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.     

基于MRAS无速度传感器的DTC系统Simulink仿真研究

异步电机的精确控制和速度辨识是交流传动系统中重要问题;文中在Simulink软件环境中构建了基于MRAS无速度传感器的异步电机DTC系统;该系统中采用DTC对异步电机进行控制,定子磁链采用在全速范围内有效的u-n模型观测器来估计,电机转速采用MRAS辨识算法来估算;由于速度辨识算法中电压模型的纯积分环节会引起的误差积累和漂移问题,采用改进积分型转子磁链估算模型来解决;仿真结果表明了文中转速辨识方法能准确推算出电机转速,所设计的控制系统动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强,具有良好的静、动态控制性能.     

基于双模糊空间矢量调制的直接转矩控制

为了改善基于空间矢量调制的直接转矩系统的动态性能及低速性,分析了传统SVM-DTC中采用两个PI控制器来产生参考电压矢量,存在PI控制器参数难以确定的问题,提出了一种基于双模糊空间矢量调制(SVM)的异步电机直接转矩控制(DTC)策略.阐述了产生磁链和转矩参考电压矢量的模糊控制器的具体的设计过程,即模糊控制器的输入变量分别为磁链、转矩误差和磁链、转矩误差的变化率,输出为参考电压矢量的磁链、转矩分量.对该控制方法在基于Simulink的仿真软件和基于DSP2812的控制芯片的实验装置分别进行了仿真与实验,并与传统的SVM-DTC进行了比较.仿真和实验结果表明,双模糊SVM-DTC控制系统动态性能好,有效提高了系统的低速性能.     

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。     

基于十八边形磁链轨迹的异步电机DTC系统及其仿真研究

异步电动机直接转矩控制 (DTC)系统中 ,低速区一般采用精度高的圆形磁链轨迹控制 ;高速区由于开关频率限制 ,一般采用基于六边形磁链轨迹控制 ,定子电流高次谐波成分大 ,影响系统性能并污染电网。本文分析了一种高速区基于内陷十八边形磁链轨迹的DTC系统 ,并进行了仿真研究。结果表明 ,这种方法简单易行 ,大大改善了电流波形 ,有着良好的应用价值与前景。     

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.     

MC-DTC系统的无速度传感器控制算法研究

对于无速度传感器的研究主要针对电动机的矢量控制系统,而应用于直接转矩控制(DTC)系统很少.本文研究基于矩阵变换器(MC)直接转矩控制系统(MC-DTC)应用无速度传感器技术以及将三者融合的技术.讨论了无速度传感器的直接计算方法和模型自适应方法,重点讨论了速度自适应辨识方法与满足系统融合要求的控制策略.仿真实验表明,速度自适应辨识速度高于直接计算精度,动态响应好.同时能发挥MC和DTC的优势,成为一种高性能的交流调速系统.     

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...     

工程无PG式永磁同步电动机DTC系统

针对目前永磁交流同步电动机(PMSM)的直接转矩控制(DTC)系统中存在的低速平稳性差、转矩脉动大,及无速度传感器(PG)式系统精度低等问题,提出采用滑模变结构调节器取代现有的转矩与磁链调节器以提高转矩与磁链的控制性能,并提出一种在电机轴侧用一只接近开关(IP/R)取代PG,利用电机自学习阶段接近开关输出的脉冲频率信号...     

感应电机无速度传感器直接转矩控制系统研究

直接转矩控制技术以容差形式的Bang-Bang控制模式给系统的稳态运行带来了转矩脉动大、电流谐波成分重、定子磁链轨迹畸变等严重问题,大大限制了其应用领域,这一点已经成为传统直接转矩控制技术不可逾越的缺陷。本文基于模型参考自适应系统（MRAS）原理设计了一种自适应速度磁链观测器,把磁链观测和速度辨识结合在一起,将定子磁链观测值直接应用于直接转矩控制算法。运用SIMULINK中的库元件和S-function构建了感应电机无速度传感器直接转矩控制系统仿真模型,仿真波形验证了上述控制模型可行性。     

直接转矩控制技术的研究现状与发展趋势

直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后的一种新型高性能的交流变频调速技术，它以转矩响应快、结构简单明了、鲁棒性好等一系列优点受业界人士的广泛关注．理论研究与产品开发上，已取得了丰富的成果，并带来了巨大的经济效益，而作为新兴的技术，还存在许多不成熟、不完善的问题，如低速运行时，受电动机的参数变化影响严重；稳态运行时，脉动大．这些大大限制了直接转矩控制技术的应用范围．鉴于此，本文对直接转矩控制技术所取得的研究成果和目前存在的问题进行了总结，并提出了如何开展这项技术研究．     

Sensorless direct torque control of an induction motor by a TLS-based MRAS observer with adaptive integration

This article presents a new speed and flux estimation algorithm for high-performance direct torque control (DTC) induction motor drives based on model reference adaptive systems (MRAS) observers using linear artificial neural networks (ANNs). Two completely new improvements of MRAS speed and flux observers are presented here: the first is a solution to the open-loop integration problem in the reference model, based on the voltage model of the induction machine, by means of a new adaptive neural integrator, the second is the employment of a new adaptation law in the ANN adaptive model, based on the total least-squares (TLS) technique. In particular, the adaptive neural integrator is based on two adaptive noise filters which completely cancel any DC drift present in the voltage or current signals to be integrated. This neural integrator does not need any a priori training of its two only neurons, adapting itself on-line. With regard to the ANN-based adaptive model, since the most suitable least-square technique to be used for training is the TLS technique, here the neuron is trained on-line by means of a TLS EXIN algorithm which is the only neural network able to solve a TLS problem recursively. Also the TLS EXIN algorithm does not require any a priori training, since it adapts itself recursively on-line. Moreover, to improve the dynamical performances of the speed loop of the drive, the adaptive model has been used as predictor, i.e. without any feed-back between its outputs and its inputs. The sensorless algorithm has been verified experimentally both on the classic DTC technique and on the DTC-SVM (space vector modulation), by adopting a proper test set-up. The speed observer has been tested in the most challenging operating conditions. The experimental results show that the dynamical performances of the sensorless drive are comparable or even better than those obtained with the corresponding DTC drives with encoders as for the medium to high-speed ranges. As for low-speed ranges, the presented sensorless DTC algorithm outcomes the performance presented in the literature for MRAS systems, thus permitting to have an accurate estimation equal or better than that obtainable with more complex observers. Finally, experimental results show that the MRAS speed observer is robust to load torque perturbations and permits zero-speed operation at no-load conditions.     

Direct torque control of induction motors: stability analysis andperformance improvement

Practitioners in the electric drives community have recently introduced a novel torque control strategy for high power induction motor applications, called direct torque control (DTC), which has three distinctive features: 1) it focuses on stator flux regulation; 2) it does not aim at an asymptotic system inversion; and 3) it explicitly takes into account the discrete nature of the control actions. Besides its simplicity, it is claimed that the achieved performance is superior to field oriented strategies because of the digital form of the control structure and the reduced dependence on parameter variations of the stator flux calculations. Our objective in this paper is twofold: 1) to carry out a mathematical analysis of the stabilization mechanism of DTC, which helps us assess the achievable performance of the current scheme and provide guidelines for its tuning; and 2) to propose a modified DTC to improve its dynamical behavior. Experimental results are presented to illustrate the main points of our paper     

模糊滑模控制和负载转矩补偿的异步电动机直接转矩控制

针对异步电动机(IM)转矩脉动以及抗干扰能力差的问题,设计了基于模糊滑模控制(FSMC)与负载转矩补偿的新型直接转矩控制(DTC),取代传统PID速度调节器的是一种滑模控制器.为解决滑模控制器中负载转矩脉动的问题,用模糊逻辑控制器取代了传统滑模控制律中的不连续部分,可以明显降低异步电动机在低速运转时的转矩脉动.提出了一种负载转矩观测器来估计未知的负载转矩.负载转矩观测器用来估计负载转矩扰动,估计作为速度环的前馈补偿.仿真结果表明:在低速负载转矩扰动时,该设计具有更好的动态响应和速度性能、更高鲁棒性和更强的抗干扰能力.     

感应电动机传动系统建模及仿真的一般方法

感应电动机传动系统是目前应用最广泛的交流传动系统,对其性能的计算机模拟和仿真具有重要的实际指导意义。结合MATLAB语言和环境,介绍在任息速参考坐标系下,基于感应电动机传动系统不同的控制策略和运行状态,导出其由状态变量方程描述的统一时域建模方法,详述仿真工具和方法的选择、逆变器的处理、及其完整的流程。对三相异步电动机的直接转矩控制（DTC）系统的仿真结果表明,该文所提出的仿真方法是有效和可行的。     

基于自抗扰速度调节器的矩阵变换器驱动 永磁同步电机直接转矩控制

针对永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor,PMSM）系统,采用矩阵变换器（matrix converter,MC）驱动方式,提出了基于自抗扰技术（active disturbance rejection control,ADRC）的直接转矩控制（direct torque control,DTC）策略．用MC替换常规交—直—交变换器,以提高系统输入侧功率因数（power factor,PF）;用ADRC替换常规电机调速系统中的PI速度调节器,以提高系统的鲁棒性．首先,建立MC驱动PMSM系统的数学模型,并给出ADRC速度调节器和MC驱动PMSM的DTC设计思路和方法．基于ADRC的DTC策略能够使MC驱动的PMSM系统稳定运行,具有较好的转速和转矩控制效果,且输入侧PF能够达到1．然后,将其与基于PI的DTC策略相比较,该策略具有更强的抗负载干扰能力和跟踪给定转速变化的能力．最后,通过仿真实验验证该方法的正确性和有效性.     

感应电机直接转矩控制三种方案的比较

在交流传动中,直接转矩控制(DTC)以能产生快速的鲁棒响应而著称,但低速时转矩和电流的脉动很大,影响了系统的性能.为解决这些缺陷,学者们提出了基于空间矢量调制的DTC控制策略.分析了基本直接转矩控制(Basic DTC)、基于离散空间矢量调制的直接转矩控制(DSVM-DTC)和基于空间矢量调制的直接转矩控制(SVM-DTC)三种控制策略,并比较了它们的稳态和动态性能.Basic DTC 的控制结构简单,易于实现,但低速时转矩和电流的脉动大.DSVM-DTC采用较多的电压空间矢量,明显的改善了转矩和电流波动(特别在低速时).SVM-DTC的性能最好,开关频率恒定,但它的结构较为复杂且依赖电机参数.仿真结果验证了文章分析的正确性.     

不确定性直接转矩控制系统

在异步电动机直接转矩控制系统中，由于定子电阻变化及负载扰动的不确定性，导致定子磁链、转子转速和电磁转矩估计不准确，从而影响系统的调速性能.本文基于扩展Kalman 滤波器，引进虚拟噪声补偿技术，然后采用sage 和Husa 噪声统计估值器，构成鲁棒扩展Kalman 滤波器.并将定子电流，定子磁链，转子转速，定子电阻及负载作为状态变量，基于鲁棒扩展Kalman 滤波器进行了大量实验研究.实验结果证实：状态变量能够准确估计，且转矩脉动优于常规的直接转矩控制方案，实现了高性能无速度传感器的直接转矩控制系统.     

基于切换系统理论的异步电机最优直接转矩控制

提出一种系统建模和控制策略来实现两电平异步电机最优直接转矩控制来改善传统直接转矩控制存在的磁链和转矩脉动较大的问题。首先,基于切换系统理论建立两电平异步电机传动系统模型,然后在切换模型基础上,建立一个约束条件的有限时间最优控制目标函数,并利用滚动优化策略求解目标函数来实现最优直接转矩控制。仿真结果表明,该方法能够有效减少磁链和转矩脉动,降低逆变器开关频率,具有良好的动、静态性能。     

基于SVM-DTC的测试分拣机下压机构电机力矩控制

针对国内传统旋转式集成电路分拣机下压机构在运行测试时,集成电路与测试簧片不能保持稳定接触力的问题,采用直接转矩控制对下压机构进行控制.设计了基于电压空间矢量调制策略的永磁同步电动机直接转矩控制方案,用PI调节器以及电压空间矢量策略代替传统直接转矩控制系统中的滞环控制器和开关表.通过仿真验证表明,相比于传统的直接转矩控制,采用空间矢量调制策略的直接转矩控制,磁链波形得到改善,同时减小了脉动,使系统具有良好的动、静态性能,且集成电路芯片与测试簧片接触力满足测试要求.