基于扰动观测器的永磁同步电机电流谐波抑制方法*

在永磁同步电机控制系统中,dq轴电流通常存在多种谐波干扰,例如逆变器死区时间、电机本体磁场分布谐波、电流采样误差等都会引起电流产生谐波。为此提出一种扰动观测器,根据电机dq轴电压方程,观测电压扰动项,并对其补偿,以抑制各类电流谐波。通过对提出的扰动观测器的分析,说明了该方法电流谐波抑制机理,同时也给出了观测器的参数选取和稳定性证明。研究结果表明加入扰动观测器后,A相电流的5次、7次谐波及THD较没加入扰动观测器分别减小了68%、80%和30%,验证了所提扰动观测器的电流谐波抑制效果。     

基于扰动观测器和重复控制的转速脉动抑制

永磁同步电机矢量控制系统由于存在逆变器死区和电流测量误差和其它一些非理想因素,导致电机转速产生脉动.提出一种扰动观测器和重复控制器相结合的方法对逆变器死区和电流测量误差导致的转速脉动加以抑制.在电流环利用扰动观测器对死区补偿时间进行在线识别,再利用识别出的死区补偿时间动态调整补偿电压,克服了由IGBT开关时间随负载变化...     

IPMSM控制系统逆变器死区效应分析与在线补偿

为解决矢量控制凸极永磁同步电机系统低速和轻载时,电压源逆变器死区效应导致相电压和相电流低频谐波,零电流钳位效应以及转矩脉动等问题,在详细分析了死区效应的基础上,提出了基于双扰动观测器的在线死区补偿方法。该方法是在转子旋转坐标系下用双扰动观测器观测出扰动电压,将其前馈给指令电压进行补偿,且无需知道死区时间、功率器件开关延迟时间及导通管压降等。实验结果表明该方法能明显抑制电流低频谐波,削弱死区效应,提高系统低速轻载运行性能。     

基于扰动观测器的永磁同步电机预测电流控制

基于面贴式永磁同步电机(SMPMSM)离散数学模型,提出一种无差拍预测电流控制方法。为补偿模型误差以及电压型逆变器死区时间对电流控制精度的影响,设计两个并行的扰动观测器来实时估计模型不确定项及由死区时间和逆变器非线性所引起的扰动电压,并证明了其稳定性。实验结果表明,基于预测电流控制算法的电流环具有良好的动态性能,观测器通过补偿参数摄动及死区时间的影响,使算法具有很好的鲁棒性并抵制了电流谐波分量。     

永磁同步电机自适应鲁棒电流预测控制

针对传统永磁同步电机电流预测控制易受电机内部参数摄动影响的问题,研究一种考虑电机内部参数摄动的自适应鲁棒电流预测控制算法。基于Lyapunov稳定性判据,设计自适应扰动观测器在线观测d,q轴系统扰动,用以实时补偿电流预测控制器的输出电压,校正系统扰动引起的模型失配,提高电流预测控制的抗参数摄动性能。实验给定永磁同步电机定子电阻、电感以及转子磁链三种参数摄动情况,结果验证了该自适应鲁棒电流预测控制算法的优良性能。     

考虑死区补偿的永磁同步电机在线参数辨识

针对永磁同步电机控制过程中参数失配问题,深入分析了永磁同步电机的数学模型,设计了基于模型参考自适应系统(MRAS)的参数在线辨识方法。为避免辨识过程中逆变器死区效应的影响,提出一种基于电压模型线性补偿的死区补偿方法,通过分析逆变器插入死区后的电压模型计算出死区压降,将死区压降补偿到MRAS参考模型及自适应律中以提高辨识算法的稳定性和准确性。通过仿真证明了参数在线辨识方法和死区补偿方法的有效性。     

基于自适应全阶观测器的永磁同步电机参数辨识策略

永磁同步电机的很多高性能控制策略,如无位置传感器控制和模型预测控制,为达到理想的控制性能,都需要使用在线参数辨识来实时获取电机参数。当前的在线参数辨识方法都是基于电机电压方程,也需要实时采样电机电压和电流。因此,逆变器的死区效应和电流采样低通滤波器对电压和电流的负面影响将会降低参数辨识性能。为解决上述问题,本文提出了一种基于自适应全阶观测器的永磁同步电机参数辨识策略。首先,根据李雅普诺夫稳定性定理推导出电机参数观测器。之后,本文基于全阶观测器提出了一种自适应死区补偿策略消除死区效应。针对低通滤波器带来的电流采样延时,本文使用非线性跟踪微分器替代低通滤波器,在保证滤波效果的同时减小采样延时。实验结果验证了本文提出方法的有效性。     

一种新颖的电压源逆变器自适应死区补偿策略

为解决空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation,SVPWM）电压源逆变器低频和轻载时死区效应导致相电压和相电流畸变、零电流钳位效应等问题,分析死区效应和零电流钳位效应,提出一种新颖的自适应死区补偿策略。该策略无需电流极性检测,在同步旋转坐标系下,通过PI控制器调节扰动观测器观测出的q轴扰动电压,获得死区补偿时间;然后在传统SVPWM基础上,在每个脉宽调制周期内,根据两个非零空间电压矢量作用时间之比分配该死区补偿时间;最后用分配的补偿时间对这两个矢量作用时间分别进行补偿。实验结果表明,所提方法能明显地抑制电流低频谐波,有效地削弱零电流钳位现象,提高系统低速运行性能。     

一种永磁同步电机矢量控制SVPWM死区效应在线补偿方法

在电压源型逆变器驱动的永磁同步电机系统中,开关器件的死区效应会导致电机电流畸变,电机转矩波动和额外功率损耗。该文详细分析由死区效应所引起的开关管导通时间误差和电机相电压的误差,并结合永磁同步电机d轴电流给定为零的矢量控制算法,提出基于q轴电流误差的死区时间在线补偿算法,所提算法无需电机和逆变器的精确模型,且未增加硬件电路。此外,将dq旋转坐标系下的参考电流变换到三相静止坐标系,利用参考电流可准确判定电流方向,解决了电流过零点附近方向不易判断的问题。最后,对传统死区补偿算法与所提出的在线补偿算法进行对比实验研究,实验结果验证了所提死区补偿策略能够较好地解决死区效应所引起的电流畸变问题。     

基于新型电压控制律的永磁同步电机滑模补偿控制

针对永磁同步电机转矩闭环控制系统中动态耦合项和反电动势项引发弱动态性能的问题,提出一种基于新型电压控制律的永磁同步电机滑模补偿控制方法。首先,基于永磁同步电机模型建立新型电压控制律,保证转矩闭环控制系统的稳定性。其次,利用速度估值与滑模面的函数关系,设计自适应速度观测器,对d、q轴耦合项和反电动势项进行补偿,同时实现系统的速度闭环控制。在此基础上,引入含sigmoid非线性光滑函数的滑模面,构造滑模补偿控制策略,实现控制律在整个运动过程中对参数摄动和外扰动的鲁棒性。最后,搭建Matlab/Simulink仿真模型和由TMS320F28335控制的400 W永磁同步电机的实验平台。仿真和实验结果表明所提控制方法具有转矩和电流波动小、响应快和鲁棒性强的特性。     

基于扩张状态观测器的牵引逆变器中点平衡控制策略

针对中点箝位型三电平牵引逆变器由于自身拓扑主电路结构而存在的中点电位不平衡问题,对其中点电位平衡的优化控制策略进行了研究。在三电平逆变器旋转坐标系电压电流双闭环控制的基础上,提出了一种基于扩张状态观测器的三电平逆变器中点电位平衡控制策略。基于等效电路模型建立中点电位的一阶数学模型,采用二阶非线性扩张状态观测器实现中点电位扰动的实时估计,之后利用PI控制器实现中点电位波动的补偿,对逆变器电压外环控制策略进行了优化,最后在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真建模。仿真结果表明优化控制策略具有较好的中点电位平衡能力。     

一种新颖的在线自校正死区补偿策略

为解决正弦脉宽调制(SPWM)电压源逆变器在低频和轻载时死区效应所导致的相电压、相电流畸变和转矩脉动等问题,提出了一种新颖的在线自校正死区补偿策略。该策略考虑了死区时间、功率器件管压降、开通时间、关断时间等对逆变器输出电流的影响,而且对直流母线电压和载波频率的波动进行了自校正在线计算补偿。最后,对输出电流进行了死区补偿前和补偿后的对比试验,结果表明该方法具有较好的补偿效果。     

永磁电机参数在线辨识及逆变器非线性补偿

针对电压源型逆变器的死区时间、动作时间、导通压降等非线性因素造成的永磁同步电机参数在线辨识误差,提出一种针对死区时间非线性因素的逆变器补偿方案,以及考虑导通压降的参数辨识优化方案。推导了电压源型逆变器非线性因素的模型与补偿策略,设置补偿时间补偿由死区时间、动作时间导致的电压误差;考虑到电压源型逆变器有源器件与二极管存在的导通电压与电流之间的线性关系,明确等效电阻问题,并分析其对参数辨识结果的影响;研究基于双稳态恒转矩算法的永磁同步电机在线辨识模型,验证算法辨识结果的高准确性,借此设计出等效电阻的计算方案。最后,对所提出的方法进行了实验验证。     

一种新型的矢量控制逆变器死区时间补偿

提出一种新型的基于两自由度内模电流控制死区时间补偿方案.首先,将逆变器死区时间引起的误差电压看成扰动,在s域中建立逆变器模型和电机动态逆电流模型.然后通过幅值和相位裕度来设计两自由度控制器.该方法没有增加硬件,因此具有结构简单,易于实现的特点.将该方法应用于矢量控制系统中,并搭建了仿真模型.仿真结果表明:所提出的两自由度内模控制器能对死区时间引起的误差电压进行补偿,进而消除了电流畸变.     

坦克炮控系统直传式驱动及其死区补偿控制

针对一种基于座圈电机的直传式炮控系统中SVPWM调制死区导致逆变器输出电压发生畸变,从而引起电流和转矩波动,影响系统低速平稳性的问题,首先分析了座圈电机的设计与控制模型;然后从分析逆变器单相桥臂死区原理入手,讨论了电压矢量空间中驱动死区效应及其与三相电流方向的关系,并据此建立了死区效应的等效电压扰动形式;在此基础上提出了基于自抗扰技术的死区补偿控制策略。仿真与试验表明,该方法能够很好的抑制死区影响,有效减小电流和转矩波动,同时其算法简洁,易于工程实现。     

计及系统性能提升的谐振式无线充电开关器件死区优化

针对双边LCC谐振式无线充电的逆变器金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)死区时间设置影响传输功率及效率的问题,提出了一种适用于其拓扑结构的死区优化设计方法。首先建立了双边LCC谐振式无线充电系统的数学描述,并简述其运行模态,推导出次级侧补偿电容与输入感性阻抗的量化规律。然后据此提出了一种死区时间优化设计方法,以实现与无线充电系统特性密切相关的逆变器软开关。最后,搭建了一套实验平台,实验结果表明,此优化设计方法可确保逆变器运行完全实现软开关,提高了无线电能传输功率及效率。     

一种新的基于SVPWM策略的死区补偿方法

在基于SVPWM的电压源逆变器中死区时间的插入是必不可少的.这将导致电压和电流的畸变,也就是所谓的死区效应.对这一问题提出了许多不同的补偿方法.在传统的平均死区电压补偿方法基础上提出了一种新的改进方法,在运行速度很低时该方法比传统的方法有更小的电压和电流畸变,而且由软件实现,不需要增加额外的硬件.仿真试验结果证实了该方法的有效性.     

无电压传感器逆变器开路故障诊断方法

为了提高永磁同步电机(PMSM)控制系统的可靠性,提出一种基于二阶滑模电压观测器和混合逻辑动态模型(MLD)的无电压传感器逆变器开路故障诊断方法。首先构建正常工作与故障状态下电压源逆变器的混合逻辑动态模型,并对两种状态下电机电压的残差进行分析。通过提取电压残差中所包含的故障信息,实现了逆变器开路故障的诊断与定位。同时,提出一种二阶滑模电压观测器对电机电压进行实时估计,避免电压传感器所带来的增加系统复杂性与成本的问题,减少系统潜在故障源。最后,通过实验验证了该方法的有效性。     

基于非线性ESO的风电并网逆变器改进自抗扰控制

针对永磁直驱风电系统并网逆变器中传统双闭环PI控制策略抗扰性能和控制精度不足的问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器(NLESO)的改进型自抗扰控制(ADRC)技术用以提高直流母线电压的控制性能。通过将线性扩张状态观测器(LESO)中的误差增益矩阵变为随时间变化的非线性函数对传统LADRC进行了改进,提高了LESO的动态扰动观测性能,从而增强系统对集总扰动的补偿抑制能力,并对其进行稳定性证明。最后通过仿真对比分析改进NLADRC和传统LADRC控制下并网点电压和逆变器直流侧电压波形,验证了改进NLADRC的正确性和可行性。