模糊滑模控制和负载转矩补偿的异步电动机直接转矩控制

针对异步电动机(IM)转矩脉动以及抗干扰能力差的问题,设计了基于模糊滑模控制(FSMC)与负载转矩补偿的新型直接转矩控制(DTC),取代传统PID速度调节器的是一种滑模控制器.为解决滑模控制器中负载转矩脉动的问题,用模糊逻辑控制器取代了传统滑模控制律中的不连续部分,可以明显降低异步电动机在低速运转时的转矩脉动.提出了一种负载转矩观测器来估计未知的负载转矩.负载转矩观测器用来估计负载转矩扰动,估计作为速度环的前馈补偿.仿真结果表明:在低速负载转矩扰动时,该设计具有更好的动态响应和速度性能、更高鲁棒性和更强的抗干扰能力.     

电动汽车IPMSM滑模观测器速度控制方法

增程式电动汽车在实际运行中容易产生驱动电机内部参数不确定性和外部扰动的问题,制约了控制系统性能的进一步提升,针对此问题开展电动汽车内置式永磁同步电机速度跟踪控制的研究。为电动汽车驱动电机设计了常规的基于扰动上下界的滑模速度控制器。为了抑制抖振,采用滑模观测器对扰动进行观测,将观测结果前馈至控制器内部,对驱动电机中扰动进行补偿,以降低滑模控制器中的抖振。在ECE工况下对基于上下界的滑模控制和基于观测器的控制方案进行了仿真和实验,对速度的跟踪性能和抖振的削弱性能进行了对比,结果显示负载不发生变化时速度跟踪误差由±0.08 km/h缩小到±0.01 km/h,负载发生变化时,速度跟踪误差由11.3 km/h缩小到1.6 km/h。     

基于滑模模型参考自适应观测器的无速度传感器三相永磁同步电机模型预测转矩控制

针对三相永磁同步电机(PMSM)驱动系统,基于滑模变结构模型参考自适应(MRAS)技术,提出了一种新颖的无速度传感器模型预测转矩控制(MPTC)策略.采用滑模变结构模型参考自适应方法构造电机转速观测器,以改善速度估计精度并提高系统鲁棒性;利用模型预测转矩控制策略,以达到减小转矩和磁链纹波并提高系统控制性能的目的.仿真结果表明:就滑模MRAS观测器与MRAS观测器比较而言,基于前者的PMSM无速度传感器MPTC系统比基于后者的PMSM无速度传感器MPTC系统具有较强的鲁棒性和更好的动态性能;就MPTC与直接转矩控制(DTC)和磁场定向控制(FOC)比较而言,采用前者策略的无速度传感器电机驱动系统能够降低逆变器开关频率、减少相电流总谐波失真(THD),从而提高系统可靠性.     

基于预测控制的PMSM优化仿真研究

针对在永磁同步电机的运行过程中,容易受到负载转矩扰动和参数失配的影响进而造成转速跟踪性能差和电流脉动大等问题,采用模型预测控制(MPC)的方法设计预测控制器取代传统的比例-积分(PI)调节器,对速度和电流分别做了最优控制;加入Kalman滤波器对负载转矩进行观测作为前馈补偿,并提出参数校正方法,有效地抑制了干扰负载和电感参数的不确定变化对电机性能的影响.通过Simulink对比仿真表明,上述设计方法具有更快的动态响应且无超调,同时抗干扰能力和参数鲁棒性得到显著提升.     

基于ESO分数阶滑模调节的PMSM模型预测转矩控制

为了提高永磁同步电机调速系统的性能,提出一种基于扩张状态观测器的分数阶滑模预测转矩控制策略。采用扩张状态观测器对电机的综合扰动项、定子电流和反电动势进行实时观测,可快速准确得到它们的估计值并进行补偿;利用估计值构建分数阶滑模控制器来削弱系统抖振并提高鲁棒性;利用转矩和磁链无差拍预测控制,减少了遍历次数并降低了计算复杂度。通过仿真和半实物平台进行了验证,所得结果表明,所提出的方法能有效提升系统的鲁棒性,使电机具有良好的动态和静态性能。     

容错逆变器驱动的PMSM双环预测控制的研究

为了提高三相四开关容错逆变器驱动的永磁同步电机调速系统的性能,提出了调速系统双闭环预测控制策略。在转速环中设计了带扰动补偿的模型预测控制方法,通过离散扰动观测器估计负载扰动并进行前馈补偿,与模型预测速度控制相结合得到[q]轴电流环的期望给定值。在电流环中设计了基于离散滑模的有限控制集模型预测控制方法。通过与传统PI、FCS-MPC方法进行仿真对比,验证了该方法在空载启动、给定转速突变以及存在负载扰动、参数变化时,可使容错逆变器驱动的永磁同步电机调速系统具有更好的动态响应能力和鲁棒性。     

基于ESO的无速度传感器PMSM系统自适应滑模FCS-MPC

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的性能,基于反双曲正弦函数的扩张状态观测器(ESO)技术,提出一种新颖的无速度传感器自适应滑模有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略,采用ESO技术构造PMSM系统转速和反电动势的观测器,实现对电机转速和反电动势快速准确估计.用带有负载ESO的自适应滑模控制作为系统的转速调节器,以提高系统的鲁棒性;利用基于快速矢量选择的FCS-MPC策略,达到减少转矩脉动、降低系统算法计算量的目的.仿真结果表明,基于ESO的无速度传感器自适应滑模FCS-MPC策略能够使PMSM系统可靠稳定运行,达到满意的转矩和转速控制效果.与基于积分型滑模面的自适应滑模FCS-MPC策略相比,所提出的控制策略能使系统具有良好的动态性能和抗负载干扰能力.     

基于扰动观测器的PMSM同步协调滑模控制

针对在负载扰动情况下多永磁同步电机控制系统出现电机转速不同步的问题,提出了基于扰动观测器的永磁同步电机同步协调滑模控制策略。从单电机高性能控制策略和三电机耦合结构角度出发,首先,在矢量控制基础框架下,设计了基于非线性负载转矩观测器的积分型滑模速度控制器,构成了单电机高性能矢量控制调速系统;其次,提出了一种基于PI速度补偿器的偏差耦合控制结构,相比传统的偏差耦合控制结构能较好地实现在负载扰动下三电机的转速同步协调运行。最后通过仿真验证了方法的有效性。     

基于广义预测控制和扩展状态观测器的永磁同步电机控制

在电动汽车等工况复杂的系统中,实现永磁同步电机驱动系统的快响应和强鲁棒性控制历来是研究的重点和难题.预测控制策略可实现快速的动态响应,但依赖电机的数学模型.本文结合广义预测控制理论和扩展状态观测器,提出了一种新型的永磁同步电机转速跟踪控制方法.首先基于连续时间非线性系统的广义预测控制方法,设计了速度跟踪控制器;然后针对外部扰动引起的电机性能下降问题,设计了扩展状态观测器估计系统扰动,通过对扰动量的补偿,提高了鲁棒性;而且控制器参数容易调节.试验结果表明,电机从静止到1000 r/min,与PI控制相比,超调量小,响应速度快.特别是在电机运行过程中外加负载扰动时,转速跌落更小,且更快的恢复到给定值.     

基于扩张状态观测器的PMLSM滑模调速控制策略

针对数控机床在实际生产运行过程中的急速启停和高精度定位的工作要求,直线电机驱动易受含有负载扰动、电流限流及电机参数不匹配变化等因素的影响,造成生产效率低下和安全性隐患,故对驱动电机进行双闭环控制优化。首先,速度环采用新型的变速趋近律的滑模控制算法设计的滑模速度控制器（NRLSMC）,并利用扩张状态观测器（ESO）对参数失配和扰动进行估计和补偿;其次,电流环采用无差拍电流预测控制（DPCC）提高了电流跟踪精度和鲁棒性。仿真结果表明：提出的方法提高了系统的抗干扰性能、增强了系统的响应速度和鲁棒性。     

基于滑模变结构的感应电动机直接转矩控制

针对感应电动机常规直接转矩控制中存在磁链、转矩脉动大,低速控制不精确等问题,在建立α-β坐标系感应电动机数学模型的基础上,提出了一种基于滑模变结构的新型直接转矩控制方法。该方法利用转速滑模变结构控制器代替常规直接转矩控制中的PI控制器,可有效减小常规直接转矩控制中的磁链和转矩脉动,增强了系统的稳定性。仿真结果证明了该方法的正确性。     

基于自回归小波神经网络的感应电动机滑模反推控制

为了提高感应电动机控制的鲁棒性, 提出了一种新颖的感应电动机解耦模型. 基于感应电动机的解耦模型, 利用滑模控制和反推控制设计电动机的虚拟转矩和磁链电压控制器. 滑模开关增益的大小是造成系统抖振的关键, 采用自回归小波神经网络(Self-recurrent wavelet neural networks, SRWNN)在线估计滑模开关增益的大小可以有效降低滑模控制造成的抖振. 仿真结果表明基于SRWNN在线估计滑模开关增益的滑模反推控制方案可以有效提高感应电动机控制的鲁棒性, 同时降低了滑模控制造成的抖振.     

A robust sensorless output feedback controller of the induction motor drives: new design and experimental validation

In this article, a sensorless output feedback controller is designed in order to drive the induction motor (IM) without the use of flux and speed sensors. First, an observer that uses only the measured stator currents is synthesised to estimate the mechanical variables (speed and load torque) and the magnetic variables (fluxes) by structurally taking into account the unobservability phenomena of the sensorless IM (SIM) and the parametric uncertainties. Second, a current-based field-oriented sliding mode control that uses the flux and the speed estimates given by the former observer is developed so as to steer the estimated speed and flux magnitude to the desired references. Since the observer error dynamic is independent from the known input control and depends on the IM parametric uncertainties, a kind of separation principle is introduced to guarantee the practical stability of the whole closed-loop system ‘observer–controller’ (‘O-C’) according to observability and unobservability time variation. A significant benchmark taking into account the unobservability phenomena of the SIM is presented to show the performances of the whole control scheme against experimental set-up.     

具有参数和负载不确定性的感应电机自适应反步控制

基于磁场定向坐标系下的感应电机模型,采用自适应反步方法设计控制器,通过选择适当的Lyapunov函数来保证整个系统的稳定性．进而逐步导出控制律和参数自适应律．该方法可在电机参数发生变化和出现负载扰动的情况下,实现转速和转子磁链的渐近跟踪．仿真结果证实了该方法的有效性．     

ON STABILITY AND PERFORMANCE OF INDUCTION MOTOR SPEED DRIVES WITH SLIDING MODE CURRENT CONTROL

A novel inner loop sliding mode current control scheme for induction motor speed drives is proposed in this paper. The controller design is based on the nonlinear mathematical model of an induction motor in a coordinate system oriented along the rotor flux. The parameters of the PI speed controller are taken into consideration in the inner loop sliding mode current control. Rigorous stability verification for the overall system is provided in this paper. The chattering in sliding mode control is attenuated using the reaching law design method. The experimental results show that the proposed approach exhibits robust tracking performance in the presence of motor parameter variations and load disturbances.     

Sensorless fault tolerant control for induction motors

In this paper, a sensorless fault tolerant controller for induction motors is developed. In the proposed approach, a robust controller based on backstepping strategy is designed in order to compensate for both the load torque disturbance and the rotor resistance variation caused by the broken rotor bars faults. The proposed approach needs neither fault detection and isolation schemes nor controller re-design. Moreover, to avoid the use of speed and flux sensors, a second order sliding mode observer is introduced to estimate the flux and the speed. The observer converges in a finite time and leads to good estimates of the flux and the speed even in the presence of the rotor resistance variation and the load torque disturbance. Since the observer converges in the finite time, the stability of the closed-loop system (controller with observer) is shown in two steps. First, the boundedness of the closed-loop system trajectories before the convergence of the observer is proved. Second, the convergence of the closed-loop system trajectories is proved after the convergence of the observer. To highlight the efficiency and applicability of the proposed control scheme, simulation and experimental results are conducted for a 1.5 kW induction motor.     

基于神经网络的新型复合速度控制器的设计

针对传统PID控制和神经网络直接逆动态控制各自的特点,提出了将两者相结合构造一种新型复合神经网络速度控制器的方法：基于感应电机间接磁场定向矢量控制系统．对该复合速度控制器进行仿真研究。仿真结果表明,在电机参数变化和负载扰动的情况下,该控制器的应用使感应电机间接磁场定向矢量控制系统具有很好的鲁棒性和抗扰性能：