基于PLL系统的永磁同步电机滑模观测器控制系统研究

由于永磁同步电机无位置传感器在传统滑模观测器系统下伴随着高频抖振,因此估算的反电动势中将存在高频抖振现象.在滑模观测器输出反电动势中通入锁相环(PLL)系统来提取转子位置信息,减少转速和转角误差.最后利用Matlab平台提出系统验证,实验表明基于PLL系统的滑模控制系统在一定程度上抑制了高频抖振,在动态性能和精度上比传统滑模观测器有一定提高.     

BLDCM无速度传感器矢量控制速度估计方法

针对直流无刷电机(BLDCM)矢量控制系统无速度传器的问题,提出了一种带锁相环(PLL)滤波的Luenberger观测器的速度估计方法.根据两相静止坐标系下的同步电机方程,利用Luenberger观测器估算出反电动势分量;设计锁相环对反电动势中的噪声滤波,提高了速度及位置观测值的精度和抗干扰能力.在Matlab/Simulink平台上验证了该观测器的可行性.利用以STM32Fl03x为主控制器的变频空调实验平台,实现了提出的BLDCM无传感器矢量控制系统.实验结果表明:该方法能够在较宽的调速范围内准确地估计出速度及转子位置,系统稳态精度高、响应速度快,方法简单易实现,便于实际的工程应用.     

基于无传感器的PMSM电流控制策略的研究

提出一种新型的滑模观测器,并分别研究在4种不同的电流控制策略下,基于该新型滑模观测器的PMSM伺服系统的控制问题。该新型滑模观测器引进了Sigmoid函数作为控制函数用来抑制抖振,并根据PMSM的反电动势模型构建了反电势观测器来提取所需的连续信号,因此取消了传统的一阶低通滤波器和相角补偿环节。为了对电机的转子位置和转速进行更加精确的估算,引入了转子位置锁相环结构。在Matlab/Simulink平台基础上建立了4种不同的电流控制策略,基于新型滑模观测器PMSM无位置传感器三闭环控制系统仿真模型,分别对反电动势估算、速度估算、位置估算和突加负载扰动进行了仿真分析。仿真结果表明,该新型滑模观测器在4种不同的电流控制策略下,对电机转子位置和转速的估算、电磁转矩以及定子三相电流有着不同的影响,验证了该新型滑模观测器算法的可行性。     

弱滑模观测器在无刷直流电机中的仿真研究

深入讨论了基于幂次趋近率方法的滑模观测器,并对一系列切换函数进行对比研究,总结出弱滑模观测器的规律.通过软硬件方式间接获得可靠的转子位置信号是无位置传感器无刷直流电机矢量控制的基础.在状态观测器设计法中,基于幂次趋近率方法的滑模观测器对电机启动时的反电动势信号具有跟踪速度快、观测精度高等特点,且算法结构简单,便于实现.仿真结果表明该方法在电机启动时反电动势信号微弱的情况下可以准确地估算反电动势信号,快速跟踪实际信号,并证明了该方法的正确性与有效性.     

表贴式永磁同步电机无位置传感器控制

位置传感器会增加系统成本和测量噪声,且无法应用在一些恶劣环境.论文在研究表贴式采磁同步电机无位置传感器的控制策略的基础上,提出一种基于反电动势的位置估计方法.利用两相旋转坐标系下电机方程的反电势形式,结合前馈控制,计算出转子位置的偏差角度,再采用锁相环结构对电机的相位和速度进行估计.在电机的低速运行阶段改进锁相环结构,保证速度估计精度,并进一步改善系统动态性能.建立了永磁同步电机的仿真模型,验证了该控制方法的可行性.在STM32F103X(ARM)为主控制器的实验平台上实现了所提出的表贴式永磁同步电机无位置传感器控制方法,实验结果表明该控制方法能够准确估计出电机的转速和转子位置,估计算法简单,系统稳态精度高、响应速度快.     

带参数辨识的自适应二阶滑模观测器PMSM无传感器矢量控制

针对表贴式永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统, 提出一种具有电机参数在线辨识的基于Super-twisting algorithm的自适应二阶滑模观测器.在两相静止坐标系下,将模型参考自适应方法与基于Super-twisting algorithm的二阶滑模方法相结合,实现反电动势的准确估计.采用李亚普诺夫理论证明观测器的稳定性,并由李亚普诺夫稳定性方程推导定子电阻和转子转速的自适应律.在同步旋转坐标系下,采用二阶滑模观测器估计永磁磁链,并将其输入位置跟踪观测器估计转子位置.该算法充分抑制了滑模抖振,同时避免了低通滤波和相位补偿环节的使用,转子位置检测不受定子电阻和永磁磁链变化的影响,具有较强的鲁棒性.仿真结果验证了所提出算法的有效性.     

永磁同步电动机无传感器二阶滑模观测器仿真研究

针对永磁同步电动机无传感器控制采用传统滑模观测器引起的"抖振"现象,提出了一种基于二阶滑模控制方法的滑模观测器,并将其用于估算永磁同步电动机的转子位置和速度;采用Matlab/Simulink软件,分别在理想情况及存在参数摄动情况下,对永磁同步电动机采用传统滑模观测器和二阶滑模观测器控制时的转子位置和速度进行估算,结果表明该二阶滑模观测器在没有低通滤波器的情况下即可得到平滑的电动机速度和位置估算曲线,估算误差较传统滑模观测器小,且具有更高的观测精度和更好的鲁棒性。     

BLDCM新型滑模观测器的无位置传感器控制

针对传统滑模观测器(SMO)抖振和相位延迟问题,提出了一种新型滑模观测器来获取无刷直流电机(BLDCM)反电动势(back-EMF),无需额外增加低通滤波器即能得到光滑的反电动势估计值.由反电动势估计值能够直接计算出转子位置角和转速.根据转子位置角和滞环控制器的输出来选择适当的电压空间矢量,实现无位置传感器控制,并根据转速和反电动势估计值计算转矩.最后,将该滑模观测器用于无磁链环直接转矩控制(DTC)中.实验结果验证了方案的可行性.     

智能观测器在伺服系统控制中的应用

研究优化伺服控制系统策略,永磁同步电动机( PMSM)的伺服系统优化,可改善电动机系统的稳定性和响应特性.通过提高伺服系统定位精度和抗干扰能力,有效保证机器运行效率.针对传统有速度传感器矢量控制增加了系统复杂度和成本的问题,为优化伺服系统控制结构,提出了一种采用神经网络观测器的伺服系统无速度传感器矢量控制策略.系统中不需要安装传感器来检测PMSM转子位置/速度信号,而是利用神经网络观测器从电机反电动势信号中估算转子位置/速度,从而优化了系统整体结构,减小了系统复杂度.通过对PMSM的伺服系统无速度传感器矢量控制系统的建模与仿真测试,结果表明,所设计的神经网络观测器能够准确估算转子位置/速度,控制系统能够精确跟踪给定转速指令,改进了伺服系统优化控制问题,为实际应用提供了参考.     

基于RBF终端滑模观测器的电机转子位置估计

无刷直流电机常采用位置传感器来检测转子位置,这会影响系统的可靠性,增加电机体积和成本。采用无位置传感器控制技术:引入终端滑模面,其具有快速收敛性和良好观测精度,可减少相位滞后问题;采用RBF神经网络来设计观测器的控制策略,将滑模变量作为神经网络输入,输出即为控制策略,简化控制结构。RBF终端滑模观测器将RBF控制与终端滑模控制的优点紧密结合,优化了控制信号,削弱了抖振现象。仿真结果表明,该观测器能快速准确地估计电机的线反电势及电机转速,系统具有良好性能,满足无刷直流电机的工作要求。     

基于混合滑模控制器和反正切观测器的SPMSM直接转矩控制

针对基于传统PI控制的表贴式永磁同步电机(SPMSM)直接转矩控制系统抖振和相位延迟等问题,在转速环节设计新型趋近律,采用模糊自适应方法,实现趋近律参数的动态调节,并通过Lyapunov方法证明稳定性.利用super-twisting滑模策略生成参考电压矢量,完成混合滑模控制器的设计,建立基于反正切函数的滑模观测器,并对转子位置进行合理补偿.仿真实验表明,与PI控制、基于指数趋近律的滑模控制器相比,所设计的控制器在电机空载起动和外加干扰情况下均能有效提高系统响应,显著降低抖振,与其他模型参考自适应观测器相比,所设计观测器能有效减小相位延迟,转子位置辨识结果更准确.     

基于新型Type-1 PLL的永磁同步电机转子位置估计方法

为了提高表贴式永磁同步电机的调速性能,提出一种基于新型锁相环(PLL)的转子位置估计方法.首先,针对表贴式永磁同步电机定子反电动势进行谐波分析,定义谐波成分在旋转坐标系下的表现形式;然后,为提高转子位置估计性能,针对特定谐波成分设计由自适应陷波器(ANF)和低通滤波器(LPF)串级组成的新型滤波器;最后,对新型PLL与同步旋转坐标系锁相环(SRF-PLL)进行对比仿真实验,实验结果表明,所提出的新型PLL不仅能保证较高的估计精度,而且具有较快的转子位置跟踪速度和较强的滤波性能.     

级联式滑模观测器的永磁同步电机鲁棒滑模控制

提出了一种基于无速度传感器运行的永磁同步电机非线性控制方法。针对电机速度和位置观测,设计了一种新颖的级联式滑模观测器,解决了传统滑模观测采用低通滤波器的相位延迟问题。前级电流滑模观测器得到反电动势,后级反电动势滑模观测器获取转速和位置信息,利用李亚普诺夫理论进行了稳定性分析。针对速度控制,提出了带扩张状态观测器的滑模速度控制器取代PI调节器,提高了系统的鲁棒性。在滑模观测和控制中均利用双曲正切函数取代符号函数,削弱了系统抖振。将上述方法应用到永磁同步电机矢量控制系统中,通过仿真验证方法的有效性。     

基于模糊滑模控制器和两级滤波观测器的永磁 同步电机无位置传感器混合控制

针对传统带有滑模观测器的永磁同步电机控制系统中的转矩脉动大、抖振明显、反电动势估计精度差等 问题, 在速度环提出了基于双曲正弦函数的新型趋近率, 结合模糊控制思想对趋近率参数实现自整定, 设计了一种 基于新型趋近率的模糊积分滑模速度环控制器; 同时, 在滑模观测器中提出基于变截止频率低通滤波器和修正反 电动势观测器的两级滤波结构来抑制反电动势中的高频分量和纹波分量, 并对转子位置进行合理补偿, 设计了两级 滤波滑模观测器; 通过Lyapunov判据对本文提出的控制策略的稳定性进行了推导证明. 仿真结果表明, 与传统滑模 观测器相比, 本文控制器可使电机在启动和受到外部扰动时系统响应良好.     

Backstepping Control of Speed Sensorless Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Slide Model Observer

This paper presents a backstepping control method for speed sensorless permanent magnet synchronous motor based on slide model observer. First, a comprehensive dynamical model of the permanent magnet synchronous motor(PMSM) in d-q frame and its space-state equation are established. The slide model control method is used to estimate the electromotive force of PMSM under static frame, while the position of rotor and its actual speed are estimated by using phase loop lock(PLL) method. Next,using Lyapunov stability theorem, the asymptotical stability condition of the slide model observer is presented. Furthermore, based on the backstepping control theory, the PMSM rotor speed and current tracking backstepping controllers are designed, because such controllers display excellent speed tracking and anti-disturbance performance. Finally, Matlab simulation results show that the slide model observer can not only estimate the rotor position and speed of the PMSM accurately, but also ensure the asymptotical stability of the system and effective adjustment of rotor speed and current.