基于多项式磁饱和模型及EKF的感应电机磁链观测

感应电机的转子磁链通常用定子电流进行观测,易受测量噪声影响,且观测模型精度与电机参数有关。当电机内磁场幅值变化时,磁路非线性饱和效应会引起互感参数波动,导致观测磁链的幅值和方向偏离实际值,使控制出现偏差。对此,提出基于四阶多项式磁饱和模型以及扩展卡尔曼滤波(EKF)的全状态估计算法,以定子电流作为反馈,观测转子磁链的同时,辨识互感参数。仿真及实验结果表明所提算法能降低磁饱和非线性对控制系统的影响。     

基于磁链观测的IPMSM MTPA控制系统研究

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)的凸极特性,提出一种基于磁链观测的无位置传感器IPMSM最优转矩电流比(MTPA)控制策略,以提高负载转矩时变系统的能效比.根据IPMSM电压方程,分析转子磁链观测器检测转子位置的方法,在传统转子磁链观测器中加入前馈补偿,利用反正切法计算转子位置;分析定子电流与转矩角以及电磁转矩与转...     

基于有效磁链的电励磁同步电机无速度传感器控制

提出了一种新型的基于有效磁链电励磁同步电机无速度传感器宽调速范围控制方法。有效磁链矢量定义为转矩产生的磁链,对于电励磁同步电机,有效磁链矢量位于转子d轴,通过有效磁链幅值和相位的准确观测实现转子位置角和转速的辨识。在此基础上,针对具有阻尼绕组电励磁同步电机,为提高辨识准确度以获得优良的动态转矩特性,提出了考虑阻尼电流影响的有效磁链动态观测模型。同时考虑饱和效应影响,采用非线性磁链观测器获得准确的有效磁链矢量。实验结果表明所提控制方案算法简单,易于实现,且具有良好的控制性能和快速的转矩响应特性。     

基于DSP异步电机无速度传感器直接转矩控制

基于模型参考自适应系统原理(Model Reference Self-Adapt System,简称MRAS)设计了一种新型的速度磁链自适应观测器,它以定子电流和定子磁链为状态变量,把磁链观测和速度辨识结合在一起,可以将定子磁链观测值直接应用于直接转矩控制算法中.定义了李亚普诺夫函数,根据其稳定性理论确定了速度自适应律.以TMS320F2812为核心构成控制器,实现异步电机无速度传感器直接转矩控制系统.实验结果证明,该系统具有较好的定子磁链和转速观测精度,能改善低速时磁链畸变程度和运行特性.     

异步电机无速度传感器直接转矩控制系统

论文基于模型参考自适应控制系统原理(MRAS)设计了一种新型的速度磁链自适应观测器，它以定子电流和定子磁链为状态变量，把磁链观测和速度辨识结合在一起，可以将定子磁链观测值直接应用于直接转矩控制算法中，并实现了异步电机无速度传感器直接转矩控制系统。定义了李亚普诺夫函数，根据其稳定性理论确定了速度自适应律。利用SIMULINK中的库元件和S-function构建了异步电机无速度传感器直接转矩控制系统仿真模型，仿真实验结果表明提出的速度磁链自适应观测器对速度辨识快速而准确，算法比较简单，计算量小，便于在线实现。该系统具有较好的定子磁链和转速观测精度以及对定子电阻变化的鲁棒性，能改善低速时磁链畸变的程度和运行特性。     

带有自适应参数辨识的IPMSM MTPA控制

内置式永磁同步电机的工作点可能随着参数变化而偏离理想的最大转矩电流比(MTPA)轨迹,因而导致系统不能获得最优转矩-电流特性。针对这一问题,提出了一种在线识别定子交轴电感、转子磁链的模型参考自适应(MRAS)参数辨识方法。该方法在分析辨识模型欠秩问题和评估MTPA轨迹随参数变化偏离程度的基础上,推导了MRAS辨识模型,采用Popov超稳定性理论设计了满秩辨识器及其增益矩阵,并利用参数辨识结果计算定子电流工作点,以达到实时更新和跟踪MTPA轨迹的目的。仿真与实验结果验证了所设计方法的可行性和有效性,该方法显著提高了内置式永磁同步电机MTPA控制系统的转矩-电流特性。     

一种基于无功功率的异步电机矢量控制转子磁场准确定向方法

当转子磁场定向的异步电机矢量控制系统工作存高频弱磁区时，由于电机参数变化等多种因素影响，导致磁场定向不准，甚至危及电机可靠运行。为了保证磁场定向的准确，提出一种根据无功功率对转子磁场观测位置进行校正的控制方法，即以无功功率闭环来校正转子磁链的观测位置。同时，采用给定d轴电流的方法来保证系统不受磁链观测幅值不准的影响。实验证明，该方法改善了弱磁高速区的控制性能，使功率、电压均基本保持恒定，大大提高了矢量控制系统对电机参数特别是转子时间常数的鲁棒性。     

基于定子磁链降阶状态观测的永磁同步电机无差拍直接转矩控制系统

针对传统永磁同步电机直接转矩控制中存在的磁链和转矩脉动较大、逆变器开关频率不恒定的缺点。文中提出了一种无差拍的永磁同步电机直接转矩控制方案。在一个控制周期内同时精确补偿了给定磁链幅值与实际磁链幅值、给定转矩幅值与实际转矩幅值的误差,实现了磁链与转矩的无差拍控制。为解决永磁同步电机直接转矩控制系统需要转子的初始位置信息以确定定子磁链的初始值这一问题,本文通过构造定子磁链降阶观测器的方法消除初始磁链误差,使永磁同步电机直接转矩控制系统的运行不依赖转子初始位置信息。最后提出了一种适宜于无差拍直接转矩控制算法和定子磁链降阶观测器的基于转子磁链的转速辨识方法。使整个系统实现无速度传感器运行。     

计及磁饱和的车用永磁同步电机MTPA控制技术

永磁同步电机具有较高的效率和功率密度,在电动汽车驱动系统中广泛应用。电机的d、q轴电感是设计控制系统的重要参数,但重载情况下受磁饱和及交叉饱和影响严重。传统控制技术忽略磁饱和效应,导致转矩控制的精确性不足。采用有限元法分析电机负载时的磁饱和情况,计算考虑磁饱和及交叉饱和的d、q轴电感参数。以此为基础,拟合d、q轴电感和电流关系。设计计及磁饱和的最大转矩电流比MTPA(maximum torque per ampere)控制,使d、q轴参考电流计算中使用的电感随电机电流变化。通过对比,证明计及磁饱和的MTPA控制能够实现输出转矩的精确控制,提高永磁同步电机的动态响应性能。     

基于快速傅里叶变换的异步电动机参数辨识

目前,高性能调速系统应用广泛,且随着电力电子技术与现代控制理论的发展,异步电动机高性能调速系统逐渐占据了主导地位。其中应用最多的方案包括：①按转子磁链定向的矢量控制系统。②按定子磁链控制的直接转矩控制系统。基于转子磁场定向的矢量控制系统以转子磁链为基准矢量,实现了对转矩电流和励磁电流的解耦控制,从而达到瞬时转矩可控的高精度调速性能。矢量控制技术的关键是磁场定向,观测磁链的模型主要包括电压模型UM和电流模型IM,而电动机参数对它们都有一定程度的影响。如果电动机的某些参数不准确或者在运行过程中发生了改变,将直接导致矢量控制系统性能指标的下降甚至造成变频器故障。     

无轴承永磁同步电机的转子磁场定向控制研究

无轴承永磁同步电机由于功率密度大、转矩脉动低等优良特性受到了高度重视。文中针对一类表面贴装式无轴承永磁同步电机，详细推导出径向悬浮力表达式，建立了准确的数学模型。针对电磁转矩和径向悬浮力之间耦合的特点，采用了基于转子磁场定向的控制策略来实现这类无轴承永磁同步电机的非线性解耦控制。实验证明了该控制算法的有效性。该控制算法对插入式转子结构和内装式转子结构的无轴承永磁同步电机的控制系统设计具有一定的借鉴作用。     

Nonlinear adaptive state-feedback speed control of a voltage-fed induction motor with varying parameters

An adaptive nonlinear-state-feedback speed control scheme of a voltage-fed induction motor has been developed in which the control of torque and flux is decoupled. The inputs to the control algorithm are the reference speed, the reference flux, the measured stator currents, the measured rotor speed, the estimated rotor flux, and estimates of the rotor resistance, stator resistance, and load torque, which may vary during operation. The controller outputs are the reference stator voltages in rotor-flux rotating reference frame. An accurate knowledge of the rotor flux and machine parameters is the key factor in obtaining a high-performance and high-efficiency induction-motor drive. The rotor flux is estimated using the induction-motor rotor-circuit model. Although the estimated rotor flux is insensitive to the stator-resistance variation, it does depend on the rotor resistance. A stable model reference adaptive system (MRAS) rotor-resistance estimator insensitive to stator-resistance variation has been designed. Stable stator-resistance and load-torque MRAS estimators have also been developed. These estimators have been developed to constitute a multi-input-multi-output (MIMO) decoupled-cascade structure control system. This simplifies the design problem of the estimators for a stable operation from a MIMO design problem to a single-input-single-output (SISO) design problem. The continuous adaptive update of the machine parameters and load torque ensures accurate flux estimation and high-performance operation. Simulation and experimental results are presented to verify the stability of the induction-motor drive in various operating modes.     

Robust direct torque and flux control of adjustable speed sensorless induction machine drive based on space vector modulation using a PI predictive controller

A Direct torque and flux control design for a sensorless induction motor, following a Lyapunov-based stator flux observer is presented. In this control scheme, the torque error signal and the amplitude of the stator flux reference vector are delivered to a PI predictive controller. The predictive controller also uses information on the amplitude and position of the actual stator flux vector and measured stator currents to determine the voltage command vector for space vector modulation inverter. In addition, a conventional PI speed controller is used to generate the torque reference signal. Using the fifth order model of the three-phase induction machines in a stationary two axes reference frame, a nonlinear stator flux observer is developed in order to estimate the rotor speed, rotor and stator resistances simultaneously. The stability of this observer is proved by Lyapunov theory. It is shown that if the persistancy of excitation condition is satisfied, the estimated quantities converge to their real values. The effectiveness of the proposed control scheme is verified by computer simulation and experimental results.     

Stator-flux-based vector control of induction machines in magneticsaturation

In many variable-torque applications of induction machines, it is desirable to operate the machine at high flux levels, thus allowing the machine to produce higher torques. This can lead to saturation of the main flux path, introducing cross-coupling effects which can severely disrupt the performance of controllers dependent on knowledge of the machine's magnetic parameters. Stator flux-oriented torque-control schemes need not depend on the magnetic parameters of the machine and, hence, are potentially more robust and easier to implement in magnetic saturation than rotor-flux-oriented control. In this paper, the authors present and analyze a stator-flux-oriented torque-control scheme. This controller only requires knowledge of the stator voltage, stator current, and stator resistance. An analytical expression for the maximum achievable torque output of the machine using a linear magnetics model is compared with values calculated using a nonlinear magnetics model incorporating saturation of the main flux path and is shown to be a good approximation at high flux levels, when the main flux path is heavily saturated. Experiments carried out on a 3 hp 1800 RPM wound-rotor induction machine show smooth operation of the control scheme at torque levels up to at least four times rated torque     

Induction motor drive based on the stator flux vector control

This paper presents a new torque control algorithm for induction motors, based on the stator flux vector control. For each sampling period, the value of the stator voltage is calculated to keep the stator flux equal to the reference vector, while the stator flux reference vector is calculated to keep the rotor flux amplitude constant at all operating conditions. An improved stator and rotor flux estimation algorithm is proposed, enabling robust and stable operation of the drive, even at low speeds. The induction motor torque is manipulated by variations of the flux angular velocity, enabling drive operation with fixed switching frequency and ripple-free torque in the steady state. The performance of the proposed algorithm is tested through various experimental runs, proving good behavior of the drive in both transient and steady-state operating conditions.     

基于I-ω法磁场辨识的无轴承异步电动机矢量控制

集旋转与悬浮于一体的无轴承异步电动机是一个非常复杂的非线性系统,电磁转矩与径向悬浮力的非线性解耦是实现电机稳定悬浮运行的基础.气隙磁场定向控制算法复杂,且没有实现两者的动态解耦.提出了基于转矩绕组转子磁场定向控制算法,径向悬浮控制所需的气隙磁场通过I-ω实时辨识.仿真结果表明,电磁转矩与径向悬浮力实现完全解耦,验证了所提方案的有效性.     

凸极式永磁无刷直流电机直接转矩控制研究

提出并分析研究了一种凸极式永磁无刷直流电机定子磁链幅值不控型直接转矩控制策略。结合凸极式永磁无刷直流电机及其两相导通工作特点,全面建立起两相导通时电压矢量对电磁转矩控制理论。采用转矩单环控制,根据转矩滞环比较输出和定子磁链位置给出所施加的电压矢量,实现转矩的快速控制。推导出两相静止坐标系下电磁转矩计算模型,并针对实际无刷电机转子反电势既非理想梯形波,又非正弦波的情况,提出采用查表方式获得转矩观测所必需的转子反电势和转子磁链方法。实验结果表明,所提控制方案具有快速的动态响应和良好的稳态性能。     

自适应FC的无速度传感器感应电机矢量控制系统

设计了一种二维自适应模糊控制器(FC)作为无速度传感器感应电机矢量控制系统的速度调节器.这种自适应模糊控制器可以根据速度给定和负载转矩的变化实时调节解模糊的比例因子.系统使用定转子自适应磁通观测器和转速动态估计器来估算转子磁通和转速,有两个PID控制器分别控制转矩和磁通的电流分量,输出电压空间矢量控制电机.仿真结果表明,与PID控制器比较,FC具有更好的动态性能和稳态性能,鲁棒性得到很大提高.     

无刷双馈电机直接转矩控制转矩脉动最小化

针对无刷双馈电机直接转矩控制系统转矩脉动大的问题,依据模糊控制理论,研究了基于模糊控制的无刷双馈电机直接转矩控制系统。将转矩误差、磁链误差、扇区作为模糊控制器的输入,采用模糊控制器自动合理地选择电压空间矢量,取代传统的开关矢量表,同时将磁链圆划分为24个扇区。Matlab环境下的仿真结果表明,与传统的无刷双馈电机直接转矩控制系统相比,有效地减小了稳态时的转矩脉动,并且改善了定子磁链渡形,使定子电流波形更接近于正弦。系统在启动、负载扰动等情况下仍然保持了良好的动态性能。在DSP控制系统中实现时。可经相应的离散化后通过查表运算实现模糊控制,实现算法简单,且具有良好的实时性。     

异步电机矢量控制实现恒转矩控制仿真

分析了将电流跟踪器用于矢量控制技术的参变量给定,将电流的励磁分量和转矩分量重新转换至三相静止坐标系,最终用三相电流跟踪的策略实现转子磁链定向的矢量算法。用MATLAB进行了控制原理的仿真,仿真结果验证了应用电流跟踪器进行矢量控制并实现恒转矩控制的优越性能。