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。     

基于电压预测的直线永磁同步电机直接推力控制

直线永磁同步电机直接推力滞环控制,导致开关频率不定及稳态运行时会有明显的推力和磁链脉动产生。针对这些问题,提出了一种低脉动、快速动态响应、恒开关频率的直接推力电压矢量预测控制方法,该方法根据磁链及推力差预测下一时刻的参考电压,并采用空间矢量调制技术确定逆变器开关时间。仿真结果表明,与传统的DTC方法相比,该方法不但保持了快速响应的特点,且稳态运行时的磁链、推力脉动得到明显改善,开关频率也可根据需要在一定范围内进行选择。     

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。     

基于扰动观测器的永磁同步电机电流环自适应滑模控制

针对扰动对永磁同步电机转速伺服系统性能的影响,提出了基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法。设计了自适应律在线估计系统的内部参数摄动以补偿模型不确定性扰动。同时,设计了滑模扰动观测器实时估计系统外部负载扰动,并将观测值前馈补偿到电流环自适应滑模控制器,在提高系统鲁棒性的同时降低滑模控制系统的抖振。实验结果显示,采用基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法,系统可快速、准确、无超调地跟踪900r/min的速度指令,调节时间为0.08s,稳态误差为±5r/min。加入0.6N·m的负载扰动,该控制方法的最大转速波动为21r/min,比PI控制方法的转速波动减小了3.4%。仿真和实验结果表明,基于扰动观测器的电流环自适应控制方法提高了永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能,同时可有效抑制滑模控制系统的抖振。     

永磁直线同步电机一阶速度抗扰动控制

永磁直线同步电机(PMLSM)采用直接驱动方式,其动子上存在包括负载力、摩擦力和磁阻力在内的多重扰动力,这些直接作用在动子上的扰动严重地影响到直线电机的速度稳定性。提出了一种PMLSM抗扰动速度控制策略,基于扩张状态观测器(ESO)观测出多重扰动力对PMLSM的速度动态过程的扰动作用,引入跟踪微分器(TD)和非线性状态误差反馈(NLSEF)对这个扰动作用进行补偿,进而实现PMLSM一阶速度抗扰动控制。     

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...     

基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机控制

针对永磁同步电动机(PMSM)的负载扰动问题,提出了一种基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机前馈控制方法。通过设计降阶负载观测器来实时观测电机负载转矩变化,并将观测值作为电流前馈补偿来增加系统鲁棒性;考虑到转动惯量对观测器的影响,引入了梯度校正参数估计法,对电机的转动惯量进行了实时辨识;最后,将负载转矩观测与永磁同步电机的矢量控制相结合,对永磁同步电机的q轴分量进行了转矩前馈补偿以提升系统的动态性能。仿真结果表明,采用梯度校正参数估算法能快速准确地迭代计算永磁同步电机的转动惯量,所设计的降阶负载扰动观测器能有效地估计转矩变化。研究结果表明,基于降阶负载转矩观测器的前馈补偿与永磁同步电机矢量控制相结合,能有效地提升永磁同步电动机转速控制的鲁棒性。     

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。     

基于自适应观测器的复式永磁同步电机控制仿真

为了解决复式永磁同步电机(PMSM)的可靠运行及速度控制等问题.提出了一种基于自适应观测器的无传感器控制方案.利用Matlab这一工具搭建了复式永磁同步电机的自适应观测器的控制仿真模型,并对算法进行了分析验证,同时为了提高该系统的稳定性,对电机的电阻和磁链也进行了参数辨识.仿真运行的结果验证了自适应观测器作为复式水磁同...     

基于离散型扰动观测器的直线电动机控制研究

针对推力波动、摩擦力等因素对直线电动机控制性能的影响,设计了一种基于扰动观测器的高速高精度位置伺服系统。采用离散时间的扰动观测器设计方法,对考虑与忽略时间延迟环节时,扰动观测器的品质进行比较。仿真分析与试验研究表明：在高速高精度的直线电动机运动控制中,引入带有时间延迟的扰动观测器,能够消除直线电动机速度响应曲线中的微小振荡,减小位置响应曲线中的超调和稳定时间。     

基于ANSYS的新型结构永磁直线同步电机力性能研究

直线电机因具有高速、高精和高推力体积比等优势,在数控机床、高性能IC封装制造等领域受到越来越多的关注,然而因其结构上的原因而存在推力波动、齿槽效应和端部效应,已成为目前直线电机研究领域的重点对象。针对直线电机在端部的不连续所导致的端部效应,建立了一种新的动子结构,避免了端部效应导致的推力波动,并以有限元方法对该模型进行了分析与比较。研究结果表明,该新型结构直线电机在力性能上具有推力波动小的优点,可为直线电机结构优化提供参考。     

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。     

基于扰动观测器的直线电机速度系统预测函数控制

针对直线电机伺服系统存在非线性、不确定性和各种扰动等特性,提出了一种基于扰动观测器和预测函数控制的复合控制方法。首先建立直线电机伺服系统的数学模型;然后设计扰动观测器对参数变化和外部干扰进行补偿,将干扰估计值反馈给预测函数控制器,建立带有干扰信息的预测模型,从而优化控制方法,提高伺服系统的控制效果。仿真结果表明,采用该复合控制方法设计的扰动观测器和预测函数控制器能够有效抑制扰动,满足系统对快速性和稳态精度的要求,系统具有较强的鲁棒性和抗干扰性,能够实现伺服系统的有效控制。     

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。     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机低速滑模控制

为了解决传统滑模控制高性能与系统抖振之间的矛盾,提高基于永磁同步电机驱动的航空光电平台系统的可靠性和指向精度,本文提出了一种新型滑模控制器趋近律,该趋近律可以有效削弱系统抖振并达到更好的跟踪效果。在此基础上,为提高扰动观测器的带宽以提升观测的准确性,将扩张状态观测器引入到光电稳定平台伺服系统中以观测系统的总和扰动,并将观测到的总和扰动补偿进滑模控制器,以更好地抑制系统抖振并提高系统抵抗外扰的能力。实验结果表明,本文提出的滑模控制器结合扩张状态观测器的方法明显优于传统的PI+DOB的控制方法。在匀速跟踪实验中,系统的位置指向误差的RMS值仅为0.005 7°,完全满足航空光电稳定平台的需求,约是经典PI+DOB控制方法精度的3倍;在正弦波跟踪实验中,本文提出的方法很大程度减小了速度跟踪的相位滞后,位置指向误差仅为PI+DOB方法的1/6;在三角波跟踪实验中,位置指向误差RMS值约为PI+DOB的1/3。     

机床用永磁直线电机的推力波动优化研究

采用有限元法对机床用永磁直线电机的推力波动进行仿真计算,通过采用改变端齿的高度和宽度、磁钢倾斜角度等措施,在不减小电机输出推力的同时,以减小直线伺服电机推力波动为目标进行了电磁优化设计。经过优化设计后,永磁直线电机推力波动大幅减小,该文对永磁直线电机推力波动的理论研究和工程应用有一定的参考价值。     

定子分段式永磁直线同步电机速度波动抑制方法研究

为了解决定子分段式永磁直线同步电机(PMLSM)存在的因磁阻效应、负载阻力、摩擦力、参数摄动以及动子进出定子时耦合面积变化所造成的控制性能下降的难题,根据动子和定子的耦合状态,提出一种在完全耦合阶段和动子退出定子阶段的分段式控制方法。首先,在动子与定子完全耦合阶段采用改进滑模控制器减小推力波动导致的速度波动,再通过加入扰动观测器降低滑模切换项所带来的抖振现象;在动子退出定子阶段,建立相关电磁参数与动子位置的函数关系,实时补偿由耦合面积变化引起的动子失速,使动子速度在退出时接近给定值。仿真及实验结果表明动定子完全耦合过程中的速度稳态误差为0.005 m/s,收敛时间为0.3 s,动子退出定子阶段的速度波动不超过0.04 m/s,满足定子分段式PMLSM用于长行程自动运输系统对平稳性及快速性的需求。     

RBF神经滑模控制在永磁直线同步电机的应用研究

给出了神经网络学习算法和神经滑模控制器的具体设计思路,将滑模控制器的切换函数作为神经网络输入,以滑模控制器为网络输出,从而实现神经网络学习能力和滑模控制自适应切换能力有效结合,将神经滑模控制器应用于永磁直线同步电机伺服系统,通过仿真说明了其良好的跟踪特性和低速平稳性。