无轴承异步电机转子磁场定向MRAS转速辨识

为了准确辨识无轴承异步电机的转速,提出一种改进转子磁链估算电压模型。以改进转子磁链估计模型为基础,构建了无轴承异步电机的转子磁场定向模型参考自适应(MRAS)无速度传感器矢量控制系统,并通过Matlab/Simulink进行了系统仿真分析。仿真结果表明:基于所提出的转子磁链改进模型,可有效避免纯积分环节初值和累计误差等影响,获得较高的转速辨识精度。所提出的转子磁链辨识模型和MRAS无速度传感器矢量控制系统是有效和可行的。     

改进型MRAS无速度传感器的无轴承异步电机矢量控制

无轴承异步电机(BIM)的转子磁链电压模型中含有纯积分环节,其积分初值和累计误差会影响磁链观测精度,进而使转速估计产生严重失真.为了实现BIM无速度传感器运行,本文借鉴模型参考自适应法(MRAS)基本结构,将改进二阶广义积分器与锁频环结合以代替原有纯积分器,提出了一种新的基于MRAS的BIM无速度传感器控制方法,构建了BIM转子磁链定向无速度传感器矢量控制系统.并且,基于MATLAB/Simulink的仿真验证和基于dSPACE的实验结果表明:与传统电压模型观测方法相比,所提出的转子磁链电压模型有效避免了纯积分环节带来的直流偏移和积分初值影响,有着更好的观测效果.同时,基于无轴承异步电机转子磁链定向无速度传感器矢量控制系统,电机能稳定悬浮运行,估算转速和实测转速具有很好的一致性.     

基于神经网络可调模型的直接转矩控制系统速度辩识

基于无速度传感器辨识精度和动态性能的提高,在传统的模型参考自适应(MRAS)速度辨识模型的基础上,参考模型采用转子磁链电压模型。应用神经网络理论,对其可调模型进行了改进。并在无速度传感器直接转矩控制系统中对该速度辨识模型进行了研究,仿真结果验证了该速度辨识模型具有满意的辨识精度和动态性能。     

刮板输送机永磁同步电动机无位置传感器控制

传统转子磁链观测器受直流扰动和谐波扰动的影响无法准确估计转子磁链,进而基于转子磁链的永磁同步电动机无位置传感器控制方法无法准确估计转子位置。针对该问题,提出了一种基于三阶广义积分磁链观测器的刮板输送机永磁同步电动机无位置传感器控制策略。通过引入三阶广义积分磁链观测器,能有效抑制高次谐波分量,稳态时可完全消除转子磁链中的直流分量,且对基波的幅值和相位没有任何影响,从而准确估计转子磁链,提高转子位置估计精度。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。     

感应电机转矩跟踪无源控制及自适应观测器设计

针对感应电机高性能转矩跟踪控制和磁链难以直接测量问题,提出了基于无源性的转矩跟踪和自适应磁链观测器控制方案.首先基于感应电机的无源性特性设计了渐近稳定转矩跟踪控制器,重新配置了系统的平衡点,通过注入阻尼提高系统的收敛速度.然后通过将定子电流和转子磁链作为状态变量构建了自适应磁链观测器,简化了观测器结构,根据Lyapunov稳定性理论设计了自适应控制律,实现转子磁链、转速和定子电阻的在线估计.为减小转速估计误差对观测器的影响,给出了观测器增益矩阵的选择方法.仿真结果表明本文所提出的基于自适应观测器的无源控制方案能够有效提高感应电机的动静态性能.     

永磁同步电机非线性观测器设计及内核验证

永磁同步电机调速系统的矢量控制建立在转子磁链定向系内,为了获得优异的转速响应特性、调速范围,特别是低速调速性能及抗负载扰动性能等控制效果,需要获取转子精确的位置及速度信息作为反馈调节量.针对永磁同步电机模型方程多变量、非线性、强耦合的特点,设计了一种基于非线性坐标变换后能观测规范形的高增益观测器,将其作为转子位置及速度高精度估计的内核算法.基于微分几何理论分析了转子磁链定向系内模型的非线性局部弱能观性及全局能观性,从而肯定了应用非线性观测器内核进行局部及全局状态估计的必要性;与另一种不同内核的观测器相比较,数值仿真结果肯定了本文提出的非线性观测器内核在估计转子磁链定向系的交(直)轴电流及速度信息方面的可实现性.这样,在理论及算法两个方面,都证明了所提出的非线性观测器内核可以实现无传感器稳定起动、状态估计以及结合位置估算的算法交联收敛性.     

基于DSP的无速度传感器交流异步电机矢量控制系统设计

为提高交流异步电机控制系统的可靠性和适应性,本文设计了基于DSP的无速度传感器异步电机矢量控制系统。根据异步电机转子磁场定向控制的基本方程式建立了改进电压型转子磁链估算模型,并且采用PI自适应速度估算法来估计转速,同时采用电压空间矢量法实现对异步电机的控制。     

基于波波夫不等式的新型自适应定子磁链观测器设计

在异步电动机矢量控制系统中,定子磁链估算的准确性直接影响其控制的性能。在分析现有基于低通滤波器的磁链观测器存在问题的基础上,提出了用于电动机定子、转子电阻及转速估计的模型参考自适应方案,设计了一种基于波波夫不等式的新型自适应定子磁链观测器。该观测器可准确快速获得定子电阻及转速估计值,性能明显改善。仿真结果验证了其优越性。     

基于DSP的无速度传感器控制系统研究

为了实现快速准确地观测电机转速,在直接转矩控制系统的基础上,采用了基于电机转子磁链的MRAS速度辨识方法对系统进行速度估计,并通过DSP实现无速度传感器的直接转矩控制.利用Matlab对系统进行仿真分析,仿真结果表明,该方案的设计方法正确可行.     

基于DSP的转子磁场定向感应电机控制系统实现

本文介绍了一种采用磁链和开环速度估算器的转子磁场定向的控制系统,系统设计的的关键问题是磁链的观测和速度的准确估算。在系统动态过程中,电机的一些定、转子参数会随着电机温升和磁路饱和的影响而发生变化,是时变参数,本文按照模型参考自适应系统构造出参考模型和可调模型来实现了扩展卡尔曼滤波对磁链和电机转速的估算,并成功应用此算法设计了一套DSP实验控制系统,实现了速度自适应识别。同时本文介绍了DSP实验系统的硬件和软件实现方法并对实验结果进行了分析。模型试验应用于1.0kW的感应电机取得了较好的的控制效果。     

An MRAS method for sensorless control of induction motor over a wide speed range

This paper addresses the problem of wide speed range sensorless control of induction motor.The proposed method is based on model reference adaptive system (MRAS),in which the current model serves as the adjustable model,and a novel hybrid model integrating the modified voltage model (MVM) and high-frequency signal injection method (HFSIM) are established to serve as the reference model.The HFSIM works together with MVM to improve the performance of the rotor speed and rotor flux position estimation at low speed,whereas at high speed,the MVM acts alone.In addition,a rotor resistance online estimation scheme is proposed to update the rotor resistance contained in the adjustable model and to ensure the estimation accuracy further.Experimental results show that the proposed MRAS method is very effective from low to high speed range,including zero speed.     

Grid-connected vector-controlled slip-ring induction machine drive with out speed sensor

A speed estimation method is presented in this paper for a grid-connected doubly-fed slip-ring induction machine drive. The proposed method is formulated with reactive power based model reference adaptive system (MRAS). The method does not require the estimation of stator/rotor flux. So, the integrator related problems at synchronous speed are overcome. Also, the estimation method is independent of stator and rotor resistance variation. Extensive simulation results are presented to validate the technique.     

A speed-sensorless indirect field-oriented control for induction motors based on high gain speed estimation

The authors design a new speed sensorless output feedback control for the full-order model of induction motors with unknown constant load torque, which guarantees local asymptotic tracking of smooth speed and rotor flux modulus reference signals and local asymptotic field orientation, on the basis of stator current measurements only. The proposed nonlinear controller exploits the concept of indirect field orientation (no flux estimation is required) in combination with a new high-gain speed estimator based on the torque current tracking error. The estimates of unknown load torque and time-varying rotor speed converge to the corresponding true values under a persistency of excitation condition with a physically meaningful interpretation, basically equivalent to non-null synchronous frequency. Stability analysis of the overall dynamics has been performed exploiting the singular perturbation method. The proposed control algorithm is a “true” industrial sensorless solution since no simplifying assumptions (flux and load torque measurements) are required. Simulation and experimental tests show that the proposed controller is suitable for medium and high performance applications.     

A new nonlinear multivariable control strategy of induction motors

A new real-time control strategy for induction motors is introduced. This paper shows that rotor speed and rotor flux magnitude reference tracking of an induction machine can be originally obtained. The proposed control law is based on two points: an open-loop reference control which allows to obtain perfect tracking since outputs are planned and on a closed-loop strategy based on PI controllers for the stabilization around the desired trajectories. This innovative structure ensures rotor speed and rotor fluxes tracking despite uncertainties on rotor resistance and load torque variations. Simulation and experimental results, including an estimation of the rotor flux norm, are given to illustrate the originality and effectiveness of this control law.     

基于滑模与自适应观测器的感应电机非线性控制新策略

提出一种结合滑模变结构和自适应观测技术的感应电机非线性控制新方法. 以定子电流与定子磁链为状态变量建立感应电机模型, 采用非线性分析方法建立转矩与磁链误差方程, 使用自适应滑模技术设计转矩与磁链控制器, 推导出定子电压控制量. 基于模型参考技术设计自适应观测器, 向控制器提供准确的转速辨识与磁链观测值,并给出了控制系统的稳定性证明. 该方法具有转矩脉动小、定子磁链畸变不明显的优点, 低速时也具有良好的控制性能, 且对参数与负载变化有较强的鲁棒性. 仿真与实验结果证明了该控制策略的正确性与有效性.     

改进的MRAS无速度传感器VC控制系统仿真研究

针对交流传动系统中异步电机的精确控制和速度辨识等问题,在Simulink软件环境中,对基于模型参考自适应系统(MRAS)无速度传感器的异步电机的矢量控制(VC)系统进行了研究。系统采用按转子磁场定向的VC对异步电机进行控制,通过MRAS辨识算法估算电机转速,由Popov超稳定定理对磁链偏差进行收敛。由于速度辨识算法中电压模型的纯积分环节会引起误差积累和漂移问题,故采用改进积分型转子磁链估算模型来解决这一问题。仿真结果表明,速度辨识方法能够准确推算出电机转速,控制系统动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强,具有良好的动静态控制性能。     

基于MRAS的交流异步电机变频调速系统研究

依据矢量控制的基本原理和方法,在基于转子磁场定向的旋转坐标系下,采用Madab／Simulink模块构建了一个具有转矩、磁链闭环的交流异步电机矢量控制系统仿真模型。在此基础上,应用模型参考自适应方法,对无速度传感器矢量控制系统的转速估计进行研究,并针对常规速度辨识器中的基准模型易受积分初值和漂移影响的问题,对传统的MRAS方法进行改进,并对其进行建模仿真。仿真结果表明,该设计具有较强的可行性,且其推算转速能够很好地跟踪实测转速。     

基于SVPWM的无速度传感器矢量控制的研究

介绍了空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)控制策略在无速度传感器矢量控制系统中的实现,在此基础上给出了基于DSP的全数字化调速系统,并分别建立了改进的电压型转子磁链观测模型和PI自适应速度估算模型.实验结果表明所采用的控制方法正确可行,控制系统具有良好的性能.     

A rotor speed estimation algorithm in variable speed permanent magnet synchronous generator wind energy conversion system

A rotor speed estimation algorithm in a direct vector controlled permanent magnet synchronous generator wind energy conversion system is proposed. The proposed method is based on a simple equation obtained from the flux model of the machine and contains only stator flux and current. Constant gain recursive least squares estimator is used for implementing the speed estimation algorithm. Rotor position information used for coordinate transformation is computed using the estimated speed. Stator flux information required by the speed estimator is obtained using the stator voltage equation by implementing a programmable low pass filter. The estimated speed is used as the feedback signal for the speed control loop of the vector controlled machine side converter control system whose command speed is obtained from a wind speed sensorless maximum power point tracking controller, thus, we obtain a complete rotor speed and wind speed sensorless permanent magnet synchronous generator wind energy conversion system. Simulation is carried out to validate the performance of the proposed method. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.