分数阶永磁同步电动机有限时间同步研究

<正>研究了分数阶永磁同步电动机有限时间同步问题,分析了永磁同步电动机的分数阶动态特性,基于混沌同步思想实现了永磁同步电动机的参数在线辨识,设计了有限时间控制器实现了分数阶永磁同步电动机的有时时间同步,并通过仿真验证了设计的可行性。分数阶微积分在医学成像、信息处理和数值分析等领域广受关注。在电力电子技术领域,永磁同步电动机交流伺服系统已经在现代高性能伺服系统中得到了广泛的应用^[1]。由于分数阶系统具有强大的记忆功能,能够更精准、全面地描述对象的特质。     

永磁同步电动机电流环分数阶滑模控制研究

针对等速趋近律滑模变结构在永磁同步电动机电流环控制中的抖振问题,提出了变阶次分数阶等速趋近律滑模变结构控制。利用分数阶微分方程对等速趋近律增益系数进行"放大"和"缩小",远离滑模面时对趋近律增益进行放大以加快响应速度,靠近滑模面时对趋近律增益进行缩小从而对滑模中的抖振进行抑制。仿真结果表明变阶次分数阶等速滑模控制器在保证传统等速趋近律滑模控制器控制效果的同时,可以有效降低系统的抖振现象。     

永磁同步电动机双闭环参数辨识自适应控制

针对永磁同步电动机伺服系统,其电阻、转动惯量等参数会发生变化,使系统控制环性能变差的情况,介绍了一种对电阻、电感与转动惯量进行辨识的自适应控制方法。该方法首先辨识电机的电感与电阻,设计电流环;然后采用改进的朗道离散时间递推,提出模型参考自适应算法,辨识转动惯量,设计电压环。仿真与实验结果表明,系统可以快速地跟踪参数的变化,并较之于传统的PID控制,系统的超调量小,速度响应快,具有良好的鲁棒性与稳定性。     

基于分数阶全局滑模控制的永磁同步电动机的研究

为了提高永磁同步电动机(PMSM)控制系统的抗干扰能力,在传统双闭环PI控制的基础上,将速度外环采用速度误差的分数阶微积分,设计了分数阶全局滑模控制器。利用分数阶系统随时间变化衰减缓慢的特性来增强系统的鲁棒性,并针对传统滑模控制中存在的抖振问题引入了边界层法,即采用饱和函数代替控制律中的开关函数,从而有效地削弱滑模面的抖振现象,提高了系统的综合性能。MATLAB仿真结果表明,相较于传统的双闭环PI控制,PMSM分数阶全局滑模控制系统对负载扰动和转速突变具有更好的跟踪能力和鲁棒性。     

永磁同步电动机新型双闭环矢量控制算法

矢量控制在永磁同步电动机控制系统中应用较为广泛,而传统的矢量控制采用转速-电流双闭环控制,电机的动态性能不完全理想。提出了一种新型双闭环矢量控制算法,该算法用转速平方作为控制量,再通过瞬时功率解耦得到电流内环。给出了新型双闭环矢量控制算法的理论依据,实验验证了新型双闭环矢量控制算法的可行性,并与传统的矢量控制算法进行比较,所提出的控制算法具有更好的动态性和稳定性。     

稀土永磁同步电动机的双结构控制研究

对于转速精度高、调速范围宽，且要求平滑无级调速的稀土永磁同步电动机，为兼顾稳态和动态性能，使位置换向和时间换向相的优点都得以发挥，提出两种控制方式相结合的双结构控制方案，采用逆变器直流侧电压和控制端电压分别控制的策略，研究两种控制方式下的切换条件、控制过程和实现方法。系统以TMS320F240 DSP芯片为核心，提出软件伺服策略，在线计算实现两种控制结构的平滑切换及电机调速控制，克服失步现象，满足精度要求。     

永磁同步发电机自适应分数阶PID控制设计

设计了一款新型自适应分数阶比例-积分-微分(AdaptiveFractional-Order Proportional-Integral-Derivative,AFOPID)控制,以实现永磁同步发电机(Permanent Magnetic Synchronous Generator,PMSG)的最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)。首先,将发电机非线性、参数不确定性、未建模动态以及随机风速聚合成一个扰动,并通过高增益状态-扰动观测器(High-Gain State and Perturbation Observer, HGSPO)对其在线估计。随后,采用分数阶PID(Fractional-Order Proportional-Integral-Derivative, FOPID)控制对该扰动估计进行完全补偿,以实现不同工况下全局一致的鲁棒控制性能。AFOPID控制较传统PID控制而言具有更出色的MPPT性能,且其无需精确的PMSG模型,仅需测量d轴电流和机械转速,易于实现。通过阶跃风速和随机风速两个算例,对AFOPID的控制性能与PID控制、FOPID控制和反馈线性化控制(Feedback Linearization Control, FLC)进行了对比。仿真结果验证了AFOPID控制的有效性和鲁棒性。     

基于分数阶PI~λ控制器的永磁同步电动机调速系统研究

<正>为了使交流永磁同步电动机调速系统的控制性能提高,将分数阶比例积分控制器应用到控制系统当中。采用粒子群优化参数的方法整定分数阶控制器的各项参数,并将分数阶比例积分控制器与整数比例积分控制器分别应用于同一控制系统中进行仿真比较。结果表明:分数阶PIλ控制器与整数阶PI控制器相比,拥有更良好的快速性、稳定性及抗干扰能力。     

转子动能为外环控制量的永磁同步电动机双闭环矢量控制策略

首先分析了永磁同步电动机控制系统的能量交换关系,提出了一种外环采用电动机转子储存动能作为反馈变量,内环采用电流作为反馈变量的双闭环矢量控制策略,给出了其理论依据和环路设计方法。研究了电动机负载对控制策略的影响,提出了一种简单且有效的负载估计方案,将电动机负载时的控制近似等效为空载时的控制。实验验证了所提出控制策略的可行性,并将该控制策略与传统的转速、电流双闭环矢量控制策略进行比较,实验结果表明本文所提出的控制策略具有更好的动态响应性能。     

永磁同步电动机双模糊直接转矩控制的研究

针对传统的直接转矩控制使用滞环比较器来控制定子磁链和转矩,存在滞环宽度调节有限、低速时转矩脉动大和逆变器开关频率不固定,速度PI调节器的比例积分参数恒定,其速度控制精度不高等缺点,设计了基于模糊直接转矩控制器和模糊速度PI控制器的双模糊直接转矩控制系统.利用模糊控制器分别来代替磁链、转矩滞环比较器和速度PI调节器,有效地减小了磁链和转矩控制容差,并利用磁链角对称特性进行映射,减少了模糊控制规则数,提高了实时性和速度控制精度.仿真结果表明:该方法明显优于常规的直接转矩控制,减少了转矩脉动,提高了系统的控制性能.     

永磁同步发电机自适应分数阶变桨距角控制

提出了一款基于扰动观测器的分数阶比例-积分-微分(Perturbation observer based Fractional-order ProportionalIntegral-Derivative, PoFoPID)控制策略,以在永磁同步发电机(Permanent Magnetic Synchronous Generator, PMSG)高于额定风速的工况下,通过变桨距角控制,将发电机输出功率维持在其额定值附近。首先,将PMSG的系统非线性、参数不确定性和未建模动态等聚合为新的扰动,并采用扰动观测器对其进行在线估计。然后,设计分数阶PID控制对该扰动估计进行实时完全补偿,以提高系统动态特性。此外,PoFoPID控制器参数通过群天牛算法寻优获得,避免了常规PID控制参数依赖人工整定的缺陷。斜坡风速、随机风速和参数不确定算例下的仿真结果表明,与矢量控制、基于扰动观测器的PID控制和反馈线性化控制相比,所提PoFoPID控制具有满意的输出功率稳定效果。最后,基于dSpace进行的硬件在环实验(Hardware-in-loop, HIL)验证了所提方法的硬件可行性。     

分数槽永磁同步电动机优化分析

简要分析了分数槽永磁同步电动机电枢磁场的谐波,利用Maxwell 2D有限元分析软件分别仿真计算了36槽30极、32极、34极三台永磁同步电动机的永磁体磁场,通过傅里叶分解得到永磁体磁场的各次谐波及幅值,进行了径向力波分析。通过径向力波分析结果确定最佳的槽极配合,同时分析了不同极弧系数对永磁同步电动机齿槽转矩的影响。此分析方法对永磁同步电动机的优化设计具有一定的参考价值。     

双三相永磁同步电动机直接转矩控制仿真研究

针对双三相永磁同步电动机(PMSM)在采用传统的直接转矩控制时出现的定子谐波电流过大的问题,提出了一种基于三相解耦SVPWM技术的双三相PMSM直接转矩控制算法。通过重新合成12个基本电压矢量,不用改变开关表,在保证电机运行性能不受影响的情况下削弱定子电流的谐波分量,降低定子铜耗。该算法计算量小,易于实现,仿真结果证明了该算法的有效性。     

永磁同步电动机矢量控制

介绍了永磁同步电动机(PMSM)的矢量控制,采用电流、速度双闭环控制,以TMS320F2812为核心,同时将空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术应用到系统中。阐述了整个控制系统的工作原理、硬件结构及软件编程,最后对整个控制系统在不同测试条件下进行试验分析,试验结果证明了该控制模型的有效性及其抗干扰性强、转速超调小、动态响应速度快等优点。     

永磁同步电动机单闭环位置伺服系统设计

针对三环永磁同步电动机位置伺服系统结构复杂、参数整定困难、抗扰性差等缺点,设计了一种基于自抗扰控制器的单闭环位置伺服系统,将自抗扰控制器的输出直接作为系统期望转矩角,简化了系统结构,提高了系统的鲁棒性;采用基于空间电压矢量调制的直接转矩控制策略,省去了电流控制环及坐标旋转变化,减小电机输出的转矩脉动,仿真实验证明了该系统代替传统三环系统的可行性。     

双绕组永磁同步电动机冗余控制与故障分析

对双绕组永磁同步电动机控制策略进行了讨论,提出利用检测绕组电流及母线电流对系统进行故障检测.为使系统能够可靠运行,分析了功率电路、电机绕组、位置传感器等的故障现象,并且提出根据不同故障选择系统工作状态.     

直线同步电动机磁悬浮系统的模糊分数阶滑模控制

针对直线磁悬浮同步电动机(LMLSM)悬浮系统的控制性能问题,提出一种模糊分数阶滑模控制方法。根据LMLSM的悬浮系统的电压方程、磁链方程以及运动方程,推导出磁悬浮力方程和系统的状态方程;构造积分型滑模面,保证系统的全局鲁棒性,引入误差的低次项,使状态变量在有限时间内收敛到零;为了削弱引入积分带来的抖振加剧,采用模糊推理来估计切换增益;引入分数阶系统构造了新型的分数阶积分型滑模面和趋近率,与整数阶相比,有着更高的稳定性和削弱系统抖振的效果;最后通过仿真分析表明,该控制策略与PI、积分型滑模、积分型模糊滑模相比,空载启动的调节时间减少了37.5%,突加负载时动态降落减少了88.9%,恢复时间减小了50%,具有稳态误差小,调节时间和恢复时间短,抗扰性较强以及减小抖振的优点。     

一体化永磁同步电动机泵控制研究

设计了一种以永磁同步电动机与柱塞泵一体化新型电机泵为控制对象的控制器。航空电机泵要求具有稳态精度高、抗负载扰动能力强等性能,而一体化电机泵由于具有强耦合、多变量、时变的特点使得传统PI控制无法保证高性能控制需求。提出了一种改进型滑模变结构结合矢量控制的控制策略,通过将系统状态变量引入传统趋近律滑模控制,有效提高了趋近速率并降低抖振。仿真结果表明,变速趋近律滑模矢量控制能够有效地提高系统的动态特性与鲁棒性。同时通过控制器设计及实验,验证了控制器在额定负载条件下运行的安全可靠性。     

永磁同步电动机的驱动控制

将模糊PI控制应用于控制永磁同步电动机,采用Matlab软件的Simulink工具对系统仿真,比较分析了模糊PI算法和常规PI算法对系统的响应及系统在采用不同控制算法时的抗干扰性和鲁棒性.