异步电动机的滑模与PCH协调控制研究

针对采用单一信号或能量控制策略对异步电动机调速系统进行控制都难以满足对异步电动机高性能控制的要求,本文采取了滑模控制与端口受控哈密顿控制相结合的协调控制方法来控制异步电动机调速系统。建立了异步电动机数学模型,并利用异步电动机转子磁场定向原理,求取了异步电动机的滑模控制器;根据端口受控哈密顿原理,建立了异步电动机的端口受控哈密顿模型,并求取了端口受控哈密顿控制器;最后利用指数函数将滑模控制器与端口受控哈密顿控制器相协调来控制异步电动机调速系统。同时,考虑到负载转矩可能出现未知的情况,设计了负载转矩观测器,并利用Matlab/Simulink对所设计协调控制系统进行仿真实验。仿真结果表明,所设计的协调控制策略不仅可使异步电动机快速地跟踪给定的转速信号,而且可以显著地降低异步电动机在稳态运行时的能量损耗。这种协调控制方法为研究异步电动机的优化控制提供了一种新的思路。     

永磁同步电机无位置传感器宽转速范围自抗扰控制研究

为克服永磁同步电机在运行过程中受负载转矩扰动和电机参数变化的影响，提高永磁同步电机在无位置传感器条件下的抗干扰能力，提出了一种宽转速范围自抗扰动控制策略.首先，设计了一种滑模位置观测器，结合电压闭环弱磁扩速，实现了永磁同步电机在无位置传感器条件下的宽转速范围运行.其次，通过合理配置龙贝格观测器极点，在线估算负载转矩变化，在宽转速范围采用电流前馈补偿负载转矩扰动.接着利用内模控制整定电流环PI控制器参数，采用带遗忘因子递推最小二乘算法，设计了一种根据不同工况下切换的多电机参数分步辨识算法，解决了辨识方程数少于待辨参数的“欠秩”问题，进而实现电流控制器跟随电机参数自适应调节.仿真结果表明，所提出的控制策略能够实现无位置传感器宽转速范围对外部负载转矩扰动和电机参数变化的自抗干扰控制.     

矩阵式变换器PMSM直接转矩控制系统

摘要：针对永磁同步电动机直接转矩控制的特点,本文提出一种将矩阵式变换器技术和永磁同步电机直接转矩控制技术相融合的控制策略。该策略将矩阵式变换器的优点和直接转矩控制的优点相结合,实现对永磁同步电机的高效控制,运用MATALAB/SIMULINK仿真工具箱对系统模型进行仿真实验,仿真结果表明：采用该控制策略,系统具有良好的传动性能和动静态性能,可实现能量的双向流动。     

永磁同步电机最大输出功率伺服系统的能量成形控制

应用能量成形方法,将永磁同步电机控制系统看作二端口能量转换装置,建立了位置伺服控制模型,求取了满足最大输出功率原理的系统平衡点。选择了期望的哈密顿函数,配置了期望的互联和阻尼矩阵,设计了位置控制器,并针对负载转矩存在未知扰动的情形,设计了负载转矩观测器。仿真结果表明,所设计的控制系统得到令人满意的位置跟踪特性,响应快速准确,对负载转矩扰动具有很好的抑制作用。     

基于端口耗散哈密顿系统的电机控制方法

为了满足永磁同步电机高精度、高动态性能的控制要求,提出了一种基于端口耗散哈密顿系统的电机控制方法.采用系统互联和阻尼结构配置的方式对永磁同步电机控制系统进行了设计,建立了d-q坐标系下的永磁同步电机数学模型,构造了端口耗散哈密顿系统的能量函数,利用IDA-PBC方法对电机速度控制器进行了设计.仿真结果表明,提出的控制策略只需要调节两个参数即可实现对电机的速度控制,减少了系统复杂性,利用负载扰动观测器作为前馈补偿,降低了噪声影响,加快了系统的响应速度,提高了系统运行的稳定性.     

永磁同步电机的哈密顿系统建模与控制

针对永磁同步电机（PMSM）负载转矩已知、未知和定子电阻不确定情况,采用一种新的能量成形和端口受控哈密顿（PCH）系统方法,研究了PMSM的建模与速度控制问题,并建立了PMSM的PCH模型,给出了闭环系统期望的哈密顿函数,设计了系统的控制器和负载转矩观测器,分析了系统平衡点的稳定性。仿真结果表明,所提出的方案对负载扰动和定子电阻变化具有很强的鲁棒性。     

基于哈密顿系统原理的PMSM自适应阻尼注入控制

基于能量成形和端口受控哈密顿（PCH）系统原理,针对永磁同步电机（PMSM）参数不确定性所引起的转速误差,利用自适应阻尼注入控制方法,设计了负载转矩恒定已知和未知情况下的控制器。采用最大转矩/电流（MTPA）控制原理确定系统期望平衡点,并分析其稳定性。仿真结果表明,将自适应阻尼注入控制方法应用到PMSM的PCH控制中,对参数不确定性所引起的转速误差具有很好的抑制作用,从而使系统具有较好的转速跟踪性能。     

基于永磁同步电机模型的滑模矢量控制策略研究

针对传统矢量控制方式永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)存在的低速时启动电流及转速超调量过大等问题,本文利用指数趋近率,设计了一种基于滑模变结构的矢量控制策略。首先利用矢量控制(field oriented control,FOC)方式进行分析,结合选取的矢量控制方式进行滑模趋近率的选取,并采用Matlab/Simulink软件对永磁同步电机及所提出的控制策略进行建模,对所设计的永磁同步电机控制系统进行仿真分析。仿真结果表明,在所设计的滑模矢量控制模式下,加速过程中,系统会出现小幅度的超调,但能在0.05s内使电机达到指定转速;负载转矩抗干扰能力较强,稳态性能良好;电流控制效果良好,且在允许范围内逐步减弱至平衡态。本文设计的滑模控制具有良好的转速控制性能。该研究为后期实物验证提供了理论支持。     

基于转动惯量辨识与扰动补偿的 永磁同步电机滑模控制

针对永磁同步电机负载转矩波动及负载转动惯量的变化对控制性能的影响,采用一种模型参考 自适应控制方法实时辨识转动惯量,利用设计的扰动补偿观测器,结合辨识出的转动惯量估算出负载转矩值, 然后将观测的负载转矩转换为观测电流值与给定电流值的误差,从而对控制系统进行前馈补偿,以减小转矩 电流脉动,提高系统的抗扰能力和响应速度。通过模型在环实物仿真平台验证,所采用的控制策略对系统的 抗扰性能和响应速度都有很好的改善效果,增强了系统的鲁棒性。     

基于改进型负载转矩观测器的永磁同步电机滑模控制

为减少负载转矩扰动对永磁同步电机控制造成的影响,设计了一种改进型负载转矩观测器.以转速和负载转矩为观测对象建立负载转矩观测器,将观测的负载转矩前馈补偿至转矩电流中,并加入可变增益算法,有效抑制了滑模速度控制器输出的抖振问题;采用改进滑模速度控制器替代传统的PI控制,通过改进控制器中指数趋近律函数,提高了系统的响应速度....     

永磁同步电机混合非线性控制策略

永磁同步电机是一个非线性多变量强耦合系统,采用传统的线性控制方法难以在大范围运行中保持良好的动态性能和鲁棒性.针对永磁同步电机的特点,提出一种结合滑模控制和自抗扰控制的混合非线性控制策略,用于永磁同步电机矢量控制系统设计.根据指数趋近律算法设计滑模控制器,用于内环的电流控制.外环的速度采用自抗扰控制,速度控制器对负载扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,提出的控制系统不仅具有良好的动态和静态性能,而且对负载及系统参数扰动具有较强的鲁棒性.     

永磁同步电机速度的滑模与哈密顿协调控制研究

针对永磁同步电机速度伺服系统单独使用滑模控制效果不佳的问题,本文设计了基于滑模和端口受控哈密顿协调控制方案。在dq同步旋转坐标系下,建立永磁同步电机的速度系统模型,给出了永磁同步电机速度的协调控制原理,通过定义滑模面设计滑模控制器,利用端口受控哈密顿控制方法的能量成形、互联配置和阻尼注入,设计了哈密顿控制器,同时将滑模控制和PCH控制方法相结合设计了协调控制策略,并用Matlab/Simulink对滑模与哈密顿协调控制的PMSM速度控制系统进行仿真验证。仿真结果表明,永磁同步电机的滑模与哈密顿协调控制系统有效结合了两者的优点,既能快速跟踪信号,又有较好的稳态性能和较强的稳定性。因此,该控制方法具有良好的控制性能和实际应用前景。     

PMSM非线性解耦控制系统的L2增益干扰抑制

为了克服电机参数变化和负载扰动的不确定性对永磁同步电机动态解耦控制系统性能造成不利影响,提出一种带干扰抑制的永磁同步电机调速系统的非线性解耦控制方法,将参数变化和负载转矩扰动作为扰动输入,基于Lyapunov函数设计系统的状态反馈控制器,使得闭环系统对所有有界干扰是内部稳定的,且从扰动输入到输出满足任意小的有界L 2增益.仿真和试验结果表明:该控制策略能有效地改善调速系统的动态性能,增强其鲁棒性和抗干扰能力.     

永磁同步电机无传感器变结构矢量控制

针对电机控制中采用的PI调节器对电机参数变化及外加干扰时鲁棒差和无位置传感器控制实现困难等问题,在研究常规永磁同步电机矢量控制策略的基础上,将滑模变结构控制(VSSMC)和无迹卡尔曼滤波(UKF)引入该策略中,用VSSMC分别替代策略中速度PI控制器和2个PI电流控制器,同时利用UKF对电机定子直轴电流、交轴电流、负载转矩、转子位置和转速进行实时估计,提出了一种新颖的基于VSSMC和UKF的永磁同步电机无传感器矢量控制方案.仿真结果验证了新方案的正确性,所设计的VSSMC能有效调节转速和电流,其调节效果优于常规PI控制器,所设计的UKF观测器能准确估计系统状态,而且两者对系统参数摄动、外干扰、测量误差以及测量噪声都具有极强鲁棒性,系统的动、静态性能明显增强.     

基于状态反馈与微分几何的PMSM控制

研究了利用微分几何方法和状态反馈方法设计永磁同步电机转速控制器的可行性.从永磁同步电机的数学模型出发，运用微分几何理论讨论了控制永磁同步电机转速的理论基础，给出了永磁同步电机可以进行精确线性化和输出函数可以取电机转速的条件.在此基础上设计了状态反馈控制器，并研究了这种控制器的动态响应特性和抗干扰能力，同时将这种控制器与同一数学模型下PI控制器进行了控制结果的仿真对比.仿真结果说明利用微分几何理论设计控制器对永磁同步电机模型进行控制是完全可行的，结果是满足要求的.     

基于状态误差PCH和L_2增益的永磁同步电机位置控制

针对隐极永磁同步电动机状态误差PCH控制系统因存在负载转矩扰动而产生位置稳态误差的问题,提出了一种基于状态误差PCH和L2增益相结合的控制方法。建立了基于dq坐标系的永磁同步电机的PCH系统数学模型,同时采用基于状态误差PCH和L2增益理论,并根据最大转矩/电流(MTPA)原理确定了在负载转矩恒定已知时系统的平衡点。利用状态误差PCH系统理论求出系统的控制器,在系统存在负载转矩扰动时,采用状态误差PCH系统理论和L2增益抑制扰动原理求出控制器。通过Matlab/Simulink进行仿真实验。仿真结果表明,在系统含有L2增益时,能够快速到达给定位置,并能够有效抑制负载转矩扰动,减小稳态误差,而且L2增益和状态误差PCH相结合能够抑制负载转矩扰动,使该控制器具有一定的实用价值。     

永磁同步电机传动系统能量成形控制仿真研究

针对功率变换器和永磁同步电机（PMSM）构成的传动系统,基于能量成形和端口受控哈密顿（PCH）系统理论,研究其速度控制问题。建立了PMSM的PCH非线性数学模型,在负载转矩恒定已知和恒定未知情况下,设计了系统的速度控制器。根据最大转矩／电流（MTPA）控制原理确定了系统的期望平衡点,分析了平衡点的稳定性。利用PWM信号变换方法控制功率变换器各开关器件的导通占空比,实现隐极PMSM的速度调节。利用Matlab／Simulink仿真,结果表明,系统具有很好的负载扰动抑制能力和转速跟踪性能。     

基于滑模变结构永磁同步电机的直接转矩控制

采用传统的直接转矩控制策略时,电机电磁转矩和磁链脉动较大,并且逆变器开关频率不恒定.为解决该问题,将滑模变结构控制策略引入永磁同步电机直接转矩控制系统中,应用Matlab/Simulink对其进行仿真研究,并且实现了基于TMS320LF2407滑模变结构永磁同步电机的直接转矩控制,并对控制系统动、静态性能与传统直接转矩控制进行了对比研究.仿真和实验结果表明：与传统直接转矩控制相比较,滑模变结构直接转矩控制系统中定子磁链和电磁转矩脉动大幅度降低,而动态响应速度基本相同,逆变器开关频率恒定.     

基于自抗扰的永磁同步电机矢量控制系统

针对永磁同步电机双闭环矢量调速控制系统中速度环采用PI(proportion integral)进行控制时,调速效果容易受电机参数的影响且无法兼顾快速性与超调的问题,将简化的线性自抗扰控制器(active disturbance rejection controller,ADRC)应用于永磁同步电机双闭环矢量控制系统的转速环中,由于电流环在实际应用中对计算时间要求较高,仍采用PI控制器,实现了不同负载下对永磁同步电机的转速进行迅速且无超调的调速控制。利用Simulink建立了永磁同步电机的矢量控制系统模型并进行仿真,并与PI控制器仿真进行对比,仿真结果表明,在转速环应用线性化的自抗扰控制器后,能够实现对电机转速的良好控制,与PI控制器相比调速过程快速无超调且具有更好的稳定性。     

交流伺服系统的新型滑模速度控制器研究

针对永磁同步电机交流伺服系统,提出了一种新型的滑模速率控制器的设计方案,采用职分变结构控制方法,省去实现传统滑模速度所必需的加速信号,并通过负载扰动观测器的设计对负载扰动进行补偿,从而削弱了变结构控制系统的抖振,仿真结果表明该方案对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性,系统无静差。