感应电机全阶磁链观测器矢量控制系统的离散化仿真

基于MATLAB/Simulink仿真平台,采用模块化的思想分别建立了矢量控制模块、全阶磁链观测模块及转速自适应模块,建立了无速度传感器异步电机全阶磁链观测器的离散化仿真模型,可以十分便捷地实现和验证控制算法。与使用S-function搭建的全阶磁链观测器连续域的感应电机模型和控制模型仿真方法相比,给出的模块化离散仿真模型能够大大提高仿真速度。仿真结果表明,离散化采样周期可以合理控制仿真速度和精度,同时也证实了该离散化仿真模型的合理性、有效性,为电机控制系统的快速仿真研究提供了一条思路。     

能够校正相位误差的感应电机全阶磁链观测器

感应电机的传统全阶磁链观测器,采用预估校正法进行离散时转子磁链估计相位的误差较小。但是电机高速运行时,随着载波比的减小,估计相位误差会随之增大,进而引起电机控制性能下降。有鉴于此,通过分析磁链相位误差的影响以及电机控制变量之间的相互作用关系,推导出一种具有相位误差自校正功能的改进全阶磁链观测器。最后在感应电机实验平台上验证了改进全阶观测器的有效性。     

基于全阶闭环磁链观测器的感应电动机直接转矩控制

磁链观测是实现高性能电机传动系统的关键环节,在研究传统直接转矩控制系统定子磁链观测方法的局限性的基础上,设计了全阶闭环磁链观测器并就简化极点配置作了分析。运用该磁链观测器实现了全速度范围,尤其在极低速时的定子磁链进行了准确观测。仿真和实验结果表明此方案对定子磁链的观测效果明显优于传统的观测方法,降低了稳态时转矩、磁链和速度的波动,并对电机参数的变化具有良好的鲁棒性。     

基于全阶磁链观测器的间接转矩控制研究

介绍了间接转矩控制的基本原理,提出了基于单神经元PID的动态位角调节器来改善转矩脉动响应的方法,建立了一种能同时准确观测定子磁链和转子磁链的新型全阶磁链观测器,通过引入弱磁控制算法,将间接转矩控制扩展到全速度区范围.仿真实验结果表明,定子磁链轨迹为圆形,转矩脉动小,动态响应快,开关频率恒定,证明了该方案是可行的,并且具有良好的动静态性能.     

感应电机全阶观测器的一种新型离散方法

针对感应电机全阶自适应观测器的离散化问题,通过将欧拉法和双线性变换法相结合,提出了一种新型离散化方法,用于实现感应电机精确的无速度传感器数字控制.自适应全阶磁链观测器的状态变量由定子电流和转子磁链构成.该方法对定子电流采用欧拉法离散,对转子磁链采用双线性法离散.通过合理近似,使得求解磁链的方程组实现解耦,其运算复杂度比传统的双线性法显著降低.该方法的运算量只比欧拉法有略微增加,但精度却比欧拉法有明显改进.实验结果表明,所提出的方法能取得较小的离散误差,从而提高了感应电机无速度传感器控制的准确度.     

基于改进磁链观测器的感应电机转速辨识

感应电机电压模型转子磁链观测器由于其算法简单而得到广泛应用,但低速时由于定子电阻压降明显使得测量误差严重影响观测精度,纯积分的应用还存在直流偏置和初始值问题。本文提出了一种改进电压模型转子磁链观测器,引入定子磁链的电流模型和电压模型之间的误差对定子感应电动势进行补偿,理想积分环节采用新型改进低通滤波器代替,再由定子磁链的电压模型推导出转子磁链的电压模型。在此基础上,通过得到的转子磁链对感应电机的转速进行辨识。仿真和实验表明新算法改善了转速辨识的动静态性能,尤其改善了低速时的转速辨识性能。     

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。     

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.     

基于双辨识参数全阶自适应观测器的感应电机低速性能

提出了一种基于双辨识参数全阶自适应观测器的感应电机无速度传感器矢量控制策略,根据Popov超稳定性理论对系统进行了稳定性分析,在深入研究传统全阶自适应观测器的基础上,对保证系统在全速范围内稳定运行的反馈增益矩阵选取准则进行分析并据此设计了反馈增益矩阵。通过分析低速时定子电阻变化对转速估计的影响,构建了双辨识参数全阶自适应观测器,可以同时对转速和定子电阻进行在线辨识,有效提高了系统的低速带载性能。对基于双辨识参数全阶自适应观测器的感应电机无速度传感器矢量控制系统进行了实验验证,实验结果验证了算法的正确性和有效性。     

电励磁同步电机全阶磁链观测器设计

结合现代控制理论知识,提出了电励磁同步电机的全阶磁链观测模型.根据电励磁同步电机电压及磁链方程推导出其状态方程,并判断了状态方程的可控性及可观测性.根据状态方程设计了电励磁同步电机的全阶磁链观测器,推导出其系统矩阵,并确定了反馈矩阵.在MATLAB/Simulink平台上对整个系统做仿真研究,并对仿真结果进行分析,磁链在全速范围内能准确观测.     

异步电动机无速度传感器矢量控制研究

为了实现异步电动机矢量系统的无速度传感器控制,本文给出了自适应全阶磁链观测器的无速度传感器控制策略,利用李雅普诺夫稳定性定理证明了观测器的稳定性,并推导出了转速自适应率。搭建了基于自适应全阶磁链观测器的异步电动机矢量控制系统的仿真模型和实验平台,实现了异步电动机的控制。实验结果表明该控制系统在较宽的范围内具有良好的动、静态性能。     

基于双二阶广义积分器–锁频环的异步电机同步角频率估计方法

在基于电压模型的磁链观测器中,通常采用低通滤波器代替纯积分来解决纯积分环节存在的初值问题和漂移问题。但是,使用低通滤波器会在观测结果中引入幅值误差和相位误差,为了消除幅相误差,一般需要误差动态补偿环节,补偿环节的精度通常依赖于异步电机同步角频率的准确估计。已有文献提出了基于二阶广义积分器–锁频环的异步电机同步角频率估计方法,该方法具有优异的稳态性能,但动态性能不佳。该文对该算法的动态特性进行了理论分析,在此基础上,提出了基于双二阶广义积分器–锁频环的异步电机同步角频率估计方法。对两种同步角频率估计方法的动态特性进行了对比研究,研究表明,双二阶广义积分器–锁频环算法具有更优异的动态性能。构建了基于异步电机矢量控制的转速电流双闭环调速系统实验平台,实验结果验证了所提方案的有效性。     

关于异步电机直接力矩控制的研究

直接力矩控制是交流调速中一种新颖、有效的控制方法。首先介绍了异步电机的数学模型 ,在此基础上对直接力矩控制进行了理论分析 ,并介绍其磁通、力矩控制方法 ,给出磁通观测器和力矩观测器 ,同时也对无速度传感器的直接力矩控制作了简要介绍     

Experimental verification for stability improvement of sensorless vector control system of induction motor using real‐time tuning of observer gain

This paper proposes a method for the design of the adaptive rotor flux observer gain to improve stability at low speed and in regenerating mode. The method is based on stability analysis, which utilizes a linearized model considering all systems, including each control loop. Therefore, the proposed method considers the effects of motor constants and control circuit constants. The stability analysis using the transfer function for the rotor speed considers the arrangement of poles and zeros and the steady‐state error. The rotor flux observer gain which improves the stability for each operating condition is ascertained. This paper also proposes a real‐time tuning method for the observer gain. The validity of the proposed method was confirmed by simulation using Matlab Simulink and by experiment. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 166(1): 67–81, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20715     

New generalized D‐state observers for sensorless drive of permanent‐magnet synchronous motors. Impact of rotor flux harmonics to fundamental component estimate

This paper proposes new generalized D‐state observers as new minimum‐order flux state observers for sensorless drive of permanent‐magnet synchronous motors. The proposed generalized D‐state observers, which are established by a new approach using filters in the D‐module, contain the conventional D‐state observer as a special case, and the associated observer gain also contains the conventional one for the conventional D‐state observer as a special case. Consequently, the proposed generalized D‐state observers provide designers with a higher degree of design flexibility. In addition, for generalized D‐state observers, this paper presents a new analysis of the error in estimation of the rotor flux fundamental component due to rotor flux harmonics originating from nonsinusoidal magnetization, which has hitherto been an unsolved problem. It is analytically shown and verified by numerical experiments that harmonics appear in the flux estimate in a similar manner to the original rotor flux harmonics from the viewpoint of rotor phase error. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 169(2): 37–47, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20768     

改进的磁链观测器在永磁同步电机上的应用

针对传统磁链观测器易受电机参数影响的问题,提出了一种新型的磁链观测器。永磁同步电机由电流调节器驱动,电流调节器反映磁链偏差的积分项用来补偿电机电感和永磁磁链的变化。为避免永磁同步电机弱磁运行时发生过调制问题,采用了一种最小距离过调制策略。改进后的磁链观测器不仅在最大转矩电流比运行区,而且在弱磁运行区都有较好的观察性能。通过传统磁链观测器和改进后磁链观测器的比较实验,验证了该磁链观测器对电机参数变化具有较强的鲁棒性。