器具有很强的适应性,且磁链估计值抖动小、精度高,因此所提控制方案可行有效。     

一种基于模型优化自抗扰控制的新型定子磁链观测器

磁链观测是实现高性能转矩控制的基础.针对直接转矩控制系统低速时磁链观测精度差的问题,提出了一种基于模型优化自抗扰控制的新型定子磁链观测器,以定子磁链的频率响应函数为依据,根据其幅频和相频特性分析了磁链观测对电机参数变化的敏感性.分析结果表明,按照这种思路设计的定子观测器在不同的转速和负载条件下都能达到较为理想的观测精度...     

基于Lyapunov理论的异步电机定子绕组匝间短路故障检测系统设计

为实现对定子绕组匝间短路故障行为的精准识别，确保异步电机的稳定运行状态，设计了基于Lyapunov理论的异步电机定子绕组匝间短路故障检测系统。在DSP外围电量回路中，设置ARM处理器与步进电机驱动模块，采用模数转换单元结构，调节电量互感装置的实时运行状态，实现对异步电机定子绕组匝间短路故障检测系统硬件设计。根据Lyapunov函数定义条件，确定Nussbaum增益参数取值范围，在此基础上，定义Lyapunov算法模型，再通过计算故障预测特征的方法，求解定子绕组的短路故障电压方程与匝间电感参数，对定子绕组匝间短路故障特征进行分析，实现异步电机定子绕组匝间短路故障检测。实验结果表明，所设计系统可以有效控制定子绕组匝间短路故障电流和电压检测结果与标准检测结果之间的差值水平，能够精准识别定子绕组匝间短路故障行为，保障异步电机的稳定运行状态。     

基于滤波补偿和自适应观测的直接转矩控制

直接转矩控制(DTC)是继矢量控制技术后发展起来的一种新型的交流调速控制方法,但其在低速运行时存在较大的电流、转矩脉动,为了改善直接转矩控制系统的低速性能,提出一种新型的定子磁链低通滤波补偿和转速自适应观测相结合的直接转矩控制方法.该方法提高了定子磁链和转子转速的观测精度,改善了直接转矩控制系统的动静态性能.仿真和实验...     

定子电阻辨识用于异步电机温度监测的研究

定子绕组温度监测是电机安全运行的重要保障.利用定子电阻值与温度的密切关系,提出了一种定子电阻估计方法以反映绕组温度的变化.在电流定向的坐标系中,异步电机数学模型中与定子电阻相关的部分得到简化.基于异步电机稳态模型,得到了独立于定、转子电阻和转速的稳态磁链估计,然后利用稳态磁链建立了定子电阻在线整定律.该整定律只需量测定子电流电压,简单易行.所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.     

基于时间尺度的感应电机自抗扰控制器的参数整定

自抗扰控制器(ADRC)在感应电机控制中取得了优良的控制效果, 但控制器参数整定比较困难. 本文从时间尺度的概念入手分析ADRC参数整定问题, 通过理论分析得出感应电机的时间尺度, 并结合时间尺度与ADRC参数的关系进行参数整定, 得到了感应电机按定子磁场定向矢量控制的ADRC控制器参数整定方法, 该方法尤其适于多台电机的参数整定. 仿真结果表明该方法可行, 为感应电机ADRC提供了一种参数整定方法.     

基于递归神经网络定子磁链观测器的凸极同步电动机直接转矩控制系统

针对传统的凸极同步电动机直接转矩控制系统定子磁链观测器存在积分器漂移等问题,提出了一种基于递归神经网络定子磁链观测器的凸极同步电动机直接转矩控制系统的设计方案。该方案将三相电压与三相电流经3S/2S变换后得到的两相电压与电流送到已经训练好的基于递归神经网络的定子磁链观测器中,观测器的输出是定子磁链的α、β分量,即Ψsα、Ψsβ;Ψsα、Ψsβ经矢量分析器处理后得到定子磁链的幅值以及定子磁链的空间位置角,从而可准确得到定子磁链所在的扇区。仿真结果表明,与基于传统的U-I模型的凸级同步电动机直接转矩控制系统相比,该系统具有优良的动、静态性能。     

异步电机定子电流的内模自适应控制及实现

提出了异步电机定子电流的内模自适应控制及其在转子磁场定向矢量控制中的实现方法。首先,根据内模控制（ＩＭＣ）原理设计异步电机电流调节器,并用矩阵奇异值分析了ＩＭＣ电流调节器的鲁棒性;然后用最小二乘法对模型参数进行辨识;最后将其应用于异步电机转子磁场定向的矢理控制中,通过对电流调节器传递矩阵函数的仿真及用ＤＳＰ实现的异步电机矢量控制运行实验,验证了自适应ＩＭＣ电流调节器的良好性能。     

Global adaptive output feedback control of induction motors withuncertain rotor resistance

The authors design a global adaptive output feedback control for a fifth-order model of induction motors, which guarantees asymptotic tracking of smooth speed references on the basis of speed and stator current measurements, for any initial condition and for any unknown constant value of torque load and rotor resistance. The proposed seventh-order nonlinear compensator generates estimates both for the unknown parameters (torque load and rotor resistance) and for the unmeasured state variables (rotor flux); they converge to the corresponding true values under persistency of excitation which actually holds in typical operating conditions. The control algorithm generates references for the magnetizing flux component and for the torque component of stator current which lead to significant simplification for current-fed motors. Simulations show that the proposed controller is suitable for high dynamic performance applications     

一种新的异步电机直接转矩控制算法研究

给出一种新的异步电动机直接转矩控制算法．该算法通过计算定子磁链矢量增量，使得给定转矩与实际转矩的差值以及给定磁链与实际磁链的差值趋向于零．算法的实现运用了线性化的方法，在一个极小的采样周期内，计算出转矩增量和磁通增量，以此推导出所需的定子磁链增量角与转矩增量及磁通增量两者之间的线性方程，进一步导出所需的定子电压矢量，并确定新的定子磁链位置．该算法不需要进行三角函数和坐标变换计算，易于实现．最后通过Matlab／Simulink仿真验证了该算法的有效性．