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永磁同步电机参数在线辨识研究

永磁同步电机参数在线辨识研究

作者：王朋东南大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,简称PMSM)效率和功率密度高,近年来广泛应用于工业伺服驱动、电动汽车和可再生能源发电等行业。永磁同步电机运行由于受到温升和磁路饱和等因素影响,电气参数,包括例如定子电阻、转... 详细信息

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,简称PMSM)效率和功率密度高,近年来广泛应用于工业伺服驱动、电动汽车和可再生能源发电等行业。永磁同步电机运行由于受到温升和磁路饱和等因素影响,电气参数,包括例如定子电阻、转子永磁磁链和定子电感等,实时发生变化。为了提升PMSM的控制性能,需实时获得其电气参数。本文对参数辨识的核心问题“欠秩”展开研究,提出参数辨识方案,搭建以ARM为控制器的电机驱动实验平台,对参数辨识算法进行实验研究。两个参数辨识方案如下:1)提出一种基于阶梯波电流注入的PMSM参数辨识方法。采用遗忘因子递推最小二乘算法(forgetting factor recursive least square,简称FFRLS),辨识PMSM定子电阻、转子永磁磁链和交、直轴电感。针对电流注入引起的电感变化会导致参数辨识收敛困难和参数在线辨识运算量大两个问题,本文建立电感线性化模型,采用分步参数辨识方法,提高参数辨识精度和降低运算反馈矩阵的阶数。为了减小阶梯波电流注入引起的电磁转矩脉动,保证参数辨识精确性和收敛快速性,提出阶梯波频率和幅值的选取方法,研究持续激励(persistence of excitation,简称PE)条件,对逆变器非线性进行补偿。建立基于阶梯波电流注入参数辨识方法的仿真模型,验证该辨识方法的有效性。2)提出一种基于方波角脉冲注入的SPMSM参数辨识方法。采用FFRLS算法,辨识表贴式永磁同步电机(SPMSM)转子永磁磁链和定子电感。探究消除逆变器非线性对参数辨识影响的原理,考虑SPMSM磁路饱和,补偿方波角脉冲注入引起的电感变化。分析参数误差和收敛特性,选取合适的方波角幅值和频率。建立基于方波角脉冲注入参数辨识方法的仿真模型,验证该辨识方法的有效性。基于ARM控制器,设计PMSM驱动控制系统的硬件电路和软件架构,搭建PMSM驱动控制系统实验平台,验证基于阶梯波电流注入和方波角脉冲注入参数辨识方法的有效性。

关键词：永磁同步电机参数在线辨识阶梯波电流注入法方波角脉冲注入法逆变器非线性补偿

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表贴式永磁同步电机参数在线辨识的研究

表贴式永磁同步电机参数在线辨识的研究

作者：魏中文重庆大学

学位级别：硕士

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）因其结构简单、体积小、重量轻、损耗小和效率高等特点，在高性能控制系统中得到了广泛应用，并且对其控制系统性能的要求也越来越严格。高性能的永磁同步电机控制系统的实现... 详细信息

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）因其结构简单、体积小、重量轻、损耗小和效率高等特点，在高性能控制系统中得到了广泛应用，并且对其控制系统性能的要求也越来越严格。高性能的永磁同步电机控制系统的实现离不开精确的电机参数，然而永磁同步电机参数会随着运行点的不同而发生改变，给高性能控制系统的实现带来了困难，降低了系统的动态性能。因此，对电机参数在线辨识方法的研究成为了热点。目前，永磁同步电机参数在线辨识中存在的问题主要有：辨识结果不准确、辨识算法过于复杂和多个参数同时辨识时存在耦合等问题。本文首先介绍了永磁同步电机的数学模型、坐标变换原理以及永磁同步电机矢量控制原理;介绍了一种电流环中含交叉乘积项的永磁同步电机矢量控制方式，该方式通过引入电机参数和转速的因素来合理地调节电压值，无论电机参数大小和转速高低，都可以得到准确的d、q轴电压控制值，从而使d、q轴电流得到准确的控制。然后分析了引起电机参数变化的因素以及参数变化给控制系统带来的影响;介绍了电机参数在线辨识中常用的三种方法：最小二乘法、模型参考自适应法和卡尔曼滤波法，并分析了各种算法的优缺点。最后，为减小参数变化给控制系统带来的影响，本文针对表贴式永磁同步电机矢量控制系统，在分析了参数变化带来的影响与电流环PI调节器之间关系的基础上，提出了一种在线辨识表贴式永磁同步电机电感和永磁体磁链的方法，该方法在同步旋转的d q坐标轴系下，利用d、q轴电流环PI调节器的输出对所辨识参数进行估算。在Matlab/Simulink中建立了表贴式永磁同步电机参数在线辨识的仿真模型，仿真结果验证算法的有效性，所辨识参数能够快速、准确的收敛到其真实值，系统稳定后，电流环PI调节器输出为零，提高了系统的动态性能。在以TMS320F2812为控制芯片的矢量控制平台上进行了实验验证，在控制芯片中通过软件编程的方式加入所提出的参数在线辨识算法，实验结果同样验证了该方法的准确性和有效性。

关键词：永磁同步电机矢量控制参数在线辨识

基于参数在线辨识的永磁同步电机鲁棒预测控制方法研究

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基于参数在线辨识的永磁同步电机鲁棒预测控制方法研究

作者：唐润忠湖南工业大学

学位级别：硕士

高性能永磁同步电机系统在全球新一轮产业变革和工业革命中占据着举足轻重的地位,特别是在航空航天装备、智能机器人、高档数控机床、特种作业船舶、新能源汽车与先进轨道交通装备等重点领域。永磁同步电机系统的控制性能对先进产业装... 详细信息

高性能永磁同步电机系统在全球新一轮产业变革和工业革命中占据着举足轻重的地位,特别是在航空航天装备、智能机器人、高档数控机床、特种作业船舶、新能源汽车与先进轨道交通装备等重点领域。永磁同步电机系统的控制性能对先进产业装备的高品质运行具有决定性的作用。然而,传统的比例-积分控制方法在面对电机参数失配及大功率冲击负载等恶劣工况下,难以满足人们对电机控制性能的要求。此外,在一些对可靠度要求较高的特殊应用领域,传统的电机系统尚不能很好地满足先进装备高质量运行的需求。因此,开展常规永磁同步电机及新型模块化多绕组永磁电机系统的高性能控制方法研究,对提升我国先进装备制造业的发展与创新水平具有重要的理论与现实意义。本文以国家自然科学基金项目等为依托,以常规永磁同步电机及新型模块化多绕组永磁同步电机为研究对象,以探讨解决其研究对象的参数敏感性问题为出发点,系统开展了参数失配下常规永磁同步电机及新型模块化多绕组永磁同步电机系统的鲁棒预测控制方法研究。研究内容具体涵盖了:常规永磁同步电机及新型模块化多绕组永磁电机的数学模型建立、驱动拓扑设计、参数敏感性分析、多参数在线辨识及鲁棒预测控制方法等方面,建立了较为完善的常规永磁同步电机及新型模块化多绕组永磁电机的控制技术体系,旨在为复杂工况下的工程应用提供一定的理论指导与参考价值。本文具体研究内容如下:(1)针对复杂工况下永磁同步电机存在模型参数失配导致控制系统性能下降的问题,提出了一种基于参数在线辨识的鲁棒电流预测控制方法。首先,建立了永磁同步电机预测控制模型,详细分析了电磁参数失配对电机响应电流及输出转矩和转速的影响。然后,设计了基于Adaline神经网络的参数辨识器,在传统的权值调整算法上,提出一种应用于电机参数辨识系统的新型动态混合最小均方算法。最后,将在线辨识的参数实时输入到电流预测控制器中,以避免参数失配对控制系统性能的影响。通过仿真和实验结果验证了所提方法和新型算法的可行性和有效性。与常规的电流预测控制方法相比,所提方法不仅能够精准地在线跟踪电机参数的变化,而且有效抑制了参数失配导致的响应电流偏差。(2)针对永磁同步电机系统模型参数失配和控制电压一拍延迟对响应电流的影响,提出了一种具有电压系数矩阵更新的鲁棒无差拍预测电流控制方法。首先,分析了传统无差拍预测电流控制的参数敏感性,并基于改进的Adaline神经网络设计了多参数误差在线辨识器。其次,提出了以参数失配误差作为神经网络权值的新型辨识结构,提高了参数失配下电流跟踪性能的鲁棒性。同时,利用参数误差辨识值更新控制电压的系数矩阵,计算下一时刻的电流预测值,消除了一拍延时的影响。最后,通过仿真和实验验证了所提鲁棒无差拍预测电流控制方法的有效性和可行性。仿真和实验结果表明,该方法通过电压系数矩阵的更新,提高了对参数失配的鲁棒性,并补偿了一拍延迟的影响。(3)针对新型模块化多绕组永磁同步电机模型参数失配及大功率冲击负载扰动导致难以满足高精度电机控制的问题,提出了一种基于模块化多参数在线监测的转速和电流预测控制策略。首先,设计了具有独立直流源的N个并联逆变器驱动拓扑,以满足模块化多绕组永磁电机预测控制系统的强容错性。其次,提出了一种改进的Adaline神经网络多参数在线辨识方法,实现了对电磁参数和未知负载扰动的精准在线监测。再次,开发了基于参数在线监测模块的鲁棒双环预测控制器,该控制器可以有效地增强外环速度预测控制和内环无差拍电流预测控制对模型参数失配和大功率冲击负载的鲁棒性。最后,仿真和实验结果验证了所提策略与传统的转速和电流预测控制方法相比,可以显著地提高速度和电流预测精度,并降低在各种复杂参数失配和大功率冲击负载扰动下的跟踪误差。

关键词：永磁同步电机模块化多绕组永磁电机鲁棒预测控制参数失配 Adaline神经网络参数在线辨识负载扰动

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感应电动机磁链观测与参数在线辨识方法研究

电机与控制应用 2018年第11期45卷 72-77页

作者：周江华万山明华志超华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室湖北武汉430074

针对感应电动机在矢量控制过程中存在的转子磁链定向不准确的问题,解释了磁链观测误差的原因,重点研究了电机参数的在线辨识方法。提出了基于模型参考自适应系统的感应电动机磁链观测与参数在线辨识方法。基于波波夫超稳定性定理,设计... 详细信息

针对感应电动机在矢量控制过程中存在的转子磁链定向不准确的问题,解释了磁链观测误差的原因,重点研究了电机参数的在线辨识方法。提出了基于模型参考自适应系统的感应电动机磁链观测与参数在线辨识方法。基于波波夫超稳定性定理,设计了转子时间常数与励磁互感的双参数自适应律。该方法以电压模型磁链观测器作为参考模型,在线辨识出电流模型磁链观测器所需的参数,使磁链观测结果具有收敛性和鲁棒性,从而避免了电机参数测量不准确与容易变化对磁链定向造成的不良影响。仿真结果表明该方法具有实时性与可行性。

关键词：感应电机参数在线辨识模型参考自适应系统磁链观测器矢量控制

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自校正调节器全部参数在线辨识的一种新设想

南京理工大学学报(自然科学版) 1982年第4期 117-124页

作者：徐金梁

本文简述自校正调节器的基本原理及闭环系统参数可辨识的条件;引进等效时滞的概念,它可通过开环阶跃响应的试验求取;导出差分方程的系数与等效时滞的关系式,用它做为一个补充方程,可以获得闭环条件全部参数在线辨识的结果。

关键词：自校正调节器差分方程模型参数参数在线辨识最优决策满意决策闭环系统反馈调节系统控制系统新设想纯时滞工业过程控制

随机系统模型参数在线辨识的一种算法及负荷预报

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控制理论与应用 1987年第1期 98-104页

作者：易允文李洪心中国科学院沈阳自动化研究所

本文提出了一种简化的多变量随机系统状态模型参数在线辨识方法。与最小二乘自适应递推算法比较,不仅需要辨识的参数减少,而且针对一类模型参数缓慢变化的系统,可以通过选择不同的遗忘因子序列来控制参数变化的幅度,解决了电力系统负荷... 详细信息

本文提出了一种简化的多变量随机系统状态模型参数在线辨识方法。与最小二乘自适应递推算法比较,不仅需要辨识的参数减少,而且针对一类模型参数缓慢变化的系统,可以通过选择不同的遗忘因子序列来控制参数变化的幅度,解决了电力系统负荷预报中季节模型的老化问题。本方法基于带有随机噪声状态模型的典范型,大大节省了计算机的运算量和存贮容量,适于微处理机的在线应用。

关键词：负荷预报参数在线辨识状态模型负荷模型算法

一种基于离散观测器的DC/DC变换器参数在线辨识方法

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电源学报 2017年第3期15卷 30-37页

作者：吴杭举周雒维重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044

针对功率变换器参数在线辨识问题,提出了一种新的基于离散观测器的DC/DC变换器主电路参数非侵入式在线辨识方法。基于Lyapunov函数提出了一种用于离散系统参数辨识的观测器算法,进一步引入模型噪声估计使得观测器能够适用于经低速采样... 详细信息

针对功率变换器参数在线辨识问题,提出了一种新的基于离散观测器的DC/DC变换器主电路参数非侵入式在线辨识方法。基于Lyapunov函数提出了一种用于离散系统参数辨识的观测器算法,进一步引入模型噪声估计使得观测器能够适用于经低速采样离散化的混杂系统的参数辨识。为将提出的观测器应用到DC/DC变换器参数辨识中,以Buck变换器为例给出了DC/DC变换器离散模型的建立方法。在此基础上,设计了用于Buck变换器主电路参数辨识的离散观测器。观测器根据电感电流、输出电压以及控制器输出即可对滤波电感及其等效串联电阻、滤波电容及其等效串联电阻、负载等效电阻等多个参数进行在线辨识。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。

关键词： Buck变换器参数在线辨识低采样率在线监测参数观测器

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