补偿双馈风电机组电磁转矩-转速闭环相位滞后特性的传动轴系统阻尼控制

准确地获取双馈风电机组闭环控制回路的相位特性并对其进行合适的相位补偿是设计传动轴系统阻尼控制器的关键,为此,推导了定子磁链定向坐标系下双馈风电机组闭环系统电磁转矩-电机转速的微增量表达式,建立了阻尼转矩系数与有功控制策略、机组运行状态和控制系统参数之间的联系,据此设计了含相位补偿环节的基于电机转速信号的扭转振荡阻尼控制器,并从阻尼转矩系数分析、根轨迹分析和时域仿真3个角度验证了该控制器在不同运行状态下的有效性和鲁棒性.结果表明,在相同增益下,补偿控制系统相位滞后特性的阻尼控制比无相位补偿阻尼控制更能有效地提高扭转振荡阻尼以及降低对轴系的暂态转矩冲击.     

变速风力发电机组的变桨控制及载荷优化

针对额定风速以上,如何抑制变速风力发电机组因反馈信号滞后引起的输出功率波动以及机组载荷等控制技术问题进行研究。在研究了传统变桨控制的基础上,提出基于风扰动的前馈补偿控制与传统PID反馈信号相结合的变桨控制策略。通过MATLAB环境下进行仿真研究,结果表明:桨控制策略能够快速使风力机的输出转矩保持在额定转矩附近,减小风机转速波动以及风电机组传动链扭振,从而降低风电机组承受的气动载荷使得系统运行更加平稳。     

大转动惯量风电机组变桨控制技术研究

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,风速变化时机组转速变化较为滞后,使得以转速反馈的变桨控制不够及时,导致高风速段的功率输出波动较大。为了减小风电机组在高风速下输出功率波动,快速稳定转速,在对桨距角变化下的转速特性与气动转矩特性建模和研究的基础上,提出了基于转矩反馈的自抗扰变桨控制策略。设计了线性自抗扰变桨控制器,实时估算机组的气动转矩,利用基于转矩反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并对扰动进行补偿。对基于转矩反馈的线性自抗扰变桨控制进行仿真,结果表明,与基于转速反馈的自抗扰变桨控制相比,基于转矩反馈的自抗扰变桨控制在风速变化时的功率与发电机转速波动更小,调节时间更短,采用线性自抗扰控制器对风力发电机参数依赖较小,在保证控制效果的同时降低了参数整定的难度,有较高的工程实用价值。     

双馈风电机组传动系统扭振抑制自抗扰控制

扭振是造成风电机组传动系统零部件疲劳损伤的主要原因之一。为了通过控制减小风电机组传动系统疲劳载荷,本文在分析风电机组传动系统中非线性不确定因素作用的基础上,设计了一种扭振抑制自抗扰控制器。该控制器将传动系统中的非线性不确定因素作用和外界扰动归结为系统总扰动,通过扩张状态观测器进行实时估计,并在发电机转矩控制中给予补偿,增强了控制器的适应性和鲁棒性。以3MW双馈风电机组为控制对象的试验结果表明,该控制器可以在不影响机组发电量的前提下抑制传动系统扭振,明显减小齿轮箱的转矩波动,从而减轻扭转载荷对主要零部件的疲劳损伤。     

大转动惯量风电机组变桨控制技术研究

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,风速变化时机组转速变化较为滞后,使得以转速反馈的变桨控制不够及时,导致高风速段的功率输出波动较大。为了减小风电机组在高风速下输出功率波动,快速稳定转速,在对桨距角变化下的转速特性与气动转矩特性建模和研究的基础上,提出了基于转矩反馈的自抗扰变桨控制策略。设计了线性自抗扰变桨控制器,实时估算机组的气动转矩,利用基于转矩反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并对扰动进行补偿。对基于转矩反馈的线性自抗扰变桨控制进行仿真,结果表明,与基于转速反馈的自抗扰变桨控制相比,基于转矩反馈的自抗扰变桨控制在风速变化时的功率与发电机转速波动更小,调节时间更短,采用线性自抗扰控制器对风力发电机参数依赖较小,在保证控制效果的同时降低了参数整定的难度,有较高的工程实用价值。     

弱电网下功率同步构网型DFIG的阻尼分析及转矩振荡抑制

随着风电占比的不断增加,功率同步构网型双馈风电机组(PS-DFIG)接入弱电网下的稳定性问题受到广泛关注。相比于锁相同步跟网型控制下的功率响应特性,基于构网型控制结构的PS-DFIG中有功环与转速环交互影响更容易引发转矩产生低频振荡。为此,文中首先建立了PSDFIG系统的有功功率与发电机转速的小信号模型,分析了有功功率与转速响应的耦合特性,在此基础上借助电气阻尼分析方法研究了PS-DFIG系统环路特性对传动链低频振荡的影响。然后,基于多环路带宽设计准则,在有功环中引入微分前馈方法提高有功功率带宽,同时在转速环输出中附加转矩补偿,改善了电磁转矩的电气阻尼特性,提升了功率环参数的鲁棒性,有效降低了PS-DFIG系统传动链低频振荡的风险。最后,在RT-LAB的硬件在环平台进行了实验验证。     

永磁同步电机单闭环自抗扰控制策略研究

针对传统永磁同步电机的控制驱动系统转矩脉动大、参数整定困难、鲁棒性差等缺点,提出一种基于自抗扰控制器转速单闭环直接转矩控制系统,将自抗扰控制器的输出直接作为系统期望转矩角正弦值,简化了系统结构,提高了系统的鲁棒性,设计编排了空间电压矢量调制算法流程,减小电机输出的转矩脉动,通过对比仿真实验证明了设计方法的合理性和有效性。     

抑制电压波动的风电机组自抗扰控制仿真研究

由于风具有随机性和间歇性等特点,风力机的输出功率变化很大.而风力发电引起电压波动和闪变的根本原因是并网风电机组输出功率的波动.为提高风电机组控制系统的鲁棒性,本文将自抗扰控制技术(ADRC)引入到风电机组转矩控制中,将转矩尖波信号归到未知扰动中,在风速突变的情况下保持输出转矩稳定.采用非线性状态误差反馈控制率(NLSE...     

基于轴转矩扰动观测器的伺服系统扭振抑制研究

针对伺服电机驱动系统中由于弹性连接装置而引发的扭振现象,该文提出一种基于轴转矩扰动观测器的抑制策略,并给出了其结构参数设计方法和鲁棒性的证明。首先在双质量弹性系统模型的基础上,利用传统扰动观测器得到轴转矩观测量,并提出加入高通滤波器消除轴转矩观测量的直流分量,得到扭振频率分量,对电磁转矩进行反馈补偿,从而增大了系统阻尼,同时系统动态性能得以改善。在该抑制机理的基础上,根据转速增量和转矩增量的相位关系图,得出该轴转矩扰动观测器带宽取值范围与扭振频率和负载侧-电机侧惯量比的定量关系,并由此证明了轴转矩扰动观测器对负载惯量变化的鲁棒性,并给出了反馈系数的选取范围。仿真与实验研究表明该文提出的抑制策略能有效抑制扭振,并对负载惯量变化具有强鲁棒性。     

无刷直流电机滑模变结构电流控制

为提高无刷直流电机控制的鲁棒性及抑制换相转矩波动,在PWM-ON调制基础上,以保证非换相相电流恒定为控制目标,将换相引起的转矩波动作为系统扰动,设计了滑模变结构电流控制器。利用其响应快速、对扰动不敏感特性来抑制内外干扰的影响,并进行了鲁棒性证明和转矩波动减小分析。仿真与实验表明,所提出的变结构控制策略鲁棒性好,能有效减小换相转矩波动,是无刷直流电机控制中一种新颖的改进控制方式。     

永磁同步电动机直接转矩控制系统的研制

对永磁同步电动机直接转矩控制运行机理进行了研究。在此基础上开发了一套基于TMS320LF2407的永磁同步电动机直接转矩控制交流调速系统。实验验证了该策略可用于永磁同步电动机控制,实验还表明永磁同步电动机直接转矩控制具有优良的转矩快速动态响应特性和对系统参数摄动、外干扰具有很强的鲁棒性等优点。实验系统安全可靠运行表明该调速系统具有优良的故障检测和保护功能,硬件设计思想合理。     

变速变桨距风电系统的功率水平控制

为实现风电系统的功率水平控制,该文基于奇异摄动理论和逆系统方法设计了一种非线性桨距角鲁棒控制器。该控制器由逆系统标称部分和鲁棒补偿部分组成,逆系统标称控制器可以使非仿射型非线性标称风机模型的输入-输出动态跟踪其参考模型动态;鲁棒补偿输入可以消除参数不确定性、风速检测误差和发电机转矩扰动对系统输出功率的影响。理论分析和仿真实验证明了该控制器的稳定性,结果表明,该控制器可以在风速波动时有效控制风电系统的输出功率水平,并且对参数化和非参数化扰动具有较强的鲁棒性。     

基于super-twisting滑模的永磁同步电机转矩环控制器设计

针对永磁同步电机的直接转矩控制系统中因扰动引起转矩脉动及系统鲁棒性差的问题,本文采用一种基于Super-twisting滑模的转矩环控制方法,设计转矩和磁链控制器。根据滑模变结构控制的特点来抑制系统中的扰动,进而减小转矩脉动并增加系统的鲁棒性;同时在分析Super-twisting滑模的基础上,将其中的开关函数用双曲正切函数替换,系统在高频运动下没有明显抖振,效果良好。与常规的滞缓控制相比,Super-twisting滑模控制的转矩脉动明显减少,且对电机的扰动具有更强的鲁棒性,仿真结果验证了该法的有效性。     

电动汽车调速系统加速度变结构鲁棒控制

针对电动汽车调速系统负载转矩的未知时变特性,设计了一种扰动观测器对负载转矩扰动进行观测及补偿。在此基础上,设计了滑模变结构控制器对预定的速度及加速度曲线进行跟踪控制,并利用其对扰动不敏感特性来抑制各种干扰的影响,以提高系统的鲁棒性和控制性能。仿真试验表明,所设计的控制器具有较高的速度、加速度跟踪精度和较好的动态性能,且对负载变化、参数摄动等内外扰动的鲁棒性较好,满足电动汽车调速系统的控制要求。     

基于转矩补偿的永磁同步电机自抗扰控制研究

电动汽车永磁同步电动机( PMSM) 驱动系统运行在复杂多变的工况下,存在负载转矩扰动的问题。为减小负载转矩扰动引起的转速脉动,提高电动汽车抗干扰能力,提出了基于转矩前馈补偿的自抗扰控制(ADRC)策略。该控制方法使用自抗扰控制技术设计了速度控制器能实时补偿系统的扰动;并通过设计降维负载观测器来实时观测电机负载转矩变化,并将观测值反馈到电流环中,对负载扰动进行前馈补偿,增加了系统的抗干扰能力,提高了系统的鲁棒性。仿真结果表明,该方法可以增强系统的鲁棒性,提高系统的抗扰动能力。     

混合式步进电动机伺服系统研究

对二相混合式步进电动机矢量控制进行了理论研究,解决不同于一般种类电机的特殊问题,建立考虑电机非线性并充分利用电磁转矩和磁阻转矩的矢量控制方法.在此基础上,设计并实现了基于神经网络的二相混合式步进电动机矢量控制位置伺服系统,克服电机参数时变对控制效果的影响,提高了系统鲁棒性,使系统具有较高的性能.     

滑模变结构控制在直接转矩控制中应用的研究

滑模变结构控制由于具有系统对外界干扰具有较强的鲁棒性,当到达滑模面后系统阶数降低,有利于简化控制等优点.对滑模直接转矩控制和滑模磁链观测器进行了研究.实验结果表明滑模变结构控制在直接转矩控制和磁链观测中具有较好的鲁棒性和动静态性能.     

机械耦合式压缩空气储能风电系统涡旋机切入控制

针对风能波动性和间歇性问题,提出了机械耦合式压缩空气储能风电系统。综合考虑过/欠压缩和摩擦对涡旋机性能影响,建立了涡旋机负载转矩平均模型,藉此构建了混合风电系统动态模型。鉴于模式切换极易导致机械冲击和风机工作点偏移等问题,采用Lyapunov理论给出涡旋机切入稳定判定条件;提出了基于涡旋机负载转矩补偿的发电机转矩协调控制策略;设计了风机转速跟踪和发电机转矩前馈补偿相结合的压缩储能优化控制器。基于1 kW风机试验平台验证了控制策略的有效性,风机转矩稳定,转速波动仅为25 r/min;而采用直接切入控制风机工作点偏移达100 r/min,转矩突变2.2 N·m。     

一种改进型异步电机直接转矩控制系统研究

在传统无速度传感器异步电机直接转矩控制系统基础之上进行了改进研究,将变结构控制和无速度传感器技术引入进来,设计电机定子磁链控制器和电磁转矩控制器,并应用Lyapunov第二方法推导出转子转速和定子电阻自适应辨识律.通过Matlab/Simulink的仿真,验证了改进后的系统比传统系统具有更好的动静态性能,并具有良好的鲁棒性.     

基于负载转矩观测的PMSM直接转矩反步控制

基于永磁同步电机数学模型,考虑永磁同步电机的非线性特性,提出了一种新颖的反步法控制策略设计转矩和磁链非线性控制器,使电机具有快速的速度和转矩响应性能,并且能有效减小转矩和电流脉动。针对负载转矩扰动的问题,设计了负载转矩Luenberger状态观测器以减小扰动对系统的影响,并采用线性矩阵不等式对反馈增益进行求解。通过仿真可以看出,所设计的控制器使系统具有良好的动静态特性,负载转矩观测器能准确估计负载变化,使系统对负载扰动具有较强的鲁棒性。