基于强跟踪滤波器的PMSM无速度传感器DTC策略

针对扩展卡尔曼滤波器(EKF)对模型误差鲁棒性差的问题,提出了基于强跟踪滤波器(STF)的永磁同步电机(PMSM)无速度传感器直接转矩控制(DTC)策略,该方法利用永磁同步电机定子坐标系下的非线性数学模型和强跟踪滤波技术建立了STF观测器,从而实现了对电机定子磁链、转速和转子位置的实时在线观测。仿真结果表明,STF观测器可以准确地观测出电机定子磁链和转速,同时与EKF观测器相比,该观测器对于系统参数摄动、外部干扰等系统模型失配具有更强的鲁棒性。     

具有非线性输入的一类不确定混沌系统的控制

研究了一类具有非线性输入的不确定混沌系统的跟踪控制问题。首先在系统状态已知,系统的非线性项及干扰项的界已知的情况下设计了理想滑模控制器,然后在系统只有一个状态可测,非线性项及干扰项的界未知的情况下,利用扩张观测器观测出系统的未知信息再设计控制器,从而实现了混沌系统的跟踪控制。最后对Duffing系统进行数值仿真,结果表明该控制方案是有效的。     

基于负载转矩估计的PMSM无抖振滑模控制

针对永磁同步电动机(PMSM)转速矢量控制系统,提出一种将高阶滑模和非奇异终端滑模相结合的控制方法,在保证系统全局一致稳定情况下,消除滑模控制的抖振现象,实现快速、准确的转速跟踪控制.采用转速/电流双闭环控制结构,针对转速环,提出一种自适应负载转矩估计方法,解决了未知负载扰动问题;针对电流环,提出一种指教趋近律,提高了电流环的响应速度.仿真结果表明,与传统的PI控制方法相比,所提控制方法鲁棒性强,响应速度快,转速跟踪效果较好.     

基于广义预测算法的直接转矩控制仿真

针对电动汽车电机驱动控制系统结构复杂且系统性能受负载不确定性影响的缺点,提出了一种用于永磁同步电动机广义预测控制方法。从驱动系统动力学方程出发,建立了不依赖电机控制参数的驱动系统CARIMA模型,并采用广义预测算法对驱动系统的给定转矩进行了控制;为了获得良好的变速性能,实现了基于GPC的PMSM驱动系统的直接转矩控制;最后对系统变速过程进行了仿真。仿真结果对比表明,这种控制结构和方法能够实现对转矩变化的有效控制,使速度变化具有较好的平缓控制效果,在工程实际中有很大的应用潜力。     

自适应观测器

一、前 言 在控制系统的设计和测试过程中,通常需要与控制对象(装置)参数和状态变量有关的信息。但在实际装置中,参数往往是未知的,而状态变量也难以获得。在参数已知,仅仅状态变量难以获得的情况下,众所周知,用Luenberger的状态观测器可以估算状态变量,但若参数未知,则不能构成这种状态观测器。在这种情况下,需要构成一种既能确定未知参数,又能估算状态变量的自适应系统。这样的自适应系统就是自适应观测器。     

基于未知输入观测器方法的非线性切换系统故障检测

基于非线性未知输入观测器方法对一类离散时间非线性切换系统的故障检测问题进行了研究。给出了两种不同结构的非线性未知输入观测器。针对每一种观测器都考虑了两种切换信号:任意时间切换信号和满足平均驻留时间的切换信号。在任意切换信号下,使用了切换Lyapunov函数的方法来设计非线性未知输入观测器的参数;在满足平均驻留时间切换信号下,使用了多Lyapunov函数方法进行观测器参数的设计。然后利用已知的非线性未知输入观测器,得到残差生成器,进而实现故障检测。通过数值仿真例子,验证了故障检测方法的有效性。     

一种新的未知输入观测器设计方法

基于线性系统结构的分解原理,提出一种新的含未知输入的观测器设计方法,利用矩阵分解技术,将带有未知输入的动态系统分解为彼此相互联系的两个系统,它们分别仅由已知输入所作用。给出了设计算法,该算法简洁、适用,通过简单的代数运算即可实现含未知输入观测器的设计,仿真结果验证了所提方法的可行性。     

基于自适应速度观测器的感应电机控制策略

给出了一种基于全阶模型参考自适应速度观测器的感应电机速度和磁通控制策略.该控制策略能确保转子速度和转子磁通幅值准确跟踪参考值,且对转子时间常数的漂移和负载转矩的变化具有强鲁棒性.控制器的结构由开环和闭环两部分组成,其中开环控制器确保控制信号能够准确跟踪期望值,闭环控制器由实现系统鲁棒镇定.所采用的速度观测器在低速条件下性能良好,观测结果明显优于传统速度观测器.仿真结果验证了该控制策略和速度观测器的有效性.     

转子电阻对DTC控制系统低速性能影响分析及修正方案

在设计的一种基于自适应磁链观测器的无速度传感器感应电机直接转矩控制系统基础上,运用Lyapunov稳定性理论,构造新型Lyapunov函数,推导出转子速度和转子电阻的自适应辨识率,从理论上严格证明了磁链观测器的稳定性.同时利用LMI工具箱,求解双线性矩阵不等式,得到自适应观测器的增益矩阵,使得磁链观测器的稳定性在包括零点在内的足够大的对称区间里得到保证,从而保证了系统在全速范围内稳定运行.通过仿真和试验,对转子电阻变化对直接转矩控制 系统低速性能的影响进行了仿真研究.研究结果表明:转子电阻变化对直接转矩控制低速性能有较明显的影响,同时,给出的转子电阻辨识方案对直接转矩控制低速时的速度辨识有很好的修正作用.     

基于空间矢量PWM的新型直接转矩控制系统仿真

针对传统的直接转矩控制（DTC）转矩脉动大、开关频率不恒定等向题，在分析永磁同步电机（PMSM）数学模型的基础上，提出了一种善于空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术的新型直接转矩控制系统，并利用MATLAB仿真软件建立了系统模型。该系统采用PI控制器调节磁链和转矩．逆变器由SVPWM控制．仿真结果表明该直接转矩控制系统设计是正确的，并能有效减小磁链和转矩脉动，改善控制系统的性能。     

基于自抗扰控制器的永磁同步电机速度估计

利用自抗扰控制器理论,提出了一种新颖的永磁同步电动机无位置传感器矢量控制系统的转速估计方法。将转速和d轴电流对转矩电流环的耦合作用以及转动惯量的变化看作转矩电流环的扰动量,由自抗扰控制器将其观测出来并加以补偿,从而估计出电机实际转速。仿真表明在0r/min到1500r/min的调速范围内,本方法都能将转速准确地估计出来,并且对负载和转动惯量的变化具有很强的鲁棒性,系统具有良好的动静态性能和抗干扰能力。     

永磁同步电动机自适应反步控制的建模与仿真

设计了一种基于自适应反步控制的永磁同步电动机非残性速度控制器，采用二阶滤波环节平滑速度指令．在设计非线性速度控制器的同时，进行不确定参数及负载力矩的在线自适应估计。建立了采用该控制器的永磁同步电动机速度伺服系统仿真模型．仿真结果表明，所设计的非线性控制器保证了系统的全局一致稳定性，永磁同步电动机伺服系统获得了很好的跟踪效果，并且对参数不确定性及负载力矩扰动具有很好的鲁棒性。     

解析模糊控制在直接转矩控制系统中的应用

提出在PMSM直接转矩控制系统中,采用解析模糊控制状态选择器替代传统的空间电压矢量选择器的新型控制方法,设计完成了基于DSP(TMS320LF2407A)为核心的全数字模糊直接转矩控制系统。在传统的直接转矩系统的基础上,磁链和转矩的调节均采用模糊控制策略,且模糊控制规则解析生成。仿真实验结果表明该控制方案可行,有效地避免了传统直接转矩控制系统在起动和转速突变时,响应不够快且转矩脉动幅度大的缺陷。系统具有良好的动静态性能与鲁棒性。     

永磁同步电机位置跟踪控制器及Backstepping方法建模

针对永磁同步电机(PMSM)绕组相电流和转速强耦合特性，基于backstepping方法设计了高性能的位置跟踪控制器，并建立了采用该控制器的PMSM伺服系统仿真模型。仿真结果表明，用backstepping方法设计的PMSM控制系统可以获得很好的跟踪效果，并且其滤波跟踪误差迅速以指数特性收敛到零，具有很好的位置伺服控制特性。     

基于无源性永磁同步电机模糊滑模控制系统研究

结合无源性控制和滑模控制两种非线性控制方法,并引入交流伺服系统,提出永磁同步电机(PMSM)的无源性滑模控制方法。文中分析了PMSM的无源性,并由此推导出矢量控制算法,采用滑模控制方法,设计了滑模速度控制器,从PMSM能量无源性的角度对控制器稳定性进行了证明,控制器参数由Lyapunov函数稳定性理论给出。针对滑模切换函数的高频"抖动"现象,采用模糊控制方法,设计了模糊切换函数,削弱了滑模切换函数的"抖动"。Simulink仿真和dSPACE实验结果表明:控制系统能够稳定运行,具有良好的动、静态性能和抗扰动能力。     

Neural adaptive sliding mode speed tracking control of a DC motor

We propose a BPNN based adaptive sliding mode control scheme for speed tracking of a DC motor with unknown system nonlinearities. The input-output linearization technique is used to cancel the nonlinearities, and output of the BPNN is incorporated into the controller in the proposed scheme. It is shown that the rotor speed of a DC motor can follow any arbitrarily selected trajectories under variable load torque. Then the application of the approach is tested via some simulations.     

基于MATLAB/SIMULINK的机械传动试验台的仿真

介绍了机械传动试验台的基本结构和运行原理。根据试验台各组成部分的基本方程式,利用MATLAB/SIMULINK环境下的基本模块,搭建了整个试验台系统动态仿真模型;使用逻辑控制对给定机械转速和输入转矩的试验台模型进行了仿真研究。结果表明该方法可以使试验台的实际机械转速和输入转矩跟随给定值。     

基于自适应观测器和自抗扰控制的PMSM直接转矩控制

提出一种新的自适应观测器,用于永磁同步电机直接转矩控制系统的定子磁链和定子电阻估计。该观测器利用静止坐标系下的电压模型估计定子磁链,采用转子坐标系下的电流模型估计定子电流,把定子电流估计误差通过增益矩阵作为反馈信号。定子电阻自适应律根据李亚普诺夫稳定性理论推出,观测器的增益矩阵采用极点配置方法得到,观测器的收敛性根据李亚普诺夫稳定性分析来保证。此外,采用自抗扰控制技术设计了速度控制器,该控制器能对负载扰动进行估计和补偿。仿真结果证明了所提自适应观测器的有效性和自抗扰控制器的抗负载扰动能力。

Abstract：

A new adaptive observer was proposed to estimate the stator flux and stator resistance in the direct torque controlled permanent magnet synchronous motor （PMSM） drive. The stator flux was estimated by using the motor voltage model in the stationary frame, and the stator currents were estimated by using the motor current model in the rotor frame. The current estimation errors were then used as feedback signals through a gain matrix. Stator resistance adaptive law was developed based on Lyapunov stability theory. The observer gain matrix was obtained by using the pole placement method. The stability of the adaptive observer was guaranteed by the Lyapunov stability analysis. In addition, a speed controller was designed based on active disturbance rejection control （ADRC） technique to estimate and compensate the load disturbance. Simulation results have confirmed both the effectiveness of the adaptive observer and the anti-load-disturbance performance of the active disturbance rejection controller.