基于全阶状态滑模观测器的异步电机转子磁链观测

矢量控制的关键在于转子磁链定向。针对异步电机矢量控制中磁链观测问题,设计了一种基于全阶状态滑模观测器的增强型转子磁链观测方案。该方案将全阶磁链观测器和滑模观测器结合起来对异步电机定子电流和转子磁链同时进行实时跟踪观测,从而获得较为准确的转子磁链观测,进而提高矢量控制时磁场定向的准确性以及矢量控制的性能。研究表明该方案不仅算法简单,而且具有较强的参数鲁棒性以及较好的稳定性。仿真结果证明了该方案的分析和设计。     

异步电机全阶磁链观测器反馈矩阵设计

异步电机全阶磁链观测器是以电机本身作为参考模型,通过构建状态方程观测电机的磁链与定子电流。它将定子电流作为输出,引入实际电流与观测电流的误差作为反馈校正,通过调整校正项的反馈矩阵增益,改善全阶磁链观测器的性能。全阶磁链观测器的反馈矩阵设计从磁链模型切换策略与转速辨识动态特性两方面进行。全阶磁链观测器的特征函数表示磁链观测器在电流模型磁链观测器与电压模型磁链观测器之间切换的平滑程度;从双时间角度出发,全阶磁链观测器可以分解为转速辨识系统与磁链观测系统。在深入分析反馈矩阵对全阶磁链观测器的特征函数以及转速辨识动态特性的基础上,提出一种改善全阶磁链观测器平滑切换与全阶磁链观测器转速辨识动态特性的反馈矩阵设计方法。仿真和物理实验验证了分析方法的正确性与所提对策的可行性。     

改进EKF的异步电机无速度传感器矢量控制

针对传统扩展Kalman滤波器(EKF)迭代矩阵维数高和计算量大的问题,提出了一种新的基于扩展Kalman滤波器的观测器,用于异步电机的无速度传感器矢量控制。根据转子磁场定向的同步旋转坐标系下转子q轴磁链为0的特点,利用额定频率以下控制磁链幅值恒定简化异步电机数学模型,并借鉴间接矢量控制计算滑差角速度的方式,选取d、q轴定子电流分量和定子磁场角速度为状态变量,构建了基于扩展Kalman滤波器的3阶观测器,以同时估计电机的磁链和转速。与传统全阶观测器相比,改进观测器降低了系统阶次和复杂性,减少了运算负荷。仿真和实验结果表明,改进观测器准确观测了电机的磁链和转速,构建的异步电机无速度传感器矢量控制系统有效实用。     

基于改进混合模型转子磁链观测器的异步电机无速度传感器控制

针对异步电机无速度传感器控制由于估计转子磁链不准确导致控制精度不佳的问题,提出了一种改进的混合模型转子磁链观测器设计方法。首先,介绍了常规的异步电机磁链观测方法,并借助异步电机的复矢量模型和特征函数详细分析了常规Gopinath型转子磁链观测器存在的主要问题。其次,为了解决常规磁链观测器存在的缺点,提出了一种改进的特征函数设计方法,进而得到了一种改进的混合模型转子磁链观测器。再次,基于特征函数和频率响应函数,进一步对比研究了常规Gopinath型转子磁链观测器和所提改进的混合模型转子磁链观测器的参数灵敏性。最后,利用所提混合模型转子磁链观测器的磁链观测结果和锁相环,实现了异步电机的无速度传感器控制。基于StarSim和YXSPACE-SP2000平台的对比实验结果,验证了所提混合模型转子磁链观测器的参数鲁棒性,同时也验证了所提无速度传感器控制策略的有效性。     

基于滑模控制的异步电机全阶观测器研究

针对基于全阶观测器的异步电机矢量控制系统的低速稳定运行和宽调速范围等问题,提出了一种基于滑模控制的改进型异步电机全阶观测器方法。该方法利用全阶磁链观测器来估计电机的转速、转子磁链,提高电机低速时的带载能力,并合理设计滑模转速控制器来达到拓宽调速范围的目的,增强系统鲁棒性。最后,基于Matlab搭建系统仿真模型和基于DSP28055搭建了物理实验平台。仿真实验结果表明,所提控制策略拓宽了电机调速范围,提高了低速带载能力,验证了方法的可行性。     

基于SMC的异步电机全阶磁链观测器研究

针对异步电机无速度传感器控制系统,提出了一种基于滑模控制(SMC)的改进型异步电机全阶磁链观测器方法.该方法利用全阶磁链观测器来辨识转速和估计转子磁链,并设计出滑模转速控制器来代替传统PI转速控制器,不仅能减小低中高速时系统转速动态响应的超调量,还能缩短进入稳态值的时间,增强系统的鲁棒性.仿真结果表明该算法的有效性.     

基于全阶闭环转子磁链观测器矢量控制系统

对一种全阶闭环转子磁链观测器进行了详细的理论分析,阐明了其内部基于滤波器特性的电流-电压模型之间的平滑切换机理,并用于指导1 000 kW异步电动机变频调速装置的设计.实验结果表明,基于全阶闭环转子磁链观测器异步电动机矢量控制解决方案能够实现对电机速度的优良控制,具有很高的推广与应用价值.     

感应电机全阶磁链观测器设计及其控制性能对比分析

针对以往在感应电机无速度传感器矢量控制中,全阶磁链观测器均是以静止坐标系下状态变量进行设计的,其基于欧拉法的离散化过程估算误差大,若采用梯形法、双线性法或龙格-库塔法,估算误差有所减小,但计算过程复杂,不适宜工程应用。提出以同步旋转坐标系下的定子电流和转子磁链作为状态变量来设计全阶磁链状态观测器,其离散化过程采用工程上常用的欧拉法,计算量小。同时给出了基于两种坐标系下全阶磁链观测器转速估算自适应律设计方法。仿真分析和实验结果对比表明,在低速和高速状态下,同步旋转坐标系下设计的状态观测器电流和转速估算准确快速,可以明显提高系统控制的精确性和实用性。     

异步电机全阶自适应磁链观测和速度辨识研究

设计了一种基于全阶观测器的自适应磁链观测器,通过引入定子电流反馈使观测器对电机参数具有一定的鲁棒性,减少了电机参数的误差以及参数在运行过程中的变化对磁链观测准确性的影响。同时在系统中设置了电机参数的在线辨识,使系统具有了很强的自适应能力。还设计了一套基于TMS320F2812新型DSP的异步电机控制系统,并在该系统上完成了控制系统的设计和实验,实验结果验证了自适应磁链观测器的有效性。     

一种用于无速度传感器异步电机控制的自适应滑模观测器

研究了一种用于异步电机控制的自适应滑模观测器。该观测器由两个滑模电流观测器、转子磁链观测器和速度估计部分组成。转子磁链观测器以两个电流观测器和速度观测器的输出作为输入,估计转速反馈到第二个电流观测器和转子磁链观测器。采用Lyapunov理论和Popov超稳定性理论对该方法的稳定性进行验证。该观测器具有设计新颖、对参数变化具有很强的鲁棒性等特点。通过Simulink仿真验证了该观测器的有效性。     

基于遗传算法优化的定子磁链扩展卡尔曼估计方法

定子磁链估计的精度直接关系到异步电机直接转矩控制(DTC)的控制效果,本文提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的定子磁链观测方法,该方法选取DTC反馈通道中多个主要参数作为状态变量进行联合滤波估计,为保证EKF算法滤波参数的准确性,采用遗传算法(GA)对EKF中的系统噪声矩阵和测量噪声矩阵进行了优化处理.通过使用该方法设计的磁链观测器与DTC构成闭环系统进行仿真实验表明,滤波参数优化后的EKF算法更加有效地提高了磁链估计精度,从而提高DTC系统的低速控制性能.     

EKF直接转矩控制的感应电机状态观测器

针对电机安装速度传感器不便的问题提出了新的转速辩识方法,它从扩展卡尔曼滤波算法原理入手,利用定子侧可测量的电流、电压,推导出一种新的无转速传感器的异步电动机转速、磁链状态观测模型,估算出电机的转速和定子磁链。该算法可以有效地消除纯积分环节存在的问题,同时不会在辨识的磁链中引入幅值和相位误差,保证电机在稳态运行和转速突变情况下磁链辩识的准确性。通过建立Matlab的S函数仿真电机转速和磁链的结果表明,这种方法能有效地解决磁链和转矩的脉动问题,从而实现电机高性能的控制。     

采用扩展卡尔曼滤波磁链观测器的永磁同步电机直接转矩控制

提出利用卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)观测器对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)直接转矩控制(direct torque control,DTC)系统进行精确参数估计的方法。通过检测定子电压和电流,应用EKF观测器精确估计电机的定子磁链、电机转速和转子位置,间接估计转矩,近而实现PMSM的无速度传感器控制;同时改进常规的EKF估计状态方程,提高速度估计的精确性,并证明了基于EKF的控制系统的稳定性定理。仿真结果表明该方法减小了系统的非线性、参数变化以及干扰带来的影响,EKF能够准确估计状态变量,提高了直接转矩控制的性能。     

基于扩张状态观测器的感应电机转子磁链观测

感应电机调速控制中的一个关键问题是如何克服转子电阻不确定的影响，准确地观测转子磁链。该文采用扩张状态观测器的方法，提出了一种新的转子磁链观测器。对电机方程中的定子电流动态方程进行整理，把包含转子电阻的不确定项综合在一起，并扩张成一阶新的状态，与原方程组成增广一阶的系统。对于新的系统，应用扩张状态观测器观测出原系统的不确定部分，使系统确定化，最后得到准确的转子磁链观测值。高速和低速下的仿真结果都表明该文的方法对转子电阻的变化具有极强的鲁棒性，可以在转子电阻不确定时对转子磁链进行准确观测。     

带有转子电阻补偿的异步电机电流型磁链观测器

提出了一种改进的异步电机转子磁链电流型观测器。造成电流型观测器估计误差的转子电阻不确定项,在定子电流方程中同样存在。把它扩张成新的状态变量后,根据扩张状态观测器(ESO)的原理,在电流、转速可测的条件下可以对其进行观测。把所得的对不确定项的估计值引入电流型观测器,则可以消除转子电阻的影响。与传统观测器的仿真对比结果表明,该方法对转子电阻的变化具有很强的鲁棒性。     

基于多项式磁饱和模型及EKF的感应电机磁链观测

感应电机的转子磁链通常用定子电流进行观测,易受测量噪声影响,且观测模型精度与电机参数有关。当电机内磁场幅值变化时,磁路非线性饱和效应会引起互感参数波动,导致观测磁链的幅值和方向偏离实际值,使控制出现偏差。对此,提出基于四阶多项式磁饱和模型以及扩展卡尔曼滤波(EKF)的全状态估计算法,以定子电流作为反馈,观测转子磁链的同时,辨识互感参数。仿真及实验结果表明所提算法能降低磁饱和非线性对控制系统的影响。     

Design and implementation of a closed-loop observer and adaptivecontroller for induction motor drives

This paper discusses the implementation and experimental results of a closed-loop rotor flux observer and model reference adaptive system (MRAS) of a direct field-oriented control (FOC) of an induction motor drive. The motor was supplied from a high-frequency (20 kHz) AC resonant link via a MOS-controlled-thyristor (MCT)-based bidirectional converter. Hardware and software implementations of the various motor control functions are presented. The closed-loop observer combines the current and voltage models via a speed-dependent gain (SDG). The current model was formulated to operate in the rotor reference frame and requires only an encoder angle and not the actual rotor speed for implementation. The closed-loop observer permits the use of a pure analog integrator to calculate an adequate stator flux. The use of an AC resonant link further complicated an all-digital calculation of the stator flux. The observer and adaptive controller were tested on a 400-Hz 2-hp induction motor for low and high speeds. The closed-loop observer showed sensitivity at low speeds to the rotor circuit time constant which attributed to the current model rotor flux estimation. At high speed, the closed-loop observer followed the voltage model rotor flux estimation attributes. The MRAS was able to improve the complete speed response by correcting the current model rotor flux observer for errors in estimation of its parameters     

感应电机全阶状态观测器及其无源性转速控制

为了实现感应电机的高动态调速性能,针对电机的非线性本质,提出了一种基于全阶状态观测器及其转速自适应估算的感应电机无源性转速控制方案。在基于感应电机无源性与稳定性分析的基础上,设计了渐近稳定转矩跟踪无源性控制器。针对无源控制律所需转子电流难以观测的问题,提出了一种旋转坐标系下以转子电流和转子磁链为状态变量的全阶状态观测器,并应用该观测器对转速进行估算,实现了感应电机无速度传感器的无源性转速控制。仿真结果表明该控制方法易于实现,采用全阶观测器观测转子电流值和估算转速值更为准确,显著提高了感应电机的动静态性能。     

一种弱磁扩速下的异步电机磁链观测和速度辨识

针对异步电机在高速弱磁下的运行特点,提出了一种基于弱磁下的高性能的磁链观测方法。该方法在基于转子磁链定向电流模型下,设计了一个可以补偿磁链观测误差的补偿器,解决了弱磁条件下励磁磁场变化而导致磁链观测不准的问题。在改进磁链观测的基础上,运用了易于在定点芯片上实现的转速辨识算法,估算出电机转速。最后将结合改进磁链观测的速度估计器应用到无速度传感器矢量控制系统中,仿真结果表明,这种方法实现方便,能够在弱磁高速下准确的辨识磁链和转速估计,提高控制系统的动态性能。