基于SOGI和FLL的感应电机磁链观测器设计

准确的磁链估计是实现高性能感应电机驱动的重要环节。设计了一种基于二阶广义积分器(SOGI)和锁频环(FLL)的新型磁链观测器以获取较好的磁链预测效果。不同于纯积分器和低通滤波器SOGI用于对电机反电动势积分,它可以避免由初始条件或直流偏置引起的饱和。新型磁链估计器不需要额外的幅值和相角补偿,并在采用多个SOGI和FLL配置后显著提高了电机低速下的磁链估计性能。最后,通过实验对磁链观测器的效果进行了验证。     

基于SOGI_FLL的同步角频率估计方法在PMSM的应用

传统电压模型磁链观测器中引入滤波器会带来相位和幅值误差问题,通过对滤波器的截止频率进行动态调整来解决,截止频率动态调整会用到永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的同步角频率,因此需要准确估测PMSM的同步角频率。使用二阶广义积分器锁频环对PMSM的同步角频率进行观测。首先详细地分析了锁频环的工作原理,然后进行仿真检验,再把具备频率幅值自动适应二阶广义积分器锁频环所观测得到的同步角频率用于磁链观测器中,最后在MATLAB/Simulink软件仿真系统中搭建了PMSM的直接转矩控制模型,通过仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于改进磁链观测法的PMSM无位置传感器控制

基于磁链观测法进行永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制时,易出现漂移问题。为了致力于解决磁链观测法的不足,文中首先对磁链观测器进行了改进设计,在分析电机参数对位置估计精度影响的基础上,建议了一种对转子位置误差进行稳态补偿方法,以期实现稳态时转子位置估计具有对电机参数变化不敏感的优点;同时为了避免位置信号的直接微分,采用锁相环(PLL)来估计转子转速。最后,通过无位置传感器PMSM矢量控制系统的仿真来证实该方案的合理可行性。     

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。     

基于扰动补偿磁链观测器的永磁同步直线电机无位置传感器控制

为了提升永磁同步直线电机无位置传感器控制性能,研究了一种基于扰动补偿磁链观测器的无位置传感器控制方法。该方法将陷波滤波器看作扰动观测器并且结合反馈控制器,计算简单,容易实现。观测器中的参数调试也不复杂,对直流偏置和谐波扰动有着比较好的抑制作用,相当于克服了传统磁链观测器最主要的局限性。此外,研究的观测器不会带来磁链幅值和相位的误差。利用锁相环估计位置和速度,进一步提高观测器观测精度。实验证明扰动补偿磁链观测器能够有效减小直线电机运行过程中的动子磁链的估计误差,从而提高动子的位置和速度的估计精度。     

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

传统采用滤波器代替纯积分的方案虽可解决电压模型磁链观测器的积分环节存在的积分漂移问题,但引入了幅相误差,一般通过增加动态补偿环节或者通过动态调节滤波器的截止频率来消除,两类方法均需用到异步电机同步角频率。本文提出使用二阶广义积分器-锁频环(Second Order Generalized Integrator-Frequency Locked Loop,SOGI-FLL)估计异步电机同步角频率的方法,并对其频率响应性能进行理论分析和仿真验证。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,将SOGI-FLL估计出的同步角频率用于磁链观测算法中,实验结果验证了所提方案的有效性。     

基于定子磁链间接计算的内置式永磁同步电机无位置传感器鲁棒性提升控制

提出一种适用于高铁牵引系统优化同步调制区的内置式永磁同步电机无位置传感器控制策略。基于磁链间接计算法,对交直轴电流进行估计并用给定磁链代替估计值,降低了对估计磁链幅值的依赖性。在此基础上,考虑到电机参数变化对转子位置估计性能和系统鲁棒性的影响,基于d轴电流和电压误差,实时计算永磁体磁链和交轴电感偏差系数,并实时对改进后间接磁链法中的定子磁链计算、交直轴电流估计和负载角估计环节进行参数修正,从而提高参数变化下的转子位置估计精度。基于此构建RTLAB硬件在环的IPMSM矢量控制系统,实验结果表明：改进后的间接磁链计算法能够有效降低优化同步调制下的转子位置估计误差,增强系统鲁棒性。     

永磁同步电机新型无传感器控制方法

为了提高永磁同步电机直接转矩控制系统抗干扰性,解决传统直接转矩控制中系统脉动大的问题,分析了永磁同步电机的数学模型,并设计了抗干扰性较强的定子磁链观测器。通过测量定子电压和电流,采用扩展卡尔曼滤波技术,估计转子位置和定子磁链,并提出扩展卡尔曼滤波中协方差矩阵参数的设计方案。最后,对该方法进行仿真和实验。结果表明,卡尔曼滤波观测器在准确估计转子位置和定子磁链的同时,能有效降低系统脉动。     

基于锁频环前馈的PMSM位置估计误差抑制

基于滑模观测器与锁相环(PLL)的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制系统,其矢量控制性能与转子位置的精度密切相关。针对传统PLL在斜坡加减速过程中存在位置估计稳态误差的问题,提出一种基于锁频环的前馈锁相环(FLL-FPLL)。通过在复系数滤波器的基础上构造锁频环(FLL),实现复系数滤波器中心频率的自适应调节,并将FLL的估计角速度引入PLL,提高位置估计精度。理论分析与实验结果表明:所提出的FLL-FPLL能够有效抑制斜坡加减速过程中的位置估计稳态误差,提高PMSM无位置传感器控制性能。     

基于单观测器误差信息融合的永磁电机无传感器复合控制策略

针对无位置传感器内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous machine,IPMSM)全速域运行,传统的基于转速或位置信息融合的复合控制方法运算复杂度高、实现较为困难的缺点,该文提出一种基于标幺化位置误差信息融合的单Luenberger位置观测器复合控制方法。低速(零速)域和中高速域分别采用方波电压注入法和反电动势模型法获得标幺化位置误差信号;过渡区域通过速度信息对标幺化位置误差信号进行加权融合,采用单Luenberger位置观测器实现转子位置、转速实时观测。该复合控制方法能够实现IPMSM无位置传感器控制全速域运行,有效降低运算复杂度和观测器设计难度,算法实现较为简单。最后,通过2.2k W IPMSM无位置传感器矢量控制系统验证了所提出复合控制方法的有效性和实用性。     

基于改进磁链观测器的PMSM转子位置估计方法

针对传统永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制系统低速运行磁链观测不精确、转子位置估计存在相位延迟等问题,设计了适用于全速度域的磁链观测器,并利用锁相环(PLL)技术改进了传统转子位置估计方法。提出了基于PI控制器的多模型组合磁链观测器,实现了电阻在线估计和直流偏移补偿;利用锁相环技术设计了基于复变陷波器的转子位置估计结构;最后,通过仿真和实验证明了提出的新型PLL结构能够有效地滤除观测反电势中的谐波成分,提高了转子位置估计精度。     

基于转子磁链模型的永磁同步电机转子位置估计策略

提出一种基于改进滑模观测器(SMO)和正切函数锁相环(PLL)结构的永磁同步电机无位置传感器转子位置估计策略。改进滑模观测器采用与电机转子电角速度相关的自适应反馈增益,引入幅值恒定的磁链分量计算电机转子位置,避免电机转速大小变化影响转子位置估计精度。为避免电机正、反向旋转切换导致的位置估计误差,建立了基于正切函数的锁相环结构,使得系统在各个平衡点均渐近稳定。与传统基于反电动势的位置估计策略相比,该文所提位置估计策略能够有效克服低转速工况下位置估计不准确以及转向突变导致的位置估计误差增大问题。最后将该文所提位置估计策略与传统基于反电动势的位置估计策略进行对比实验,实验结果验证了该文策略的有效性和实用性。     

采用扩展卡尔曼滤波磁链观测器的永磁同步电机直接转矩控制

提出利用卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)观测器对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)直接转矩控制(direct torque control,DTC)系统进行精确参数估计的方法。通过检测定子电压和电流,应用EKF观测器精确估计电机的定子磁链、电机转速和转子位置,间接估计转矩,近而实现PMSM的无速度传感器控制;同时改进常规的EKF估计状态方程,提高速度估计的精确性,并证明了基于EKF的控制系统的稳定性定理。仿真结果表明该方法减小了系统的非线性、参数变化以及干扰带来的影响,EKF能够准确估计状态变量,提高了直接转矩控制的性能。     

带零漂补偿和定子电阻自校正的磁链观测器

电压型磁链观测器的应用中,存在电动势零漂和定子电阻参数变化的问题,为此设计了一种自校正电压型磁链观测器.根据电动势零漂和定子电阻参数变化对磁链观测结果影响方式的不同,分别设计了电动势零漂估计器和定子电阻误差估计器,可以根据定子磁链计算值和定子电流进行零漂和电阻误差在线估计,并对相应变量进行校正.经过校正后,能够完全消除观测结果中的直流分量,并且保证磁链幅值、相角的准确性.观测器的效果通过Matlab/Simulink仿真和试验台实验进行了验证.仿真和实验结果表明了该磁链观测器的合理性和有效性.     

一种用于无速度传感器异步电机控制的自适应滑模观测器

研究了一种用于异步电机控制的自适应滑模观测器。该观测器由两个滑模电流观测器、转子磁链观测器和速度估计部分组成。转子磁链观测器以两个电流观测器和速度观测器的输出作为输入,估计转速反馈到第二个电流观测器和转子磁链观测器。采用Lyapunov理论和Popov超稳定性理论对该方法的稳定性进行验证。该观测器具有设计新颖、对参数变化具有很强的鲁棒性等特点。通过Simulink仿真验证了该观测器的有效性。     

基于DSOGI-FLL的MMC-HVDC故障控制策略研究

在MMC-HVDC输电系统的交流侧发生不对称短路故障时,系统的电流和有功功率出现二倍频振荡。采用基于锁频环的双二阶广义积分器(DSOGI-FLL)对换流站的正、负序虚拟磁链进行估算。利用虚拟磁链来计算内环控制器的电流给定值,不仅能够抑制故障时流向换流器的有功功率二倍频振荡,而且能够有效抑制故障过电流。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型并进行了必要的实验验证,结果表明此策略能有效抑制故障过电流及有功功率的二倍频振荡,提高了系统的运行稳定性。     

基于二阶滑模观测器的感应电机转子磁链观测

实现矢量控制的基础是准确获得转速和转子磁链信息,本文提出了一种基于二阶滑模观测器的转子磁链观测方法。将构造的滑模观测器作为模型参考自适应系统(MRAS)的参考模型,将磁链的电流模型改造为该中间变量的可调模型,且其可调量为转速变量,进而构造出MRAS,实现对转速的观测。在此基础上,完成转子磁链的计算,并得到转子磁链角度,实现基于直接磁场定向的感应电机矢量控制。中间量的构造有效避免了传统MRAS中的纯积分问题,便于算法的实施;二阶滑模观测器有效地削弱了一阶滑模观测器存在的抖振扰动,并且参数具有较强的鲁棒性。仿真结果表明该转子磁链观测器具有较高的观测精度,且对外部扰动和转子电阻变化具有较强的鲁棒性,提高了系统的动稳态性能。     

直接转矩控制永磁同步发电机相位自校正型定子磁链观测器

直接转矩控制永磁同步发电具有电磁转矩和直流电压输出动态响应快等优点,但这些优点的实现需要准确的定子磁链。实际发电机参数在一定范围内随工作点变化而变化,这就要求定子磁链观测器对这些参数变化具有很强的鲁棒抑制特性。该文提出一种新型定子磁链观测器,该观测器借助有效磁链概念计算出转子磁极位置角观测值,基于此将定子磁链电压模型和电流模型联系起来,无需转子速度信息;为了进一步降低观测的定子磁链相位误差,将观测的定子电流矢量与实际定子电流矢量乘积结果送给PI调节器,利用PI输出值对转子位置角观测值进行校正。实验结果表明,采用该文提出的定子磁链观测器在无需转子速度及参数辨识情况下,对电机参数变化及模拟量采样误差具有很强的鲁棒抑制特性,可以获得准确的磁链观测值,实现电磁转矩和直流发电电压的快速而平稳控制。     

感应电机直接转矩控制系统的新型滑模定子磁链观测器

为提高定子磁链的估计精度,改善直接转矩控制驱动系统的性能,提出了一种新型定子磁链滑模观测器。采用Lyapunov稳定性理论证明了观测器是稳定的。该观测器的实现无需电压信息,对电机参数变化具有强鲁棒性,即使在电机低速运行区依然能够提供精确的磁链估计值。仿真结果验证了基于该观测器的感应电机直接转矩控制系统具有优良性能。     

一种用于无速度传感器异步电机控制的自适应滑模观测器

研究了一种用于异步电机控制的白适应滑模观测器。该观测器由两个滑模电流观测器、转子磁链观测器和速度估计部分组成。转子磁链观测器以两个电流观测器和速度观测器的输出作为输入,估计转速反馈到第二个电流观测器和转子磁链观测器。采用Lyapunov理论和Popov超稳定性理论对该方法的稳定性进行验证。该观测器具有设计新颖、对参数变化具有很强的鲁棒性等特点。通过Simulink仿真验证了该观测器的有效性。