基于EKF永磁同步电机无传感直接转矩控制研究

为了解决传统永磁同步电机直接转矩控制中磁链估算需要知道转子初始位置、纯积分导致的直流偏置以及机械传感器的引入导致系统鲁棒性降低等问题.这里提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器的PMSM无传感控制方法.选择易检测的定子电压电流为输入输出变量,以d-q坐标系下定子磁链、转子转速和位置为状态变量,应用EKF(Extended Kalman Filter,EKF)算法来实现状态的准确估算.仿真表明,该方法克服了DTC定子磁链计算过程中的直流偏置和严格初值要求等问题;避免了直接以电机定子磁链为状态变量带来的磁链相位移动的问题和以定子电流为状态变量引起的多解问题;能对状态变量进行准确的估计,提高了PMSM-DTC系统性能,实现了一种高性能PMSM无传感控制.     

直接转矩控制系统的稳定性问题和鲁棒控制器设计

直接转矩控制(DTC)系统的设计不依赖于感应电机的转子参数,但它的低速性能不好.研究发现,即使定子电阻测量得足够准确,根据定子磁链的电压电流模型设计的经典DTC系统的低速性能仍得不到改善.理论分析说明了这些问题存在的必然性,指出了DTC系统在转矩控制和稳定性之间存在的矛盾,给出了一种鲁棒控制器的设计方案.该方案同时使用了定子电阻和定子磁链的电流模型,当定子电阻和磁链模型出现误差时,表现出了好的鲁棒性.实验结果验证了系统的性能.     

牵引电机无速度传感器的间接转矩控制的应用

分析了基于静止坐标系的间接转矩控制原理．在定子坐标系内分别对定子磁链与电机转矩进行计算并得到定子磁链增量值,包括定子磁链的幅值增量和相位增量,由定子磁链增量计算出异步电机定子的空间电压矢量．通过选择适当的定子磁链、转子磁链状态变量,构建一个感应电机的全阶闭环磁链观测器,实现转子转速的自适应辨识．实验结果表明,定子电流为正弦波且谐波小,电磁转矩的稳动态性能好,电机的辨识速度能够快速而准确地收敛到真实转速．     

基于滑模与自适应观测器的感应电机非线性控制新策略

提出一种结合滑模变结构和自适应观测技术的感应电机非线性控制新方法. 以定子电流与定子磁链为状态变量建立感应电机模型, 采用非线性分析方法建立转矩与磁链误差方程, 使用自适应滑模技术设计转矩与磁链控制器, 推导出定子电压控制量. 基于模型参考技术设计自适应观测器, 向控制器提供准确的转速辨识与磁链观测值,并给出了控制系统的稳定性证明. 该方法具有转矩脉动小、定子磁链畸变不明显的优点, 低速时也具有良好的控制性能, 且对参数与负载变化有较强的鲁棒性. 仿真与实验结果证明了该控制策略的正确性与有效性.     

基于波波夫不等式的新型自适应定子磁链观测器设计

在异步电动机矢量控制系统中,定子磁链估算的准确性直接影响其控制的性能。在分析现有基于低通滤波器的磁链观测器存在问题的基础上,提出了用于电动机定子、转子电阻及转速估计的模型参考自适应方案,设计了一种基于波波夫不等式的新型自适应定子磁链观测器。该观测器可准确快速获得定子电阻及转速估计值,性能明显改善。仿真结果验证了其优越性。     

感应电机转矩跟踪无源控制及自适应观测器设计

针对感应电机高性能转矩跟踪控制和磁链难以直接测量问题,提出了基于无源性的转矩跟踪和自适应磁链观测器控制方案.首先基于感应电机的无源性特性设计了渐近稳定转矩跟踪控制器,重新配置了系统的平衡点,通过注入阻尼提高系统的收敛速度.然后通过将定子电流和转子磁链作为状态变量构建了自适应磁链观测器,简化了观测器结构,根据Lyapunov稳定性理论设计了自适应控制律,实现转子磁链、转速和定子电阻的在线估计.为减小转速估计误差对观测器的影响,给出了观测器增益矩阵的选择方法.仿真结果表明本文所提出的基于自适应观测器的无源控制方案能够有效提高感应电机的动静态性能.     

基于滤波补偿和自适应观测的直接转矩控制

直接转矩控制(DTC)是继矢量控制技术后发展起来的一种新型的交流调速控制方法,但其在低速运行时存在较大的电流、转矩脉动,为了改善直接转矩控制系统的低速性能,提出一种新型的定子磁链低通滤波补偿和转速自适应观测相结合的直接转矩控制方法.该方法提高了定子磁链和转子转速的观测精度,改善了直接转矩控制系统的动静态性能.仿真和实验...     

间接矢量控制中的转子电阻辨识方法研究

针对感应电机的间接磁场定向控制系统中转子电阻在低速时大范围变化造成定子电流和电磁转矩脉动严重的问题,依据模型参考自适应理论和瞬时无功功率理论,提出一种基于无功功率参考模型的转子电阻在线辨识方法。辨识模型不依赖于感应电机的定子电阻,对定转子电感和转速的变化鲁棒性好,准确观测转子磁链角,使得定子电流和电磁转矩的脉动减小。将该辨识算法应用于电动轮自卸车调速系统实验平台的感应电机转子电阻辨识,仿真结果表明,较未辨识转子电阻时系统性能得到了较明显改善,转子电阻辨识能够快速收敛于实际值,响应速度快,且对定转子电感的动态变化不敏感,能有效降低转子磁链观测误差,抑制定子电流和转矩脉动,在低速时控制性能提升显著,验证了辨识算法的正确性及其工程实用价值。     

异步电机直接转矩控制快速正反转控制策略

针对传统的异步电机正反转方法过渡时间长、定子电流畸变严重和转矩脉动大等缺点,研究异步电机直接转矩控制系统正反转过程,提出一种实现快速正反转控制策略.该策略通过控制定子磁链和转子磁链的位置关系,在异步电机制动阶段,控制定于磁链滞后转子磁链旋转,动态保持磁通角恒定,使电机产生最大允许制动转矩,转速迅速下降;在反向启动阶段,控制定子磁链超前转子磁链反向旋转,动态保持磁通角恒定,使电机输出反向最大允许启动转矩,转速迅速上升,从而实现电机快速正反转过程.在整个反转过渡过程中限制定子电流不超过设定值,在不同的控制阶段施加合适的六边形工作电压空间矢量,易于实现.通过仿真验证了该控制策略可实现异步电机直接转矩控制系统的快速正反转过程.     

异步电机反馈线性化二阶滑模定子磁链观测器设计

为了提高异步电机定子磁链的观测精度,提出了基于反馈线性化的二阶滑模磁链观测方法,设计了定子磁链观测器,并应用到异步电机直接转矩控制中.为更准确的观测磁链,选取转子磁链为系统输出,运用微分几何理论将异步电机系统的输入/输出线性化,得到以转子磁链为输出的异步电机反馈线性化模型.在此基础上设计基于Super-twisting算法的二阶滑模转子磁链观测器,实现对转子磁链的准确估算,并对所设计的观测器进行稳定性分析.然后再利用转子磁链与定子磁链的关系,估算出定子磁链.将该观测器用于异步电机直接转矩控制中,达到了很好的控制效果.仿真与实验结果验证了该方法的可行性和有效性.     

基于DSP的自适应速度辨识直接转矩控制系统研究

异步电机直接转矩控制能产生快速且良好的鲁棒性响应,采用自适应磁链观测器,取代传统的积分器,构造了新型的速度估计器,并结合模糊控制器,实现对定子磁链准确观测和系统无速度传感器运行状态。基于DSP(TMS320LF2407A)核心芯片建立数字化控制系统。仿真与实验表明,该系统对电机定子磁链的观测精度高,转速估算准确,尤其在低速下能保持很高的性能。     

Global adaptive output feedback control of induction motors withuncertain rotor resistance

The authors design a global adaptive output feedback control for a fifth-order model of induction motors, which guarantees asymptotic tracking of smooth speed references on the basis of speed and stator current measurements, for any initial condition and for any unknown constant value of torque load and rotor resistance. The proposed seventh-order nonlinear compensator generates estimates both for the unknown parameters (torque load and rotor resistance) and for the unmeasured state variables (rotor flux); they converge to the corresponding true values under persistency of excitation which actually holds in typical operating conditions. The control algorithm generates references for the magnetizing flux component and for the torque component of stator current which lead to significant simplification for current-fed motors. Simulations show that the proposed controller is suitable for high dynamic performance applications     

An adaptive tracking control from current measurements for induction motors with uncertain load torque and rotor resistance

The problem of controlling sensorless induction motors with uncertain constant load torque and rotor resistance on the basis of stator current measurements only is addressed. A new eighth-order dynamic nonlinear adaptive control algorithm is designed, which relies on a closed loop adaptive observer for the unmeasured state variables (rotor speed and fluxes) and for the uncertain parameters and is not based on non-robust open loop integration of flux dynamics. Local exponential stability of the closed loop tracking and estimation error dynamics is achieved under persistency of excitation conditions which restrict the reference signals and may be interpreted in terms of motor observability and rotor resistance identifiability.     

利用插入高频电流进行异步机转速辨识方法的研究

本文描述了一种异步电动机无速度传减速矢量控制系统转速辨识的新方法,它利用在ｄ轴插入的高频电流在矢量控制未完全解耦时产生的转矩纹波,估算转子磁链角速度。     

基于感应电机状态方程的定子电阻辨识方法的研究

基于感应电机两相同步旋转坐标系状态方程,提出了一种新的定子电阻辨识方案。在分别利用励磁电流微分方程和转矩电流微分方程推算转速的基础上,利用二者的等量关系实现了定子电阻在线辨识。该方案的优点是,定子电阻估算仅需要电机终端可测的定子电压、电流,无须借助转子或定子磁链。仿真实验将其应用于无速度闭环矢量调速系统,实时更新转速估算模块中的定子电阻,论证了该方案对电机参数变化鲁棒性强及对改善转速估算精度的有效性。     

感应电机二阶滑模次优算法定子磁链观测器设计

提出了基于二阶滑模次优算法的感应电机定子磁链观测方法,设计了定子磁链观测器,并应用到感应电机直接转矩控制中.本文设计的磁链观测器,通过准确的跟踪电流及其变化率,从而实现对转子磁链的准确估算,然后利用转子磁链与定子磁链的关系,估算出定子磁链.由于本文设计的定子磁链观测器是一个多输入多输出(MIMO)系统,稳定性分析非常复杂,为此将磁链估算误差的微分看作扰动处理,从而将MIMO的观测器模型分解成两个独立的单输入单输出(SISO)系统,简化了稳定性分析.将该观测器用于感应电机直接转矩控制中,达到了很好的控制效果.仿真和实验验证了该方法的有效性.     

扩展卡尔曼滤波结合前馈补偿永磁同步电机位置估计

转速和转子位置的精确估计对建立永磁同步电机(permanent magnet synchronous moter,PMSM)转速、电流双闭环矢量控制系统非常重要.本文主要研究扩展卡尔曼滤波算法(extended Kalman filter,EKF)估计转速、转子位置问题.与传统EKF估计转子位置方法不同的是,本文采用遗传算法(GA)优化EKF的协方差矩阵,并给出P,Q,R矩阵选取过程.另外将负载转矩观测器观测的负载转矩同速度调节器的输出一起作为电流调节器的控制变量.仿真及实验结果表明:文中提出的新方法有效缩短系统协方差参数选取时间,提高转速的辨识精度和抗负载扰动能力.     

Further results on nonlinear tracking control and parameter estimation for induction motors

The original contribution of this paper, which concerns induction motors with uncertain constant load torque and rotor/stator resistances, is twofold. The first innovative contribution relies on the experimental analysis of the latest theoretically-based sensorless/output feedback solutions to the problem of tracking rotor speed and flux modulus reference signals with the simultaneous estimation of the uncertain parameters. The second novel contribution is constituted by the proof of existence for a new adaptive local flux observer from rotor speed and stator currents/voltages, which, in its full-order or reduced-order-like versions, involves neither over-parameterizations nor non-a priori verifiable first order stator resistance identifiability conditions at steady-state.