基于改进型MRAS无轴承异步电机矢量控制系统转速辨识研究

以改进电压模型转子磁链为基础,构建了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。MATLAB/Simulink仿真结果表明:与传统方法相比,所提出的改进电压模型转子磁链提高了转子磁链的观测精度;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,在空载调速和加载情况下,辨识转速和实测转速具有很好的一致性,电机能够稳定悬浮运行,充分验证了所提方案的有效性。     

具有高精度的永磁容错电机非线性电感分析及其解析式求取

 以六相十极永磁容错电机（FTPMM）为例,通过对电机中磁力线分布的分析,得出FTPMM绕组自感的各个主要组成部分,即激磁感、谐波漏感、槽口漏感和槽内漏感,并分析出FTPMM的大电感是通过增加槽口漏感和谐波漏感来实现的。为提高电机优化设计的正确性,提出了新的磁路模型,并引入槽口磁压降参数和槽口计算厚度参数,得出了具有高精度的非线性绕组自感及其组成部分的解析式。最后通过有限元法(FEM)及实验验证,该解析式的精度在13%以内,并且电机具有很强的容错能力,对永磁容错电机的优化设计和性能分析有理论指导意义。     

感应电机全阶状态观测器及其无源性转速控制

为了实现感应电机的高动态调速性能,针对电机的非线性本质,提出了一种基于全阶状态观测器及其转速自适应估算的感应电机无源性转速控制方案。在基于感应电机无源性与稳定性分析的基础上,设计了渐近稳定转矩跟踪无源性控制器。针对无源控制律所需转子电流难以观测的问题,提出了一种旋转坐标系下以转子电流和转子磁链为状态变量的全阶状态观测器,并应用该观测器对转速进行估算,实现了感应电机无速度传感器的无源性转速控制。仿真结果表明该控制方法易于实现,采用全阶观测器观测转子电流值和估算转速值更为准确,显著提高了感应电机的动静态性能。     

基于鲁棒模型的航空交流感应电机预测转矩控制

航空领域对驱动电机的动态、稳态及鲁棒性能提出了更为苛刻的要求。近年来,有限集模型预测控制（FCS-MPC）以其动态响应快、稳态性能好（同开关频率下）等诸多优点成为电机驱动领域的国际研究前沿。然而,预测模型依赖于电机参数,鲁棒性差。特别地,在感应电机的FCS-MPC中,模型失配引起电磁转矩预测误差,进而降低系统性能甚至导致系统失稳。针对此问题,提出了一种基于鲁棒模型的感应电机预测转矩控制。在定子电流预测方面,在传统开环模式的基础上,建立了闭环模式的定子电流预测方程,研究了其稳定性及参数设计方法。在定子磁链矢量预测方面,在传统电压模型预测法的基础上,建立了融合电压模型及电流模型的离散混合预测模型,基于比例积分调节器调节电压模型到电流模型的平滑切换。感应电机的电磁转矩则由闭环模式预测的定子电流和定子磁链计算得到。在一台2.2 kW感应电机实验平台上对本文提出的算法进行验证,实验结果证明了该方法的有效性。     

基于专家控制器的电动汽车感应电机弱磁区优化控制研究

由于感应电机驱动系统采用数字控制器和脉宽调制输出会伴随着数字延迟的问题,加之参数可能存在的扰动,使得传统的间接磁场定向控制方法在感应电机高速弱磁区的控制性能降低。针对此问题,提出了一种基于专家控制器和模糊推理机制的感应电机弱磁区优化控制策略。考虑到传统间接磁场定向控制中电流调节器在弱磁区若没有获得适合的电流参考指令,则可能会产生高频振荡乃至失稳。因此,在传统方法的基础上将转速闭环输出的电流参考先送入到专家控制器,专家控制器基于数据库和模糊推理,对电流参考进行修正,其中模糊推理机制基于简单的高斯函数逻辑实现。最后,构建了感应电机驱动试验平台,开展了电机在弱磁区的高速驱动试验,试验结果验证了新型控制策略的有效性。     

Quantitative speed control for SRM drive using fuzzy adapted inverse model

Quantitative and robust speed control for a switched reluctance motor (SRM) drive is considered to be rather difficult and challenging owing to its highly nonlinear dynamic behavior. A speed control scheme having two-degree-of-freedom (2DOF) structure is developed here to improve the speed dynamic response of an SRM drive. In the proposed control scheme, the feedback controller is quantitatively designed to meet the desired regulation control requirements first. Then a reference model and a command feedforward controller based on an inverse plant model are employed to yield the desired tracking response at nominal case. As the variations of system parameters and operating conditions occur, the prescribed control specifications may not be satisfied any more. To improve this, the inverse model is adaptively tuned by a fuzzy control scheme so that the model-following tracking error is significantly reduced. In addition, a simple disturbance cancellation robust controller is added to improve the tracking and regulation control performances further.     

一种开关磁阻电机无位置传感器控制效率优化策略

针对开关磁阻电机(SRM)的简化磁链法只能实现单相导通运行且导通区间固定的缺点,提出了一种结合固定关断角和自适应调节开通角的无位置传感器控制技术。利用曲线拟合关断位置磁链取代传统存储数据表,通过对比实时计算的动态磁链和曲线拟合的静态磁链,确定关断位置信号并估计转速和其他位置。考虑电机阻抗和电感的非线性特点,优化电感最小区域的开通角自调节模型确定导通区间。仿真结果验证了该方案的可行性和正确性,能够实现转子位置的间接检测,电机的运行效率得到进一步优化。     

双绕组异步发电机励磁无功影响因素的分析

定子双绕组异步发电机控制绕组励磁无功容量与电机参数、负载、转速及变比、功率输出端励磁电容等有很大关系。文章分析了额定负载和空载下控制绕组电流及无功功率随转速的变化规律,着重探求了电机漏感、励磁电感、励磁电容值的变化对控制绕组励磁电流及励磁无功功率的影响情况,所得结果有助于双绕组异步发电机的优化设计。     

基于磁链重构的永磁同步电机分布参数模型

针对基于电感的永磁同步电机(PMSM)线性集中参数模型无法描述电机磁路饱和、反电动势非正弦等非理想特性的问题,提出一种基于磁链重构的PMSM分布参数模型,并进行了仿真和试验验证。首先通过有限元分析(FEA)获取电机不同工作点下的磁链,其次利用傅里叶级数展开和多项式拟合方法对磁链进行重构,再根据重构的磁链建立起PMSM分布参数模型,并进行了仿真和试验验证。仿真和试验结果表明,模型能准确描述PMSM在不同工况下的非线性特性。     

基于气隙磁场定向的无轴承异步电机非线性解耦控制

无轴承异步电机是一个强耦合的非线性复杂系统，实现了其电磁转矩和径向悬浮力之间的解耦控制是该电机稳定运行的前提。本在研究电机磁悬浮机理的基础上，提出了利用气隙磁场定向控制来实现两之间的动态解耦控制。仿真实验也证明该控制算法不仅能实现电机稳定的悬浮，而且使电机具有良好的调速性能。     

Efficient technique for suppression of motor transient voltage

This paper presents a design consideration for the effects of long feeding cables in pulsewidth modulation (PWM) voltage-fed drive. The focus is mainly the overvoltage transient presented in the motor. Theoretical analysis has been achieved based on the transmission line traveling wave theory. Factors contributing to the motor transient overvoltage including typically < 2 pu (per unit) bus voltage or especially the > 2 pu case are described both in theory and by experiment. An improved simple filter structure with low power loss has been proposed. Case study for an adjustable speed ac motor drive is demonstrated by means of prototype experiment to prove its performance and effectiveness.     

基于有效磁链观测器的内置式永磁同步电机的无差拍直接转矩控制

为提高永磁同步电机驱动系统的性能,提出一种无速度传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)无差拍直接转矩控制方法。在建立电机离散化模型的基础上,导出了转矩与磁链的无差拍电压控制律。采用图形化辅助解析的方法,直观地表达了无差拍直接转矩控制电压矢量解的物理含义。将无差拍直接转矩控制与基于有效磁链观测器的速度估算方法相结合,实现了IPMSM的无速度传感器控制。仿真结果验证了该方法的有效性。     

盘型磁流变流体阻尼器悬臂转子系统响应时间测试

在不同的磁流变流体、激励方式、转子转速以及磁场强度情况下系统地测量了盘型磁流变流体阻尼器悬臂转子系统的响应时间。结果发现转子系统的响应时间由初始响应时间、快速响应时间和慢变响应时间3部分组成。转子系统的初始响应时间一般小于100ms,快速响应时间一般在50～400ms的范围内,两者均不可能为几个毫秒。初始响应时间及快速响应时间不仅与磁场强度、磁流变流体的组分和转子转速有关,而且还与激励方式有关。突加电流过程中的响应时间比去掉电流过程中的响应时间短。无论是在突加电流还是在去掉电流的过程中,都存在着一个由磁化或去磁过程引起的初始滞后时间。      

The effect of the magnetizing inductance on the small-signaldynamics of the isolated Cuk converter

The magnetizing inductance of the isolated Cuk converter introduces an undesirable pair of closely spaced complex zeros and poles, or a glitch, in the control-to-output transfer function. Limited analysis and experimentation in the past have shown that sufficient increase in the magnetizing inductance or manipulation of the ratio of the capacitances of the energy transfer capacitors can reduce the glitch. In this work, the isolated Cuk converter with coupled input and output inductors has been studied and the dependence of the glitch on various circuit parameters has been determined analytically. A condition has been derived for the ratio of the capacitances of the two energy transfer capacitors which completely eliminates the glitch at a given operating point. With this condition satisfied, it is shown that the energy transfer capacitors can be easily damped by a simple RC network to eliminate the glitch from a wide range of operation about an operating point     

具有效率优化计算的异步电动机自抗扰与滑模直接转矩控制

为了克服异步电动机直接转矩控制中转矩和电流脉动大等缺点,设计改进的自抗扰速度控制器取代传统的比例积分(PI)控制器。根据异步电动机的数学模型以及滑模变结构控制理论设计了一种基于转矩误差和磁链平方误差的新型滑模控制器。考虑电机运行过程中负载转矩未知问题,设计了一种基于Supertwisting算法的负载转矩观测器。Supertwisting定子磁链观测器的应用提高了观测精确度。通过效率优化计算得出稳态时最优定子磁链,并将其引入调速系统。仿真试验结果表明,该控制策略有效地减小了转矩和电流脉动,并且对外部扰动具有较强抑制作用,同时能够降低电机运行损耗,具有良好的动态和稳态性能。     

Adaptive recurrent-neural-network control for linear inductionmotor

In this study an adaptive recurrent-neural-network controller (ARNNC) is proposed to control a linear induction motor (LIM) servo drive. First, the secondary flux of the LIM is estimated with an adaptive flux observer on the stationary reference frame and the feedback linearization theory is used to decouple the thrust force and the flux amplitude of the LIM. Then, an ARNNC is proposed to control the mover of the LIM for periodic motion. In the proposed controller, the LIM servo drive system is identified by a recurrent-neural-network identifier (RNNI) to provide the sensitivity information of the drive system to an adaptive controller. The backpropagation algorithm is used to train the RNNI on line. Moreover, to guarantee the convergence of identification and tracking errors, analytical methods based on a discrete-type Lyapunov function are proposed to determine the varied learning rates of the RNNI and the optimal learning rate of the adaptive controller. The effectiveness of the proposed control scheme is verified by both the simulated and experimental results. Furthermore, the advantages of the proposed control system are indicated in comparison with the sliding mode control system     

基于稳态欠秩方程的永磁同步电机多参数并行辨识

针对永磁同步电机(PMSM)运行过程中电机参数受运行工况影响实时摄动的问题,提出一种基于稳态欠秩方程的电机多参数并行在线辨识算法。对PMSM稳定状态方程组的系数矩阵进行分析,指出PMSM稳定状态方程组为秩数为2的包含3个未知参数的欠秩方程。基于Lyapunov稳定性理论及Popov超稳定性理论分别设计了PMSM模型参考自适应多参数并行辨识器,通过设计合理的自适应律使得参考自适应系统渐进稳定,对电机定子电阻、电感及转子磁链进行相应辨识。试验辨识结果验证了所提辨识算法的有效性和实用性。     

准Z源逆变器驱动永磁同步电机的有限集模型预测控制

针对准Z源逆变器(qZSI)驱动永磁同步电机(PMSM)系统的特点,在两相静止坐标系下,提出一种有限集模型预测控制策略。由准Z源网络电容电压闭环与PMSM电磁功率前馈生成电感电流参考值,通过预测电感电流值并引入子代价函数来确定是否选择直通(ST)状态,以实现qZSI的升压控制。在非直通(NST)状态下,分别对8种开关状态下的PMSM定子电流进行预测,并与转速闭环控制生成的参考电流进行比较,选择最优的开关状态,以实现对PMSM的控制。仿真结果表明,所提控制策略可实现对qZSI的升压及PMSM转速的控制,系统具有良好的稳态及动态性能。     

一种变频电机参数离线辨识方法的研究

传统电机参数辨识采用固定脉冲宽度调制(PWM)波占空比。该方法导致电流大小不可控,而辨识电流大小又直接影响辨识准确性。为此,提出新的参数离线辨识方法,采用恒电流辨识原理并检测电机相电流,控制辨识电流在给定值附近波动,解决了电机辨识电流不合适问题。设计了续流二极管和IGBT电压模型,d轴和q轴电感辨识都采用在270°而非0°进行辨识,以此提高了辨识精度。最后,在变频冰箱上进行验证并与原来数据进行对比。该方法很好地解决了冰箱电机带背压条件下,电机d、q轴电感辨识不准确、辨识时间长等问题,试验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

基于离散反电动势估计的永磁同步电机无速度传感器控制

针对高速永磁同步电机(PMSM)的无速度传感器控制问题,提出了一种基于离散反电动势估计的PMSM无速度传感器控制策略。实施离散反电动势估计的设计有三点:首先,设计了离散dq电流观测器以消除反电动势估计中的电感交叉耦合效应;然后,设计了延迟补偿模型以补偿数模转换引起的电压误差,同时设计了较为精确的离散模型,以克服由数字实现导致的估计反电动势和实际反电动势之间的偏差;最后,开展了高速PMSM驱动试验,试验结果验证了所提出的高速PMSM无速度传感器控制方案的性能。