电主轴死区补偿的自抗扰控制下PMSM转矩脉动抑制方法

空间矢量脉宽调制死区效应对永磁同步电机电主轴的调速控制系统及转矩脉动有一定影响,为了削弱其不利作用,在永磁同步电机（permanent magnetsynchronous motor,PMSM）无速度传感器控制系统中,提出了一种新型的具有死区补偿的自抗扰 PMSM 控制方案,针对传统自抗扰控制策略下电机转矩脉动较大的缺陷,在原有的自抗扰控制策略中加入死区补偿。仿真实验表明,系统表现出很强的自适应能力和对系统扰动良好的鲁棒性,并且大大减小了系统的转矩脉动,电主轴的性能有所提高。     

电动汽车永磁同步电机直接转矩控制策略研究

针对轮毂式电动汽车用永磁同步电机(PMSM)的研究,为解决传统直接转矩控制(DTC)中存在的转矩脉动较大,快速性和稳态性能之间的矛盾等问题,提出了基于零电压矢量和自抗扰控制(ADRC)的控制策略。为减小不合理转矩脉动,该系统在传统直接转矩控制的开关表部分基础上加入了两个零电压矢量形成了新的开关表。同时,自抗扰控制技术被应用于速度控制器的设计中,用以实时补偿系统的扰动。通过对汽车加减速和进入隧道两个实际问题进行模拟仿真,仿真结果验证了基于零矢量和自抗扰控制的永磁同步电机直接转矩控制策略有效地提高系统响应速度,平衡快速性和稳定性的关系,同时,能明显减小转矩脉动,改善轮毂式电动车运行性能。     

无速度传感器的异步电动机模糊自适应PI直接转矩控制

文章针对传统无速度传感器直接转矩控制转速不稳定、超调量大等问题做出两点改进。首先,引入自耦PI对传统MRAS无速度传感器直接转矩控制进行改进,该方法改善无传感器直接转矩控制调速性能、降低超调量、减小稳态误差;其次,针对直接转矩控制具有转矩脉动大、调速性能差等缺点,提出变论域静态模糊自适应PI控制策略,减小转矩脉动并改善调速性能,大大提升了抗负载能力;最后,在Matlab/Simulink仿真环境下进行了仿真并进行分析,证明了上述方法的有效性和可行性。结果表明,相对于传统的无速度传感器直接转矩控制系统,仿真结果显示减小了转速超调量,缩短了转速上升中到达高速工况的响应时间,提升了抗负载能力。     

基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机控制

针对永磁同步电动机(PMSM)的负载扰动问题,提出了一种基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机前馈控制方法。通过设计降阶负载观测器来实时观测电机负载转矩变化,并将观测值作为电流前馈补偿来增加系统鲁棒性;考虑到转动惯量对观测器的影响,引入了梯度校正参数估计法,对电机的转动惯量进行了实时辨识;最后,将负载转矩观测与永磁同步电机的矢量控制相结合,对永磁同步电机的q轴分量进行了转矩前馈补偿以提升系统的动态性能。仿真结果表明,采用梯度校正参数估算法能快速准确地迭代计算永磁同步电机的转动惯量,所设计的降阶负载扰动观测器能有效地估计转矩变化。研究结果表明,基于降阶负载转矩观测器的前馈补偿与永磁同步电机矢量控制相结合,能有效地提升永磁同步电动机转速控制的鲁棒性。     

基于ESO的PMSM系统自抗扰FCS-MPC策略（英文）

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)系统的控制性能,以反双曲正弦函数为基础,通过改进的扩张状态观测器(ESO)获取转速和反电动势项高精度估值,以自抗扰控制作为转速控制调节器,提出了基于ESO的自抗扰有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略,以减小电磁转矩脉动,降低算法的复杂性和计算量。与基于PI的FCS-MPC策略相比,新的控制策略能够保证PMSM系统稳定运行,具有良好的转速跟踪性、抗干扰性和鲁棒性。     

基于ESO的PMSM系统自抗扰FCS-MPC策略

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)系统的控制性能,以反双曲正弦函数为基础,通过改进的扩张状态观测器(ESO)获取转速和反电动势项高精度估值,以自抗扰控制作为转速控制调节器,提出了基于ESO的自抗扰有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略,以减小电磁转矩脉动,降低算法的复杂性和计算量.与基于PI的 FCS-MPC策略相比,新的控制策略能够保证 PMSM系统稳定运行,具有良好的转速跟踪性、抗干扰性和鲁棒性.     

基于卡尔曼滤波器的交流伺服系统自适应滑模控制

为了减小负载转矩扰动和系统参数摄动对永磁同步电机控制系统的影响,提出了一种基于卡尔曼滤波器的自适应滑模速度控制器。该控制器由自适应律估计参数摄动项,用卡尔曼滤波器估计外部扰动项。设计了含积分作用的滑模面,以保证电机转速的无静差跟踪;采用了指数趋近律,以提高趋近速度并削弱抖振。卡尔曼滤波器估计得到的系统外部扰动前馈补偿至控制器的输出,用于有效降低滑模控制器的不连续切换项造成的系统抖振。实验结果显示:跟踪设定的600r/min转速时,控制器稳态转速精度达到±1r/min。电机在以600r/min稳速运行时,设计的控制器在1.6N·m的外部转矩扰动下的最大转速波动比传统PI控制器的转速波动减小了2%。仿真分析和实验数据表明基于卡尔曼滤波器的自适应滑模控制器对交流伺服控制系统具有较强的抗扰动性、鲁棒性以及良好的稳态性能。     

基于扰动前馈补偿的超精密机床伺服控制技术研究

为消除超精密机床伺服系统中各种扰动力矩及系统参数波动对控制系统性能的影响,研究了基于扰动前馈补偿与反馈技术相结合的控制方法。利用扰动前馈控制器实时补偿系统中的扰动力矩,而利用常规反馈控制器保证了系统的良好的动态特性,并将其应用于实际系统中。实验表明该控制策略使系统跟踪速度信号时对各种扰动有良好的抑制能力,系统的最大稳态跟踪误差小于±20nm。     

高精度数控机床直线电机的改进型自抗扰控制研究

针对高精度数控机床伺服系统中,直线电机对扰动量高度敏感而影响系统稳态特性和控制精度的问题,提出了一种改进型永磁同步直线电机(PMLSM)自抗扰控制(ADRC)策略。将新型非线性函数引入扩张状态观测器,克服了传统型ADRC扩张状态观测器中非线性函数的不平滑性,并对系统总扰动进行了估算,并给予实时动态补偿;采用比例微分器代替非线性反馈控制规律,降低了系统参数调节的难度;利用Matlab对基于改进型ADRC控制策略的PMLSM调速控制系统进行了仿真,针对系统的空载启动响应特性和突加负载扰动对系统稳态性能的影响进行了测试。研究结果表明:与传统型ADRC控制策略相比,改进型ADRC控制策略具有更好的负载扰动抑制力和更小的超调量;系统控制精度得到提升。     

基于自抗扰控制的无刷直流电机换相转矩脉动抑制的研究

针对无刷直流电机在运动中会产生转矩脉动且转矩脉动会影响无刷直流电机运行的稳定性和可靠性的问题,结合现代控制理论,研究了无刷直流电机的数学模型,设计了一种基于自抗扰控制器的无刷直流电机换相转矩脉动抑制的方法。通过降低无刷直流电机的转矩脉动并且结合DSP高速运算处理器实现了其算法的控制,更好地提高了其稳态性能。采用自抗扰控制技术对无刷直流电机的换相转矩脉动进行了抑制。通过消除转速响应的超调,扩张状态观测器检测系统的相电流脉动以及用非线性状态反馈控制率对检测到的电流脉动误差值进行补偿抵消,以达到了抑制相电流脉动的效果,从而抑制了转矩的脉动。通过实验验证,自抗扰控制器比PI控制能够较好的抑制直流电机的换相转矩脉动,从而能够提高电机在运动中的稳定性。     

变转速液压动力源的负载前馈-反馈复合补偿控制

研究了前馈控制和反馈控制的原理及优缺点,提出采用负载前馈-反馈复合补偿控制策略实现液压动力源在典型工况下的恒流量控制。以变转速机电液系统实验平台为基础,建立变转速液压动力源的Simulink仿真模型,分别在简单PID反馈控制和复合补偿控制策略下进行仿真和实验,结果证明了该复合补偿控制策略在液压动力源恒流量控制中的可行性和有效性,其抗负载扰动性能明显优于简单PID反馈控制。     

基于自适应DRNN的无刷直流电机控制方法研究

针对无刷直流电机速度控制存在高度非线性特性,提出了基于自适应DRNN（diagonal re-current neural network）的＂前馈＋反馈＂控制方法。反馈控制器以目标转速与实际转速的误差为输入量,采用PI控制来提高控制系统的稳定性。前馈控制器采用DRNN,以反馈控制器的输出作为性能误差进行自适应控制,以提高控制系统的瞬态响应性能。仿真和实验结果表明：该控制系统能较好地跟踪目标转速,在突变负载扰动下,能有效地改善相电流波形,降低电机电磁转矩脉动,而且该控制系统具有较强的鲁棒性。     

基于转矩控制的变转速定量泵压力控制方法

变转速电液泵可以大幅提升液压动力源能效,但采用变转速电机驱动定量泵作为动力源时,通过控制转速实现压力控制,难以适应流量快速大范围变化的工况。为解决这一问题,采用电机转矩控制液压泵输出压力,实现动力源与流量无关的压力控制。与变转速控制相比,电机转矩属于控制内环,响应速度快;由于泵输出压力与其排量的乘积基本等于电机的输出转矩,控制更为直接。考虑到泵输出压力与电机输出转矩的非线性关系,在前馈控制的基础上,引入压力偏差反馈,实现压力的高精度控制。建立电机转矩控制模型及液压系统模型,对提出的控制方法进行验证。结果表明:采用电机的转矩控制压力,压力响应时间降低到40 ms,静态特性曲线回程误差小于2%。     

基于预测函数控制和扰动观测器的永磁同步电机速度控制

设计了基于预测函数控制的速度控制器,以减小永磁同步电机的转矩波动,提高电机的转速控制精度。针对因外部扰动因素引起的控制器跟踪性能下降问题,设计了基于预测函数控制和扰动观测器的双环控制器;通过扰动观测器估计系统扰动,并据此产生转矩电流补偿量对控制量进行前馈修正,从而实现扰动的抑制。实验结果显示：当电机从静止跟踪到设定600 r/min转速时,系统没有超调,稳态精度为2 r/min;当电机以600 r/min稳速运行并加入1.6 N·m的转矩扰动时,转速最大波动为5 r/min。与传统的PI控制算法相比,所设计的控制器使转速波动减小了4.2% 。仿真分析和实验数据表明：基于预测函数控制和干扰观测器的控制器能够有效地抑制扰动,提高系统转速跟踪精度。     

一种基于功率观测的永磁同步电机高效V/f控制

针对永磁同步电机普通V/f控制中抗扰动性差、易失步、控制性能差等问题,对面贴式和内嵌式永磁同步电机的稳态转速波动抑制和高性能的单位电流最大转矩控制进行了研究,对电机稳态运行时的有功功率和转速波动之间的关系以及无功功率和电机单位电流最大转矩控制之间的关系进行了分析,提出了基于有功和无功观测的转速阻尼环补偿和单位电流最大转矩的高效控制方法。利用Matlab/Simulink仿真系统对提出的控制方法进行了仿真分析并对提出的方法进行了测试,同时在CYPRESS公司的PSoC5CY8C5868单片机构成的驱动系统以及350 w的永磁同步电机组成的实验平台上进行了试验。研究结果表明,该方法能够使永磁同步电机的V/f控制在稳态运过程中更加稳定、抗扰动性更强,采用单位电流最大转矩的控制方法有效的降低了电机电流,达到了高效控制的目的。     

容积调速系统特性分析与扰动控制研究

为了解决行车取力发电容积调速系统输入转速扰动引起的马达转速波动的问题,提出了应用PID+前馈控制算法进行补偿控制的方法,建立泵-马达容积调速系统Simulink仿真模型,分析系统输入转速变化时系统的响应特性,对前馈+PID控制算法进行仿真研究,通过实验对系统的输入转速特性以及控制算法进行研究。实验得到了系统的转速特性曲线,实验结果表明:针对抑制输入转速扰动引起的马达转速波动的问题,前馈+PID控制相对常规PID控制系统的瞬态误差减小了13%,调整时间缩短了1.5s。研究结果对改善行车取力发电系统的发电质量具有重要意义。     

基于数字补偿器的比例调速阀特性仿真

现有的比例调速阀通过数字流量补偿方案对流量进行控制,已具有良好的等流量特性。但出现负载扰动时,存在阀芯响应速度慢,流量超调大的问题。结合广义预测控制理论和压差前馈控制理论,设计了一种新型数字补偿器,实现对比例调速阀输出流量的精确控制。首先针对负载扰动引起调速阀性能下降的问题设计了压差前馈控制器,通过对扰动量的补偿减小阀芯冲击;然后依据广义预测控制原理设计流量跟踪控制器,实现阀芯快速的动态响应。利用AMESim与MATLAB/Simulink搭建联合仿真模型,对该阀动静态特性进行分析。仿真结果表明:在负载阶跃时,该阀响应速度快,流量超调小,抗负载干扰能力强,具有较高的静动态特性。     

基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略

针对传统带有滑模观测器的永磁同步电机控制系统中转矩脉动大、抖振明显、反电动势估计精度差等问题,提出基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略.首先,在速度环提出基于双曲正弦函数的新型趋近率,结合模糊控制思想对趋近率参数实现自整定,设计了一种基于新型趋近率的模糊积分滑模速度环控制器,并且对新型趋近率的抖振抑制效果给出严格分析.其次,提出基于变截止频率低通滤波器和修正反电动势观测器的两级滤波结构,抑制反电动势中的高频分量和测量噪声,并对转子位置进行合理补偿,继而设计了两级滤波滑模观测器;通过Lyapunov判据对本文提出控制策略的稳定性进行了推导证明.仿真和实验结果表明,与传统滑模观测器相比,改进的控制器使电机在启动和受到外部扰动时系统响应良好,有效改善了转矩脉动、抖振、反电动势的估计精度等问题.     

基于滑模和扩张状态观测器的双绕组无轴承磁通 切换电机转子悬浮控制策略研究

双绕组无轴承磁通切换电机是非线性多变量的复杂对象,传统的转速PI与径向位移PI控制存在超调大,系统易受外界扰动影响等缺点。基于滑模变结构控制思想,提出一种转子径向位移滑模控制策略。针对滑模控制中存在建模不准确,以及转子动力学模型中存在陀螺效应等问题,通过建立一种扩张状态观测器对系统扰动进行观测,并在滑模控制基础上加入扰动前馈补偿,设计出一种径向位移滑模控制与扩张状态观测器的复合控制策略。实验结果表明,所提径向位移滑模控制相比传统PI控制具有响应速度快、径向位移脉动小、抗负载扰动性强等优点。所提径向位移滑模与扩张状态观测器的复合控制策略,相比于径向位移滑模控制可有效减小转子径向位移脉动约30%,进一步增强了系统的鲁棒性。     

基于模糊自抗扰控制在电动汽车PMSM位置驱动系统研究

为实现电动汽车用PMSM转速快速响应和强鲁棒性,本文提出一种基于模糊自抗扰的电动汽车PMSM驱动控制系统,将模糊控制与自抗扰控制结合,将位置反馈作为控制器反馈信号,结合自抗扰控制器中状态变量估计和微分之间的误差,建立误差的模糊规则控制表,进行去模糊化之后得到误差精准的控制量,并通过对非线性误差状态反馈控制率的误差比例系数、微分系数、积分系数进行自适应调节,实现对扰动量的补偿控制,增强电动汽车PMSM驱动系统的抗扰动能力。