基于改进型有限控制集模型预测的永磁电机直接转矩控制

采用直接转矩控制的永磁同步电机驱动系统存在转矩脉动较大的问题。为了解决该问题,提出了一种基于改进型有限控制集预测的永磁电机直接转矩控制。新型控制策略结合使用了有限控制集模型预测控制和李亚普洛夫理论,以尽量减少转矩脉动。将两电平拓扑变频器的8个空间矢量作为一个有限控制集,用于控制永磁同步电机输出转矩,设计了一个综合考虑转矩误差、最大转矩电流比和电流限制的成本函数。和传统的有限控制集控制模型预测不同,新构建的成本函数采用了李亚普洛夫函数来估计每个电压空间矢量的占空比,同时引入了补偿实现了固定开关频率控制。最后通过对比试验验证了新型控制策略的有效性。     

改进型永磁同步电机有限控制集模型预测速度控制

永磁同步电机传统有限集模型预测速度控制策略中电压矢量方向固定，可选矢量范围具有一定局限性，输出电压的突然变化，会导致电流纹波较大。因此，提出了一种基于电压细分的有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)直接速度控制策略。所提策略在FCS-MPC方案中引入了一组具有可调振幅和可移动原点特征的有限电压细分矢量作为候选电压，同时为了获得更准确的电流预测，使用了双线性变换(即Tustin变换)积分近似。该控制器能够预测未来电流和速度，并使用脉宽调制输出最佳细分电压。采用两电平三相逆变器驱动的永磁同步电机进行仿真验证结果表明，与传统的FCS-MPC方案相比，所提策略有效地减小了电流纹波，拓宽了电压矢量选择的范围，同时提高了电机鲁棒性。     

基于滑模观测器的PMSM变结构直接转矩控制

本文设计了一种新型控制系统,该控制系统由滑模观测器、基于Super-twisting算法的二阶滑模速度、磁链和转矩控制器组成。利用给定电流和实际电流间的误差来设计滑模观测器(SMO),通过反正切函数对转子位置进行估计。本文通过Matlab软件建立三相永磁同步电机矢量控制模型,将无传感器控制及二阶滑模控制模型引入进行仿真验证,电机的速度及转矩波形更加稳定,转子位置可以得到有效观测。结果表明此控制系统较传统控制系统得出的效果更加优越。     

基于滑模观测器的永磁电机转速辨识方法研究

设计了一种新型的基于滑模速度磁链自适应观测器的永磁电机转速辨识矢量控制系统,在表贴式永磁电机d-q坐标模型的基础上设计滑模自适应状态观测器来估算电机转速,以电机本身作为参考模型,利用它与电流观测器的误差构造滑模超平面,得到电流观测器的收敛条件。运用Lyapunov稳定性理论,构造Lyapunov函数,推导出转子速度自适应辨识率与定子常数辨识率,将辨识速度作为反馈输入设计无速度传感器矢量控制系统,同时可克服电阻不确定性的影响。仿真结果表明,提出的速度辨识方法具有较强的鲁棒性和较高的动静态性能,证明了控制策略的正确性与有效性。     

无位置传感器永磁同步电机矢量控制系统的研究

在永磁同步电机矢量控制系统中,需要利用转子位置信息来实现转子磁场的定向控制。为了取消机械传感器,电机转子的速度和位置通过测量定子电流和电压来估计。基于滑模变结构理论,本文将滑模变结构控制应用于永磁同步电机控制系统。根据永磁同步电机的数学模型,设计了一个滑模变结构观测器,以估算电机的转子位置和速度,实现无传感器永磁同步电机的矢量控制。通过MATLAB建立了无传感器矢量控制系统的仿真模型,通过仿真验证了该方法的可行性和正确性,具有良好的性能。     

用于PMSM无位置传感器控制的改进滑模观测器的设计与仿真

根据永磁同步电机两相坐标系下的数学模型,建立一种以电流和反电动势为观测对象的四阶滑模观测器。根据定子电流误差构造滑模面,最终由改进的滑模观测器估算转子速度和位置,加以分析得到观测器的收敛条件及自适应律,证明了改进滑模观测器的稳定性。理论分析表明该方法的滑模观测器性能不依赖于电机参数等,具有较强的鲁棒性。同时对永磁同步电机系统进行了Matlab/Simulink仿真,仿真结果表明,该方法不依赖于电机参数,能够快速跟随速度的变化,实现对永磁同步电机的无位置传感器控制。     

一种永磁同步电机的有限集无模型容错预测控制算法

针对传统有限集模型预测控制在电机发生参数摄动和永磁体失磁故障时模型失配导致系统性能下降的问题,提出一种用于永磁同步电机(PMSM)电流控制的有限集无模型容错预测控制方法.首先,考虑电机参数不确定性,依据永磁同步电机在参数摄动下的dq轴数学模型,建立基于系统输入和输出的永磁同步电机新型超局部模型.其次,基于新型超局部模型设计PMSM电流环的有限集无模型容错预测控制器,利用滑模观测器估计PMSM新型超局部模型中未知部分h.最后,与传统有限集模型预测控制方法进行实验结果对比,证明了所提方法对电机参数摄动和永磁体失磁故障具有容错性和鲁棒性.     

永磁同步电机瞬时功率预测控制

在对永磁同步电机瞬时有功功率和瞬时无功功率研究基础上,分析矢量控制和直接转矩控制两种高性能控制思想,提出永磁同步电机瞬时功率预测控制策略。借鉴id=0的矢量控制解耦思想,利用坐标变换得到以定子磁链为基准的两相旋转坐标系上电机定子电流分量指令值。建立瞬时功率表达式并离散化,利用瞬时功率跟踪误差构造价值函数,以满足价值函数最小为目标计算下一时刻瞬时功率指令值。根据电机定子电流不能突变的思想获得开关电压矢量期望值,实现电机高性能控制。通过仿真及实验验证,结果显示瞬时功率预测控制策略下永磁同步电机定子电流具有较好的动静态特性,转矩和转速能实现快速跟踪,定子磁链脉动较小,最终表明永磁同步电机瞬时功率预测控制策略的有效性和可行性。     

一种基于自抗扰的永磁同步电机复合控制策略

为进一步提高永磁同步电机自抗扰控制器(ADRC)的调速控制性能,简化控制器参数整定的复杂程度,提出了一种复合ADRC控制策略。首先,速度环采用模糊参数整定的滑模自抗扰控制器,并分析了主要参数的整定方法。其次,设计了滑模转矩观测器,来估计实时的负载转矩。最后,设计电流环,采用有限集模型预测控制(FCS\|MPC),对三相两电平电压源型逆变器的8种开关序列遍历寻优,并抑制转矩的脉动。仿真结果表明：该复合控制策略能有效提高永磁同步电机ADRC的控制性能,增强系统的抗扰动能力以及鲁棒性,控制性能优于传统的ADRC控制和PI控制。     

基于UKF的永磁同步电动机无传感器矢量控制研究

针对扩展卡尔曼滤波状态估计为有偏估计,对模型误差鲁棒性差等问题,将无轨迹卡尔曼滤波引入永磁同步电动机控制中,研究了基于无轨迹卡尔曼滤波的永磁同步电动机无传感器矢量控制策略,利用永磁同步电动机dq坐标系下的非线性模型和无轨迹卡尔曼滤波技术建立了无轨迹卡尔曼观测器,该观测器不需要电机机械参数和电机转子初始位置信息,可以实时估计电机定子直轴电流、定子交轴电流、转子位置和转速.仿真研究表明,所设计观测器能准确估计电机直轴电流、交轴电流、转子位置和转速,具有较好的速度响应特性,并对转子初始位置误差具有较快的收敛特性.该观测器也对系统参数摄动、外部干扰、测量误差、过程噪声和测量噪声具有很强鲁棒性.     

基于T型逆变器的高速永磁同步电机无位置传感器控制系统

高速永磁同步电机绕组电感小、基波电流频率高,易产生严重的高频电流谐波。为抑制电流谐波,本文采用T型三电平逆变器供电,设计高速永磁同步电机无位置传感器控制器系统,通过仿真和实验对比两电平和三电平逆变器供电时的电流谐波,并考核滑模观测器无位置算法在高速运行时的稳定性。实验结果验证了本方案的可行性。     

PMSM驱动控制系统在变频空调中的应用

变频空调室外机控制系统作为空调系统的核心单元要求具有低成本、高性能、高效率、高可靠性的特点.分析了功率因数校正(PFC)和无位置传感器永磁同步电机(PMSM)的控制原理,提出一种应用于变频空调的无传感器PMSM驱动控制系统,该系统由一个包含PFC的整流环节和一个三相逆变环节组成.系统采用假定旋转坐标系法实现了电机转子转...     

基于离散反电动势估计的永磁同步电机无速度传感器控制

针对高速永磁同步电机(PMSM)的无速度传感器控制问题,提出了一种基于离散反电动势估计的PMSM无速度传感器控制策略。实施离散反电动势估计的设计有三点:首先,设计了离散dq电流观测器以消除反电动势估计中的电感交叉耦合效应;然后,设计了延迟补偿模型以补偿数模转换引起的电压误差,同时设计了较为精确的离散模型,以克服由数字实现导致的估计反电动势和实际反电动势之间的偏差;最后,开展了高速PMSM驱动试验,试验结果验证了所提出的高速PMSM无速度传感器控制方案的性能。     

Sensorless control strategy for salient-pole PMSM based on extended EMF in rotating reference frame

This paper presents a novel sensorless control strategy for a salient-pole permanent-magnet synchronous motor (PMSM). A new model of a salient-pole PMSM using an extended electromotive force (EMF) in the rotating reference frame is utilized to estimate both position and speed. The extended EMF is estimated by a least-order observer, and the estimation position error is obtained from the extended EMF. Both estimated position and speed are corrected so that the position error becomes zero. The proposed system is very simple and the design procedure is easy and clear. Several experimental drive tests are demonstrated and the experimental results show the effectiveness of the proposed sensorless control system.     

三相四开关容错逆变器的PMSM驱动系统FCS-MPC策略

针对三相四开关容错逆变器的永磁同步电机(PMSM)驱动系统,基于模型参考自适应(MRAS)观测器,提出一种有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略。考虑温度变化对永磁磁链影响,采用MRAS技术,实现了对永磁磁链的在线辨识;同时考虑降低逆变器开关频率的需求,设计开关频率可优化的FCS-MPC系统目标函数。与常规FCS-MPC方法比较,本方法可以有效减小系统控制过程的计算量,与此同时,本方法中的电流反馈特性可对四开关逆变器直流母线电容分压不平衡形成的不利影响实现自动抑制。仿真结果表明,本方法能够保证四开关容错逆变器驱动的PMSM系统持续稳定运行、具有良好运行性能,并能明显降低逆变器功率管的开关频率。     

带电阻在线辨识的改进型永磁同步电机滑模观测方法

针对永磁同步电机定子电阻的不确定性及传统滑模观测存在的固有抖振问题,提出一种带电阻在线辨识的无速度传感器改进型滑模观测方法。该方法在传统滑模观测器的基础上,采用可变边界层厚度的Sigmoid函数来取代Sign函数,并结合转速大小动态调整观测器增益;同时引入电阻在线辨识环节,运用李雅普诺夫函数设计了电阻参数在线辨识算法,并用于实时修正滑模观测器参数。仿真和实验结果表明,与传统的滑模观测器相比,该算法能够有效地抑制滑模观测器的抖振现象,转速估计对电阻变化的鲁棒性得到增强,提高了永磁同步电机驱动系统在整个调速范围内的观测精度。     

各向异性永磁同步电机低速控制策略

针对各向异性永磁同步电机(PMSM)无传感器控制时使用高频信号导致的转矩脉动、噪声和振动问题,设计了一种新型的各向异性PMSM无速度传感器控制策略。新方案具有较宽的速度控制范围,尤其是可以适用于低转速,且无需注入任何信号。新控制器基于改进型的反电动势观测器实现,消除了电机在发电模式下运行时传统观测器可能出现的不稳定。利用各向异性PMSM驱动试验平台对新型控制策略进行了测试。实验结果表明,新控制器的电机驱动控制性能较好,并在低速时保持系统正常运行。     

Position and speed sensorless control for IPMSM based on estimation of position error

In most variable‐speed drives of PMSM, some type of shaft sensor such as an optical encoder or resolver is connected to the rotor shaft. However, such sensor presents several disadvantages such as drive cost, machine size, reliability, and noise immunity. Therefore, the sensorless control of PMSM is desired and various sensorless control strategies have been investigated. This paper presents a novel sensorless control strategy for an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM). A new model of IPMSM using an extended electromotive force (EMF) in the rotating reference frame is utilized in order to estimate both position and speed. The extended EMF is estimated by the least‐order observer, and the estimation position error is directly obtained. The proposed scheme corrects the estimated position and speed so that the estimation position error becomes zero. The proposed system is very simple and the design of the controller is easy. Several drive tests are carried out and the experimental results show the effectiveness of the proposed sensorless control system. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 144(2): 43–52, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www. interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10180     

基于奇异摄动的永磁同步电机无位置传感器控制

针对永磁同步电机伺服系统的双时间尺度特性,根据奇异摄动理论将永磁同步电机驱动系统的数学模型分解,得到快、慢两个电气子系统.基于快变电气子系统模型,采用Luenberger观测器构建快的位置估计器.通过慢变电气子系统构建慢的速度估计器.无位置传感器永磁同步电机闭环控制系统的计算机仿真结果表明,本文提出的算法既具有较高的辨识精度又具有相对少的计算量,速度跟踪性能可以满足永磁同步电机伺服系统无位置传感器控制需要.     

Position and speed sensorless control system of permanent magnet synchronous motor with parameter identification

The model parameters of a permanent magnet synchronous motor (PMSM) are required for high‐performance control and a model‐based sensorless control. This paper proposes a sensorless control system of PMSM that does not need parametric information beforehand. The parameters of a PMSM drive system, including the inverter, are identified at standstill and under operating conditions. At first, the initial rotor position is estimated by a signal injection sensorless scheme in which the machine parameters are not required. After the initial position has been estimated, the resistance, including the on resistance of the IGBT, the voltage error caused by dead time in the inverter, and d‐axis and q‐axis inductances, are identified at standstill. After the motor starts by the signal injection sensorless control, the sensorless scheme changes to an extended EMF estimation scheme. The estimated parameters for the resistance, and daxis and q‐axis inductances are used in such sensorless control. The magnet flux‐linkage, which cannot be estimated at standstill, is identified under the sensorless operation at medium and high speeds. The effectiveness of the proposed method is verified by several experimental results. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 160(2): 68–76, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/ eej.20548