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基于EKF的感应电机无速度传感器矢量控制低速性能提升

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基于EKF的感应电机无速度传感器矢量控制低速性能提升

作者：李德西安理工大学

学位级别：硕士

无速度传感器控制能够有效降低电机驱动器的成本,并且具有较高的可靠性,因此能够替代传统矢量控制中的速度传感器进行转速闭环控制。近年来,高性能处理器的发展不断成熟,使得扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter,EKF）在无速度传感... 详细信息

无速度传感器控制能够有效降低电机驱动器的成本,并且具有较高的可靠性,因此能够替代传统矢量控制中的速度传感器进行转速闭环控制。近年来,高性能处理器的发展不断成熟,使得扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter,EKF）在无速度传感器控制领域得到广泛研究。然而,当电机长时间运行在低速下,电机的定子电阻参数容易发生变化,从而导致定子电阻压降增大,影响转速估计精度。此外,负载突变也会造成电机转速波动,过大的负载变化甚至会导致电机运行失稳,产生不可逆转的后果。为了提高EKF在电机低速运行下转速估计性能以及抵抗负载扰动的能力,本文主要研究了基于扩阶EKF协同负载扰动观测器的感应电机转速辨识方法,对定子电阻参数和电机转速同时估计,并对该算法的鲁棒性和抗扰能力进行理论分析与实验研究。主要内容如下:第一,本文分析了感应电机的数学模型和矢量控制原理,包括感应电机在不同坐标系下的状态方程以及基于转子磁场定向的矢量控制原理。第二,详细阐述了基于扩展卡尔曼滤波的感应电机转速辨识理论,以及在低速运行下转速估计精度下降的问题。第三,对传统的扩展卡尔曼滤波进行扩阶处理,同时辨识定子电阻和电机转速,并且定性分析了扩阶EKF算法对定子电阻的可观测性以及定子电阻变化对转速估计影响,同时设计负载扰动观测器来抑制负载突变导致的转速波动。第四,通过Matlab/Simulink软件对基于定子电阻辨识的EKF协同负载扰动观测器的感应电机转速辨识方法进行仿真验证。最后,搭建了以TI公司TMS320F28377D为主控芯片的实验平台,并对所提算法进行实验验证。仿真和实验结果表明,与传统扩展卡尔曼滤波算法相比,本文提出的基于定子电阻参数辨识EKF协同负载扰动观测器的感应电机转速辨识算法,有效地提高了低速运行下的辨识精度,降低转速估计误差,同时在电机参数失配和负载突变的情况下也能够准确辨识电机转速,显著提高了感应电机无传感器矢量控制系统在低速运行中的稳态和动态性能。

关键词：扩展卡尔曼滤波转速辨识负载扰动观测器感应电机低速性能提升

基于双参数模型参考自适应的感应电机无速度传感器矢量控制低速性能

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电工技术学报 2012年第7期27卷 124-130页

作者：尹忠刚刘静钟彦儒杨立周西安理工大学电气工程系西安710048

提出了一种基于双参数模型参考自适应的感应电机无速度传感器矢量控制策略,可以同时进行转速辨识和定子电阻辨识,能够有效削弱低速时定子电阻变化对系统的影响,提高了系统的低速带载性能;推导了转速闭环系统的线性化小信号模型,利用根... 详细信息

提出了一种基于双参数模型参考自适应的感应电机无速度传感器矢量控制策略,可以同时进行转速辨识和定子电阻辨识,能够有效削弱低速时定子电阻变化对系统的影响,提高了系统的低速带载性能;推导了转速闭环系统的线性化小信号模型,利用根轨迹法分析了系统的稳定性及PI参数对系统性能的影响。对双参数模型参考自适应算法进行了实验验证,并与传统模型参考自适应算法进行了对比,实验结果验证了算法的有效性。

关键词：双参数模型参考自适应感应电机转速辨识

基于MRAS的感应电机无传感器控制策略优化

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海军工程大学学报 2018年第3期30卷 21-25页

作者：张伟伟肖飞李超然麦志勤海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

传统感应电机无传感器控制策略采用基于电压模型的转速辨识方法,存在积分初始值误差和直流偏置问题,从而影响转速跟踪效率和观测精度。针对这一问题,用滤波环节替代原有纯积分器并增加反馈补偿,提出了一种改进型基于转子磁链的模型参考... 详细信息

传统感应电机无传感器控制策略采用基于电压模型的转速辨识方法,存在积分初始值误差和直流偏置问题,从而影响转速跟踪效率和观测精度。针对这一问题,用滤波环节替代原有纯积分器并增加反馈补偿,提出了一种改进型基于转子磁链的模型参考自适应系统(MRAS)方法。在此基础上,通过MATLAB/SIMULINK平台搭建数学模型,对改进型基于转子磁链的MRAS法和传统MRAS法进行了仿真研究。仿真结果表明:改进型转子磁链MRAS法能够快速准确辨识电机转速,具有较强的鲁棒性和较好的动静态性能。

关键词：无传感器模型参考自适应系统感应电机转速辨识

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异步电机无速度传感器矢量控制策略研究

异步电机无速度传感器矢量控制策略研究

作者：刘恰西安科技大学

学位级别：硕士

随着现代工业日新月异的飞速发展,异步电机的应用越来越广泛,对其性能的要求也愈加严苛。由于异步电机的交流调速系统自身具有非线性、强耦合、多变量的特点,需要解决控制系统抗干扰能力差和电机转速辨识精度低等问题,所以本文研究了异... 详细信息

随着现代工业日新月异的飞速发展,异步电机的应用越来越广泛,对其性能的要求也愈加严苛。由于异步电机的交流调速系统自身具有非线性、强耦合、多变量的特点,需要解决控制系统抗干扰能力差和电机转速辨识精度低等问题,所以本文研究了异步电机的自抗扰控制技术和转速辨识方法,以满足工程中高性能要求。根据空间矢量控制原理分析了异步电机在不同坐标系下的数学模型,再使用自抗扰控制将异步电机数学模型中的耦合项和参数摄动等视为总干扰,并通过线性扩张状态观测器对其进行估计并加以补偿,从而间接性的实现了磁链和转矩的完全解耦,它不依赖于电机的精确数学模型,便使系统线性化为积分器串联型结构,从而简化了控制对象,提高了控制性能。使用参考模型自适应方法建立电机转速辨识模型,选取扩张状态磁链观测器替代传统的电压型磁链观测器作为参考模型,电流型磁链观测器为可调模型,再根据波波夫超稳定理论分析系统稳定性,并计算出合适的转速辨识自适应律,使用自适应律处理两模型输出之差,再反馈电流型磁链观测器中,不断调节使得差值趋向于0,最终获得精确的电机转速。最后在MATLAB/SIMULINK仿真平台上对上述理论研究进行仿真,与传统PI控制和转速辨识系统做了详尽的对比实验;并搭建了硬件实验平台,完成了程序设计和硬件调试。分析了仿真和硬件实验结果,验证了该控制方案相较于传统方案,具有强抗扰动能力、速度辨识精度高等良好的系统鲁棒性。

关键词：异步电机自抗扰控制磁链观测器转速辨识

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无轴承异步电机无传感器控制系统研究

无轴承异步电机无传感器控制系统研究

作者：陈有鹏河南科技大学

学位级别：硕士

无轴承异步电机,是集磁轴承和交流电机功能于一体的新型电机;为了获得更好的磁悬浮运行控制性能,需要实时获取转速反馈信号。然而,机械式速度传感器存在安装困难、易受环境干扰等问题。本课题将以无轴承异步电机为研究对象,在其逆系统... 详细信息

无轴承异步电机,是集磁轴承和交流电机功能于一体的新型电机;为了获得更好的磁悬浮运行控制性能,需要实时获取转速反馈信号。然而,机械式速度传感器存在安装困难、易受环境干扰等问题。本课题将以无轴承异步电机为研究对象,在其逆系统解耦控制的基础上,重点对其无速度传感器控制问题开展研究。本文研究的主要内容包括以下几方面:（1）利用建立的无轴承异步电机的数学模型,采用逆解耦控制方法实现无轴承异步电机各变量间的解耦。（2）针对无轴承异步电机无速度传感器控制问题,分析了基于转子磁链的模型参考自适应转速观测方法的不足,在此基础上,对转矩绕组的磁链电压模型进行了改进;结合滑模变结构理论,研究了滑模变结构-模型参考自适应转速观测器。仿真结果表明:采用设计的滑模变结构-模型参考自适应转速辨识方法,可获得很好的转速观测效果,能够实现无轴承异步电机无速度传感器控制的目的。（3）为了提高转速辨识对电机参数的鲁棒性,采用滑模观测器直接对转子磁链进行直接观测,并在此基础上,推导出了转速的在线辨识表达式,采用李雅普诺夫理论,证明了该滑模观测器的稳定性。系统仿真结果表明:该滑模观测器法可以获得较好的转速以及转子磁链观测性能。（4）为了利用模型参考自适应方法简单易用的优点,同时克服基于磁链的模型参考自适应方法的不足,研究了基于无功功率的模型参考自适应方法用于辨识转速;并理论证明了此方法的稳定性。在此基础上,研究了基于无功功率的转子电阻辨识方法,并利用转子电阻的辨识结果对控制系统中相关参数进行修正。仿真结果表明:基于无功功率的模型参考自适应方法观测转速及转子电阻,具有良好的观测效果;将观测到的转子电阻对控制系统中相关参数修正后,无轴承异步电机可以获得更好的运行控制效果。

关键词：无轴承异步电机转速辨识转子电阻辨识无功功率滑模观测器模型参考自适应模糊控制

基于无功功率自适应模型的异步电机无速度传感矢量驱动控制研究

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基于无功功率自适应模型的异步电机无速度传感矢量驱动控制研究

作者：刘萌森河北工业大学

学位级别：硕士

异步电机是国民经济中重要的电力设备,在人民生产生活中起到重要的作用。异步电机的交流传动技术日趋成熟,但是精度高、响应速度快、稳定性高的控制却很难。本文着眼于此问题,从控制环路、磁链观测器、转速辨识、参数辨识、控制器设计... 详细信息

异步电机是国民经济中重要的电力设备,在人民生产生活中起到重要的作用。异步电机的交流传动技术日趋成熟,但是精度高、响应速度快、稳定性高的控制却很难。本文着眼于此问题,从控制环路、磁链观测器、转速辨识、参数辨识、控制器设计等各个局部进行优化,设计了基于无功功率自适应模型的矢量控制系统。电机驱动控制是一门综合性的学科,本文力图从多个角度优化电机的控制性能。在控制环路的设计上,本文采用了磁链环、转速环作为外环,电流环作为内环的异步电机解耦模型。为了达到增快控制环路的快速性的目的,电流环路加入了电压前馈补偿。按照典型控制系统的工程设计方法,整理了各个环路PI调节器的计算方法。在磁链观测器的设计上,采用了闭环定子磁链观测的方法。该方法通过设计电压补偿环路,使用PI调节器抑制磁链电压观测模型的积分漂移问题。计算得到定子磁链后,再通过磁链定向的方法,根据定转子磁链的转换关系得到转子磁链。经过仿真分析,取得了很好的效果。转速辨识上,使用模型参考自适应的方法,所使用的模型为无功功率模型。这种模型计算的转速与定子电阻关系不大,能够很好的计算转速。同时,经过简单的变形,就可以得到转子时间常数。并给出了合理的电机驱动硬件设计。经过仿真、实验的验证,证明本系统具有很好的动态响应、带负载能力。从而证明本文的无速度矢量控制方案达到异步电机的高性能驱动这一目的的可行性。

关键词：异步电机控制磁链观测器转速辨识参数辨识

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高压绕线电动机转子变频调速技术研究

工矿自动化 2018年第8期44卷 81-86页

作者：程国栋王华平夏晶晶中国矿业大学徐海学院江苏徐州221008 中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015

针对目前高压绕线电动机采用定子侧高压变频器进行变频调速存在的技术难度较大、对电力电子器件耐压值要求高、成本较高等问题,提出了一种高压绕线电动机转子变频调速技术。该技术利用转子侧电压等级低的优点,将功率变换由定子侧转移到... 详细信息

针对目前高压绕线电动机采用定子侧高压变频器进行变频调速存在的技术难度较大、对电力电子器件耐压值要求高、成本较高等问题,提出了一种高压绕线电动机转子变频调速技术。该技术利用转子侧电压等级低的优点,将功率变换由定子侧转移到转子侧,通过通用变频器实现对高压绕线电动机的变频调速。推导了转子变频矢量控制系统数学模型,设计了自适应全阶状态定子磁链观测器,并根据定子磁链观测值实现了转速辨识。Matlab仿真及实验结果验证了转子变频调速技术的正确性及可行性。

关键词：高压绕线电动机转子变频调速技术定子磁链观测器转速辨识