基于自适应超螺旋滑模观测器的Buck变换器无模型预测控制

针对三相交错并联Buck变换器在外部干扰下影响系统鲁棒性和动态性能的问题,本文提出一种基于自适应超螺旋滑模观测器的无模型预测控制策略。首先,建立超局部模型代替原有的数学模型,设计自适应超螺旋滑模观测器估计超局部模型中的动态部分。然后,引入最小二乘法预测电流误差趋势,动态调整观测器增益矩阵。最后,构建离散方程,设计代价函数,实现无模型预测控制。实验结果验证了所提算法可以有效抑制因外部扰动产生的稳态误差,且相较于传统无模型预测控制具有更好的鲁棒性和动态性能。     

基于DSP的感应电机无速度传感器矢量控制

讨论了一种感应电机(IM)的新型无速度传感器矢量控制系统,重点阐述了基于PI自适应法的模型参考自适应转子磁通和速度观测器。其中,磁场估算器是一个由电机的开环电流模型和电压模型组成的全阶转子自适应磁场观测器,速度观测器的稳定性由Popov原理提供保证。在实际应用中,构造了一个直接转子磁场定向无速度传感器IM矢量控制系统,给出了基于TMS320F240型DSP芯片实现的数字化系统。实验结果表明,该系统具有良好的转矩转速特性,也验证了所提出的磁场和速度估计算法的正确性。     

异步电机无速度传感器直接转矩控制系统

论文基于模型参考自适应控制系统原理(MRAS)设计了一种新型的速度磁链自适应观测器，它以定子电流和定子磁链为状态变量，把磁链观测和速度辨识结合在一起，可以将定子磁链观测值直接应用于直接转矩控制算法中，并实现了异步电机无速度传感器直接转矩控制系统。定义了李亚普诺夫函数，根据其稳定性理论确定了速度自适应律。利用SIMULINK中的库元件和S-function构建了异步电机无速度传感器直接转矩控制系统仿真模型，仿真实验结果表明提出的速度磁链自适应观测器对速度辨识快速而准确，算法比较简单，计算量小，便于在线实现。该系统具有较好的定子磁链和转速观测精度以及对定子电阻变化的鲁棒性，能改善低速时磁链畸变的程度和运行特性。     

感应电机无速度传感器控制的自适应转速估计

文章分析了感应电机无速度传感器控制中在同步转速为零且带负载状态下自适应磁链观测器（AFO）观测状态和估计转速的渐进稳定性。设计了基于模型参考自适应系统（MRAS）全速域渐近稳定的状态观测和转速估计算法，仿真结果表明所设计的算法是有效的。     

基于新型自适应滑模观测器的BLDC控制

为了改进无刷直流电机(BLDC)无位置传感器控制系统的性能,提出了一种新型自适应滑模观测器对转子位置与转速进行估计,该观测器构建了一种新型切换函数代替传统符号函数,使得控制系统不必外加低通滤波器和相位补偿模块就可以获得平滑的线反电动势观测值,进而得到转子位置。应用李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论,设计模型参考自适应算法对转速进行估计,该自适应算法不受切换纹波的影响。仿真和实验表明,所提方法能够准确估计无刷直流电机线反电动势及转速,有效地抑制了转矩纹波,提高了整个系统的稳定性、快速性及鲁棒性。     

基于模糊滑模算法的永磁同步电机无位置传感器矢量控制

针对传统超螺旋算法二阶滑模观测器(STASSMO)在进行永磁同步电机(PMSM)转子位置和转速估算时固定滑模增益导致鲁棒性差的问题,在已有的稳定条件下提出一种模糊超螺旋算法二阶滑模观测器(FSTASSMO)。利用模糊控制器按照模糊规则进行滑模增益的整定,实现了超螺旋算法滑模增益自整定过程,提高了观测精度,拓宽了有效观测范围,增强了PMSM无位置传感器矢量控制系统的鲁棒性。最后,在MATLAB环境下搭建仿真控制系统对所提出的算法进行验证,结果表明所提算法有效可行。     

基于变结构模型参考自适应系统的永磁同步电机转速辨识

提出了一种新颖的变结构模型参考自适应观测器,用于永磁电机无速度传感器矢量控制系统的转速辨识。该方法将变结构控制与模型参考自适应系统(model reference adaptive system,MRAS)进行有机的整合,选取永磁电机本身作为参考模型,而选取永磁电机电流模型作为可调模型,利用两模型输出的误差构造了一个滑模面。理论分析和仿真结果表明,所提出的永磁电机无速度传感器矢量控制系统的转速辨识方法具有较强的鲁棒性和令人满意的动静态性能。     

基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机无速度传感器控制方法

由于永磁同步电机在低速运行时,电机反电动势较小,因此采样通道的非线性导致的采样电压和电流中包含的直流偏置对电机反电动势观测的影响更为严重。针对这个问题,提出了一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机无速度传感器控制方法。首先,基于等效反馈的概念,设计了一种新的超螺旋滑模观测器,以提高低速时的无速度传感器控制精度;其次,详细分析了直流偏置对无速度传感器控制的影响,并且设计了一种基于二阶广义积分器的直流偏置抑制方法,从而进一步提高了无速度传感器控制精度;最后,通过6.6 kW永磁同步电机无速度传感器控制系统验证了所提控制策略的有效性。     

基于FOSM-MRAS观测器的永磁同步电机MPTC系统

针对三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的速度估计及调速问题,首先设计了新型的分数阶滑模变结构模型参考自适应(FOSM-MRAS)速度观测器,通过波波夫超稳定性定理保证了观测器的稳定性,该观测器综合了滑模变结构和模型参考自适应的优点。然后采用模型预测转矩控制(MPTC)策略,研究了永磁同步电动机MPTC系统,并设计了分数阶滑模速度控制器(FOSMC),通过李雅普诺夫稳定定理证明了其收敛性和稳定性。最后将速度观测器应用到了MPTC系统中,实现了无速度传感器控制。仿真试验表明,所设计的速度观测器提高了速度估计精度和鲁棒性,MPTC策略有效减小了转矩脉动,基于FOSMC的永磁同步电机无速度传感器MPTC系统具有良好的动态性能和静态性能,提高了系统可靠性。     

基于滑模观测器的高速PMSM无传感器控制

针对基于饱和函数滑模观测器方法存在调节参数多及低通滤波器带来的相位延迟问题,研究一种基于超螺旋算法的滑模观测器无传感器控制策略,通过理论推导及系统稳定性分析,设计了一种滑模系数根据转速变化在线调节的自适应滑模系数算法。通过实验验证了该方法相比于基于饱和函数滑模观测器,能在较宽速度范围内有效地抑制抖振,提高了无传感器控制系统的估计精度,简化了参数调节过程及滤波器设计环节。     

IPMSM Position Sensorless Drives Using Robust Adaptive Observer on Stationary Reference Frame

This paper presents a novel sensorless control system for an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) using adaptive observer on a stationary reference frame with its design and some experiments of position sensorless control. In sensorless control of IPMSM, adaptive observer structure and its design remain as one of the open problems. This is because the linear model on the stationary reference frame for IPMSM has not been established so far. As a result, the construction of an adaptive observer seems to be complicated owing to nonlinearity of the IPMSM model. From this viewpoint, a novel linear model of IPMSM on a stationary reference frame is first described in this paper. Second, an adaptive observer design is proposed based on γ‐positive real problem, yielding realization of both robust position estimation and robustly stable speed adaptation with respect to speed adaptation delay. Finally, some experiments with and without load torque at low and middle speed ranges are shown to demonstrate the feasibility and the effectiveness of the proposed system. Copyright © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

感应电机速度和电阻自适应辨识的LMI方法(英文)

该文研究了一种感应电机无速度传感器模型参考自适应系统(model reference adaptive system,MRAS),提出一种新型的基于自适应磁链观测器的常数增益速度辨识方法。首先,运用李亚普诺夫(Lyapunov)稳定性理论设计出自适应磁链观测器及速度估算方法,通过MATLAB中的线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)工具箱求解线性矩阵不等式获得磁链观测器的增益矩阵,保证了此磁链观测器的稳定性,同时也克服了运用极点配置方法带来不稳定区域的问题。该文还研究了基于自适应观测器的电阻辨识问题。基于给出的自适应磁链估计方法,设计了感应电机无速度传感器直接转矩控制系统,并进行了MATLAB仿真和实验,结果表明,提出的无速度传感器速度方法在全速范围内具有很好的动态和静态性能。     

Speed-sensorless direct torque control of induction motors using anadaptive flux observer

This paper presents a new sensorless induction motor drive. The drive uses an adaptive flux observer for speed estimation and the discrete-time direct torque control technique for torque and stator flux control. The adaptive flux observer uses a mechanical model to improve the behavior during speed transients. The estimated stator flux of the adaptive observer is used in the discrete-time direct torque control method to provide fast torque response combined with torque-ripple-free operation over the whole speed range. The sensorless drive system is capable of working from very low speed to high speed and exhibits good dynamic and steady-state performance. The steady-state and dynamic performance of the proposed sensorless drive using simulation and experimental results are demonstrated     

永磁辅助同步磁阻电机改进型滑模观测器无位置传感器控制

受磁路饱和与交叉耦合效应的影响,永磁辅助同步磁阻电机(PMASynRM)的dq轴电感具有不稳定性。为适应电感不稳定性并提高系统鲁棒性,采取一种基于扩展反电动势的改进型滑模观测器(SMO)无位置传感器控制算法,以估算电机的位置信息。使用超螺旋滑模观测器(ST-SMO)代替传统滑模观测器,使用Sigmoid函数代替传统sgn符号函数,提高滑模观测器系统的抗抖振能力。引入静止坐标系锁相环(PLL)提取转子位置信息。基于MATLAB/Simulink搭建改进型滑模观测器无位置传感器矢量控制模型,通过仿真验证了该算法可以快速准确地估计转子位置,具有较好的抗抖振性和动稳态性能。     

基于转子电流的双馈感应电机无速度传感器控制

提出一种基于转子电流的模型参考自适应系统(MRAS)的双馈感应电机(DFIM)无速度传感器控制方法.首先建立了基于定子磁链定向的DFIM矢量控制模型,实现了电机转速/转矩控制和有功/无功功率解耦控制,然后采用基于MRAS的转速辨识方法,将测量得到的转子电流作为参考模型,通过定子电压和电流估测得到的转子电流作为自适应模型,用PI闭环控制构造转子位置和转速信息.为验证理论分析的正确性,以50 kW的DFIM为例设计了一套控制系统.通过电动机运行工况下的空载变速实验和发电机运行工况下的功率控制实验,估测转子位置和转速在不同转速和功率工况下都能准确跟踪实际值.仿真和实验结果表明系统能实现对DFIM无速度传感器控制,证明了所提出的方案的可行性.     

基于自适应观测器的双馈风力发电机控制

为了解决风力发电机系统中位置传感器故障率高的问题,提出了一种基于自适应观测器的速度辨识方案。应用Lyapunov稳定性理论,经过严格推导得出了速度辨识自适应律;利用极点配置得到观测器的增益。以速度估计自适应机构和矢量控制方案设计了无速度传感器双馈风力发电机矢量控制系统。仿真结果表明,自适应观测器无速度传感器控制能够准确获取双馈电机转速与角度信息,响应速度快,具有很好的稳态与动态性能,良好的鲁棒性,并基于此实现了最大功率跟踪控制。     

基于改进滑模观测器的SPMSM无位置传感器矢量控制系统

将用于预测永磁同步电机转子位置和转速的滑模观测器进行了改造,并构建了无位置传感器的矢量控制系统;并在此基础上提出了一种用于补偿转子位置角预测误差的改进方法。最后用Matlab仿真验证了算法的有效性,对结果进行了分析讨论。     

A generalized method of controlled voltage source-fed induction motor vector control using the observer theory

Vector control of induction motors is widely used for industrial applications. On-line parameter identification and speed sensorless control are being studied actively. A representative method for these problems is the application of an adaptive full-order observer. The rotor flux for vector control is estimated by a full-order observer and machine parameters, or the rotor speed is determined by an adaptive algorithm. In this paper, a new vector control scheme with parameter identification is proposed. This method is based on the adaptive full-order observer. However, the observed currents which are usually estimated in the voltage model are considered as command currents and the voltage model is used for the current controller. As a result, the proposed system is simpler than the conventional adaptive full-order observer system. Since the proposed system is composed of an induction motor model in a synchronously rotating reference frame, the well-known slip frequency control block is contained. The arrangement of the poles which are related to the torque transfer function is discussed. A linear model is derived taking into account the effects of the change of the stator and rotor resistances. The trajectories of poles and zeros of the torque transfer function are computed and discussed for various system parameters. Identification of stator and rotor resistances is confirmed by simulation using a nonlinear system model. The proposed idea is applied to a speed sensorless system; this system has a similar configuration to those of existing systems under some assumptions. © 1997 Scripta Technica, Inc. Electr Eng Jpn, 119(4): 66–76, 1997