基于非奇异终端滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

基于滑模观测器(sliding mode observer, SMO)的永磁同步电机无传感器控制中,SMO的收敛速度和固有抖振均会影响系统的控制性能.针对该问题,设计一种非奇异终端滑模观测器(nonsingular terminal sliding mode observer, NTSMO)以实现永磁同步电机的无传感器控制.首先,构造积分型非奇异快速终端滑模面,使得电流观测误差在有限时间内快速收敛至零,避免奇异问题;其次,利用锁相环方法从观测的反电动势中获取转子的位置和速度,不仅可简化系统,而且能得到更为平滑的估计转子位置和转速;最后,通过Lyapunov函数证明该观测器的稳定性,并利用Simulink软件进行仿真验证.结果表明：采用NTSMO可实现对永磁同步电机转速的准确估计,且转子位置误差小,静态响应好;与传统的SMO相比,NTSMO的收敛速度更快,反电动势抖振更小,其系统控制性能更佳.     

基于新型滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

提出一种新型滑模观测器对永磁同步电机(permanent magnetic synchronous motor,PMSM)转子的位置和速度进行精确的参数估算,该观测器采用变边界层S函数替代传统的正负号函数,S函数的边界层宽度根据永磁同步电机的转速进行调整,有效的克服了正负号函数作为开关函数所带来对电机参数的依赖和抖振的影响。结合永磁同步电机在旋转坐标系的数学模型,推导出观测器的收敛条件,并利用李亚普诺夫理论证明了算法的收敛性。仿真结果表明,该滑模观测器可准确观测转子位置和速度,并且具有良好的动态响应特性和鲁棒性。     

改进型滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制策略

针对永磁同步电机(PMSM)实际运行时定子电阻和电感常发生随机变化的情况,提出了一种可进行永磁同步电机无传感器控制的定子电阻和电感在线辨识的改进型滑模观测器。为了削弱系统高频抖振,用近似饱和函数代替开关函数;基于Lyapunov稳定性理论,在保证观测器稳定性的同时,进行定子电阻和电感参数辨识,并将其反馈到观测器模型,实时修正观测器模型参数,从而提高估算精度;采用锁相环技术计算出转子位置和速度信息,将其反馈到电机控制系统。数值仿真结果表明,改进型滑模观测器能够快速、准确地跟踪转子位置,估算转子速度,且能辨识定子电阻和电感值并进行反馈,实现永磁同步电机无传感器控制。     

基于Super-Twisting滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

针对永磁同步电机矢量控制系统的高性能要求,提出一种基于二阶super-twisting滑模理论的永磁同步电机转子反电动势观测器.对电机反电动势观测值进行运算处理得到电机转子位置与转速,并采用矢量控制对电机转速进行控制,从而实现永磁同步电机的无传感器控制.根据Lyapunov稳定性理论,该观测器的收敛特性,super-twisting算法相比于传统一阶滑模算法极大地削弱了系统的抖振,降低系统超调的同时减小了系统调整时间.仿真和实验结果均表明该方案可有效实现转子位置与转速的估算,且系统具有良好的鲁棒性和动态响应能力.     

新型非奇异终端滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

为了实现对永磁同步电机无位置矢量控制系统所需的转子位置和速度的准确估计,提出一种基于跟踪微分器的新型非奇异快速终端滑模观测器(NFTSMO)。首先,构建积分型非奇异快速终端滑模面,使电流观测误差在有限时间内快速收敛到零,避免了终端滑模存在的奇异问题及传统非奇异终端滑模面中微分状态带来的噪声;然后,结合具有终端吸引子的低抖振切换控制设计滑模控制律,经过跟踪微分器获得平滑的反电动势估算值,减小了传统滑模观测器中低通滤波器引起的相位滞后;最后,基于锁相环原理,从观测的反电动势中调制出转子位置和速度信息。仿真结果表明,采用文中提出的新型滑模观测器可以实现对永磁同步电机转速的准确估计,转速最大估计误差在±1r/min之间,且估计的转子位置无相位滞后,误差小,系统动、静态响应好。与传统滑模观测器相比,该新型滑模观测器具有收敛速度更快、跟踪精度更高、反电动势抖振更小的特点,当系统存在负载扰动及参数摄动时,仍然能够准确地估算出电机转子的位置和速度,具有较强的鲁棒性。     

基于模糊神经滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

为了解决传统滑模观测器的抖振问题,提出了一种用于永磁同步电机的模糊神经滑模观测器。分析了滑模增益对抖振的影响,并采用模糊神经网络动态调整滑模增益以改善抖振,利用李雅普诺夫函数证明了模糊神经网络观测器的稳定性。利用锁相环方法提取转子位置与速度信息,减小由高频噪声引起的误差。仿真结果表明:改进后的滑模观测器能够对永磁同步电机转子位置进行精确辨识,有效地抑制了抖振,实现了高性能的永磁同步电机无传感器控制。     

基于新型双滑模的永磁同步电机无传感器矢量控制

为了降低传统滑模观测器(sliding mode observer,SMO)存在严重的高频抖振、提高转子位置和电机转速估算精度以及降低速度环传统比例积分控制(proportional integral,PI)超调量过大等问题,提出一种基于高阶滑模观测器与新型滑模速度控制器相结合的永磁同步电机无传感器矢量控制方法,用高阶...     

一种永磁同步电机滑模观测器的设计

针对传统开关切换函数滑模观测器存在高频抖振的问题,在研究卡尔曼滤波器优点的基础上,将饱和函数引入到滑模观测中,取消了一阶低通滤波器,构造了一种新型的滑模观测器.该滑模观测器能够减小估算反电势中的纹波,且不产生信号相位差,并较传统的滑模观测器结构简单.同时分析了卡尔曼滤波器参数的变化规律.仿真结果证明,由该滑模观测器构成的控制系统具有良好的动态性能和稳态品质.     

基于预测自适应的永磁同步电机无传感器控制

针对传统永磁同步电机无传感器控制动态性能差和转速信号观测精度低的问题,设计了新型永磁同步电机无传感器控制方法.文章采用在线梯度下降法设计二阶线性扩张状态观测器,该二阶线性扩张状态观测器能够在永磁同步电机负载扰动或转速突变情况下准确快速对电机转速实时估计;同时将预测自适应滑模控制系统应用于转速环节,通过预测自适应估计永磁同步电机扰动变化量进行实时电流补偿.仿真结果表明:二阶线性扩张状态观测器能够对转速准确快速实时估计,且抗干扰能力强;预测自适应滑模控制策略有效缩短电机速度响应时间,显著削弱电机转速、电磁转矩的抖振,表现出良好的动态性和鲁棒性.     

永磁同步电机的分数阶无位置传感器控制

针对永磁同步电机无位置传感器控制系统中存在的低速或零速下控制精度较低的问题,提出他控启动与自控运行的分段控制策略.一方面,当系统处于他控启动阶段时,通过向电机定子绕组输入稳定变化的旋转磁场使电机得以平滑启动或停机;另一方面,当系统处于自控运行阶段时,引入分数阶滑模观测器与分数阶模型的思想,以确保无位置传感器控制系统能实现控制方式间的平滑切换.通过仿真和实验给出了分数阶滑模观测器与整数阶滑模观测器分别作用于无位置传感器控制系统中的响应特性曲线.结果表明,文中提出的算法不但能实现电机的平滑启动,而且能有效地消减控制方式切换过程中所产生的抖振,达到较高的综合控制性能.     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机自适应滑模调速控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统存在参数不确定性及负载扰动问题,提出了一种基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法.在系统模型存在参数不确定性及负载扰动情况下,通过扩张状态观测器对系统的总和扰动进行实时观测,并在控制过程中加以前馈补偿以降低系统总和扰动对控制精度的影响,提高系统的动态性能.由于系统观测误差上界无法精确获得,自适应滑模控制器中的切换控制增益采用参数自适应律来调节,可有效改善系统的抖振现象,保证系统输出高精度跟踪期望信号.仿真结果表明,与传统的比例-积分(proportional-integral,PI)控制方法相比较,提出的基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法具有转速超调量小,响应速度快,对系统的参数不确定性及负载扰动具有很强的抑制力,且能够有效减弱滑模控制的抖振问题和提高系统的鲁棒性能.     

带扰动观测器的RBF神经滑模控制用于PMSM伺服系统

针对永磁同步电动机（PMSM）位置伺服系统,设计了带扰动观测器的RBF神经滑模控制器,使得构建的交流伺服系统既具有较强的抗扰性和鲁棒性,又有效地防止了一般滑模变结构控制所固有的抖振．仿真试验表明系统动、静态性能优良．     

基于改进型指数趋近率的PMSM滑模控制

基于永磁同步电机的动态数学模型设计调速系统,采用以转子磁场定向id=0控制和SVPWM调制相结合的矢量控制,速度调节器采用改进型指数趋近率滑模控制方法。为了减少负载扰动的影响,提出一种负载转矩观测器,并对控制量进行补偿。Matlab仿真结果表明,与一般指数趋近率滑模控制相比,改进型指数趋近率滑模控制器能有效提高系统的静态、动态特性和鲁棒性,同时转矩观测器可以准确辨识转矩值,实时对扰动进行补偿。     

基于新型趋近律和扰动观测器的永磁同步电机滑模控制

为了提高永磁同步电机的转速控制性能,克服扰动对伺服控制的影响,提出了一种基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法.设计了一种新型趋近律,以解决传统趋近律滑模面趋近时间和系统抖振之间的矛盾,提高系统响应快速性.综合考虑系统存在内部参数摄动和外部负载扰动,设计了滑模扰动观测器,并将观测值前馈补偿到速度控制器输出端;将观测器切换增益设计为扰动观测误差的函数,以削弱滑模观测值抖振.仿真结果显示,与传统趋近律相比,采用新型趋近律可有效提高系统的响应速度,快速准确的跟踪速度阶跃信号;滑模观测器可准确的观测系统扰动的变化;当系统加入负载扰动时,PI控制最大转速波动值为75 r·min-1,而基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制最大转速波动值较小为30 r·min-1,鲁棒性更好.实验结果显示,采用基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以快速跟踪400 r·min-1的速度指令,调节时间为0.12 s,稳态跟踪误差为±4 r·min-1,且转速无超调;滑模观测器可准确无超调的估计系统扰动值,进一步提高系统的抗扰动性能;当电机以400 r·min-1稳速运行时,加入0.6 N·m的负载扰动,基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法最大转速波动为23 r·min-1,与PI控制相比,转速波动减小了8%.上述仿真和实验结果具有较好的一致性,表明基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以有效抑制滑模控制系统的抖振,提高转速控制系统的鲁棒性和动态响应性能.     

永磁同步电机的数字化电流控制环分析

研究了永磁同步电机(PMSM)电流环的三种控制方法:P调节、P调节加前馈控制和PI调节.其中PI调节器可以实现dq轴电流的近似解耦和无静差控制,较适合于工程应用.对电流的控制最后要通过对绕组电压的控制来实现,为此研究了一种输出电压控制方法,即空间矢量PWM法的原理及实现方法.介绍了一种基于DSP的全数字化控制系统硬件构成.实验结果证明了理论分析的正确性.     

模糊超扭曲滑模观测器在PMSM中的研究与应用

针对传统滑模控制的永磁同步电机(PMSM)无感系统调速过程中,由于滑模函数存在高频开关量而导致转速抖动的问题,提出使用模糊超扭曲二阶滑模观测器(FST-SMO)进行改进的策略;新型观测器采用高阶滑模控制理论搭建,将滑模函数开关量转移到了高阶导数中,利用算法的积分运算削弱开关量抖振;同时考虑到传统二阶滑模观测器的增益为固定值,无法根据误差量自行调节的问题,提出了基于模糊控制的增益自调节方法,根据误差值及其变化趋势,利用模糊算法输出当前的滑模增益,增强了系统稳定性及鲁棒性;在Simulink环境中搭建了基于模糊超扭曲滑模系统(FST-SMO)的永磁同步电机仿真模型,在不同调速区间内进行调速仿真,并与传统滑模系统仿真的转速波动以及转子角度跟随性进行比较,仿真结果验证了模糊超扭曲滑模观测器具有更高的控制精度与更强的适应性,转速平稳角度跟随性能优越,有效降低转速的抖振。     

永磁同步电动机步进控制的电动执行器研究

文章研究了基于交流步进控制理论的永磁同步电动机控制策略及其在电动执行器中的应用,并利用DSP芯片TMS320F240设计了全数字控制器,完成了步进电源触发的执行器驱动器设计,并对本课题开发的执行器系统的结构和性能进行了分析。实验证明,系统具有良好的速度和位置控制性能。     

基于滑模观测器与分数阶锁相环的无传感器PMSM矢量控制(英文)

提出一种基于滑模观测器与分数阶锁相环(FO-PLL)的无传感器永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)矢量控制算法.首先用滑模观测器估计出反电势,然后设计FO-PLL对转子位置和速度进行估计.切换函数采用饱和函数代替开关函数,有效地削弱了滑模观测器存在的抖振.所提出的FO-PLL包含一个可调的分数阶次r,因此与传统锁相环(PLL)相比,该FO-PLL具有一个额外的自由度,传统PLL也可以看成是FO-PLL的一个特例.通过选择合适的分数阶次r,能够获得更好的转子位置和速度观测性能.仿真结果证明了所提方法的有效性.     

PMSM的基于神经网络非线性预测控制

采用三层前向神经网络作为PMSM转速预测模型,对PMSM进行非线性预测控制.先通过离线训练获得初始预测模型,再在线对神经网络模型的权值和阀值进行调整;控制算法是将预测模型处理成线性和非线性两部分,并用一种快速线性预测控制方法求取控制律,大大减小在线计算量和提高控制的实时性.最后仿真结果表明该方法具有良好的动、静态特性和抗干扰能力.