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基于神经元的异步电机直接转矩控制系统速度辨识

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中南大学学报（自然科学版） 2009年第5期40卷 1367-1373页

作者：高金生高宏洋喻寿益中南大学信息科学与工程学院湖南长沙410083

为避开传统的模型参考自适应(MRAS)方法需要求解反馈增益矩阵的问题,在直接转矩控制理论基础上,基于DSVM-DTC系统,在静止两相αβ坐标系下建立异步电机数学模型,推导出定子电流状态方程,并转化为带有5个输入节点、1个输出节点的神经元... 详细信息

为避开传统的模型参考自适应(MRAS)方法需要求解反馈增益矩阵的问题,在直接转矩控制理论基础上,基于DSVM-DTC系统,在静止两相αβ坐标系下建立异步电机数学模型,推导出定子电流状态方程,并转化为带有5个输入节点、1个输出节点的神经元定子电流自适应辨识可调模型。采用Window-Hoff学习规则,推导出速度辨识公式,把辨识出的速度估计值反馈回可调模型中,在线修改可调模型参数,使其输出的定子电流估计值逼近于实时检测的定子电流,产生自适应性,提高定子电流和电机转速的辨识精度。最后,使用37kW异步牵引电机参数在Matlab/Simulink软件平台上进行仿真。仿真结果表明:辨识转速能够准确地跟踪实际转速,动态响应性能好,尤其当参数发生突变时,系统具有很好的鲁棒性,并且实现简单。

关键词：神经元转速辨识 DSVM 直接转矩控制

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感应电机无速度传感器矢量控制系统研究

感应电机无速度传感器矢量控制系统研究

作者：牛春光西安科技大学

学位级别：硕士

感应电机无速度传感器矢量控制系统,具备矢量控制技术的独特优势,还解决了速度传感器带来的种种弊端,在降低调速系统成本、提高可靠性和提升系统调速性能等方面效果显著,因此该技术已成为全球电力传动方向的一大研究热点。但在辨识转速... 详细信息

感应电机无速度传感器矢量控制系统,具备矢量控制技术的独特优势,还解决了速度传感器带来的种种弊端,在降低调速系统成本、提高可靠性和提升系统调速性能等方面效果显著,因此该技术已成为全球电力传动方向的一大研究热点。但在辨识转速的模型参考自适应(MRAS)系统中,电压型磁链观测器存在纯积分环节,其导致速度辨识不准,系统稳定性降低。鉴于此,本文主要做了以下工作。首先,本文对矢量坐标变换原理进行分析,并在此原理基础上分别推导了感应电机在三相静止、两相静止和两相旋转坐标系下的数学模型,建立了按转子磁场定向的感应电机矢量控制数学模型,利用电压空间矢量PWM调制技术,有效降低了电机输出转矩脉动,旋转磁场更趋近圆形。其次,基于扩展状态观测器(ESO)的原理建立了新的转子磁链观测方案,在MRAS辨识转速的基础上,以扩展状态观测器作为磁链观测的参考模型,以电流磁链观测器作为磁链观测的可调模型,依据波波夫超稳定性理论,推导出合理并保证系统稳定的转速辨识自适应律,得到精确的电机转速。最后,利用理论分析结论,在Matlab仿真软件中搭建了无速度传感器矢量控制系统,验证转速辨识方法。设计并建立以TMS320F28335芯片为控制核心的实验硬件平台,在CCS软件环境下编写电机矢量控制程序,对一台1.1kW电机进行调速及加减负载实验。通过搭建的仿真系统和实验平台验证,基于扩展状态观测器原理的电机磁链观测方法和转速辨识方法具备极强的可行性,对电机参数变化、负载扰动鲁棒性强,电机转速辨识精度高。

关键词：感应电机矢量控制技术扩展状态观测器转速辨识

基于滑模观测器的电力牵引系统速度辨识方法的改进

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基于滑模观测器的电力牵引系统速度辨识方法的改进

作者：褚方舟大连交通大学

学位级别：硕士

电力牵引传动系统作为高速动车组和大功率电力机车的原动力,其控制性能决定整车的运行性能,同时准确的速度信息又是保证列车安全、可靠运行的前提。然而,速度传感器受安装位置温度变化、电磁干扰等因素影响,故障率较高,成为制约牵引系... 详细信息

电力牵引传动系统作为高速动车组和大功率电力机车的原动力,其控制性能决定整车的运行性能,同时准确的速度信息又是保证列车安全、可靠运行的前提。然而,速度传感器受安装位置温度变化、电磁干扰等因素影响,故障率较高,成为制约牵引系统可靠性的一个瓶颈,且增加了系统体积和重量,不利于列车节能增效和轻量化的实现。因此,对无速度传感器技术的研究具有十分重要的现实意义。本文鉴于此背景,以某异步牵引电机为控制对象,简要阐述其数学模型及坐标变换原理,为全文的研究奠定理论基础。在现有转速辨识策略中,对开环转速辨识策略和模型参考自适应法（MRAS）的基本原理进行了详细介绍,并指出两者系统均易受参数变化干扰,稳定性较差,且难以保证低开关频率下转速的辨识精度。为提高系统对参数变化的鲁棒性,采用基于滑模观测器（SMO）的转速辨识方案,通过Lyapunov函数法设计转速自适应律。此外,针对抖振现象导致的系统控制性能下降的问题,提出改进型模糊SMO转速辨识策略。通过引入转速误差的平方项,改进传统观测器状态方程的切换增益,迫使滑模抖振随时间推移成衰减走势;同时,采用基于模糊推理的自适应PI结构,并设计相应的控制器参数及模糊规则表。针对系统低速区转速辨识精度差的问题,在改进型模糊SMO方案的基础上,结合模型预测控制（MPC）,加入开关状态约束条件及延时补偿算法,使用权值法设计包含平均开关频率的多种优化目标的价值函数。利用Matlab/Simulink软件,搭建上述各转速辨识策略系统仿真模型。分析各系统在高、低速区控制性能,并着重对比在不同转矩、不同转速下各方案转速辨识精度及系统参数鲁棒性。结果表明,本文所提基于MPC的改进型模糊控制策略可有效降低传统观测器抖振现象,显著提升全速度范围内转速辨识精度,达到抑制输出转矩脉动的效果,且系统具有较强的参数鲁棒性。

关键词：转速辨识低开关频率滑模观测器模糊PI 模型预测

基于滑模观测器的SVM-DTC交流调速实验平台研究

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基于滑模观测器的SVM-DTC交流调速实验平台研究

作者：刘璐哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

交流变频调速技术在工业生产、航空航天、轨道交通以及日常生活等多领域中都发挥着举足轻重的作用。直接转矩控制中定子磁链观测的精度将直接影响电磁转矩的计算以及控制系统的性能,传统u-i观测模型中纯积分器的使用及定子电阻参数对观... 详细信息

交流变频调速技术在工业生产、航空航天、轨道交通以及日常生活等多领域中都发挥着举足轻重的作用。直接转矩控制中定子磁链观测的精度将直接影响电磁转矩的计算以及控制系统的性能,传统u-i观测模型中纯积分器的使用及定子电阻参数对观测结果影响较大。在高校运动控制系统课程实验教学的背景下,为实现对定子磁链的准确观测及无速度传感器技术,本文主要对基于滑模观测器的SVM-DTC交流调速实验平台进行设计。首先,在异步电机动态数学模型的基础上研究基于空间矢量调制的直接转矩控制原理,并对空间矢量调制技术进行介绍。着重分析了传统定子磁链u-i观测模型中由于纯积分器的使用以及定子电阻参数所产生的问题,并进行仿真分析及验证。研究一种基于滑模观测器的定子磁链观测模型,该模型以两相静止坐标系下的定子电流及定子磁链为状态变量建立状态方程,进而构造滑模观测器,并通过反馈矩阵形成闭环系统对观测器中的定子磁链值进行校正,提高定子磁链观测的准确性。在此基础上研究一种基于模型参考自适应的转速辨识方法,在保证系统稳定的条件下设计转速辨识自适应律。在Matlab/Simulink软件中完成基于滑模观测器的SVM-DTC控制系统模型的构建,并进行仿真实验验证控制算法的可行性与控制系统的性能。对交流调速实验平台硬件部分的主电路、控制电路及保护电路进行设计。其中,采用智能功率模块（IPM）减小逆变电路的复杂性;为达到实验平台的开放性、可操作性强等要求,采用上位机PCI总线技术实现与控制芯片DSP2812之间的数据交换。最后,在Visual C++环境下设计人机交互系统、完成控制算法的编程,并在此实验平台上对控制系统进行实验研究。实验结果表明:基于滑模观测器的SVM-DTC控制系统对定子磁链观测的准确度高、鲁棒性强,并能够对转速进行较有效地辨识;交流调速实验平台具有良好的动态及静态性能。

关键词：异步电机 SVM-DTC 定子磁链观测滑模观测器转速辨识

基于负载转矩补偿的电动汽车永磁轮毂电机矢量控制研究

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基于负载转矩补偿的电动汽车永磁轮毂电机矢量控制研究

作者：张博翰江苏大学

学位级别：硕士

随着全球能源危机和环境污染等问题的日益突出,传统内燃机汽车由于尾气排放大和能源利用率低等问题,已经不能适应现代社会的需求。为了促进汽车产业的可持续性发展,环保、高效、能源多元化和智能化的电动汽车成为目前汽车工业主流的发... 详细信息

随着全球能源危机和环境污染等问题的日益突出,传统内燃机汽车由于尾气排放大和能源利用率低等问题,已经不能适应现代社会的需求。为了促进汽车产业的可持续性发展,环保、高效、能源多元化和智能化的电动汽车成为目前汽车工业主流的发展趋势。分布式轮毂直驱电动汽车具有传动链条短、结构紧凑、驱动系统效率高、各轮转矩独立可控等多方面的优点,已经成为电动汽车行业的热门研究方向。轮毂电机作为分布式轮毂直驱电动汽车的核心部件,受到了国内外学者们的关注。本文以永磁轮毂电机为研究对象,对电机矢量控制策略下的转速环设计和负载转矩补偿展开了深入研究。本文介绍了轮毂电机驱动技术的发展现状,分析了轮毂电机性能需求,并选择调速范围宽、输出转矩波动小、功率密度高的永磁轮毂电机作为研究对象。然后以永磁轮毂电机的矢量控制策略为基础,分析了永磁轮毂电机的结构和特点。并推导了矢量控制下电流的坐标变换关系和电机的数学模型,给出了空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)原理。在MATLAB/Simulink中根据i(28)0的矢量控制方法搭建了电机控制模型。针对传统PID控制在永磁轮毂电机控制中存在的控制精度和动态性能的不足,分析了滑模控制的特点和控制性能,在电机矢量控制转速环中设计了一种非奇异快速终端滑模(NFTSM)控制,并提出了一种基于模型参考自适应(MRAC)的转速辨识方法,实现了电机转速环滑模控制过程中电机转速、转子位置信号的准确测量。在MATLAB/Simulink中搭建了上述控制方法的仿真模型,仿真结果表明本文设计的非奇异快速终端滑模控制具有响应快、超调小、动态性能好、鲁棒性强等特点,设计的转速辨识方法也可对电机转速、转子位置进行精确快速的追踪。针对永磁轮毂电机在恶劣工况下转矩输出变化较大的问题,研究了电机控制电流前馈补偿控制策略。设计了一种电机负载转矩观测器并将其与电机转速环滑模控制进行有机结合,构成了前馈-反馈控制系统。仿真结果表明,所设计的负载转矩观测器的观测速度更快,补偿效果更好,可以有效提高电机运行时的抗干扰能力。最后,在上述理论与仿真分析的基础上,搭建了基于Keil uVision5的永磁轮毂电机实验平台,对本文所设计的基于非奇异快速终端滑模控制和负载转矩补偿的前馈-反馈控制系统进行实验验证。得到的实验结果与仿真结果相符,验证了本文所提出的控制方法的有效性和实用性。

关键词：永磁轮毂电机矢量控制非奇异快速终端滑模转速辨识改进负载转矩观测前馈补偿

基于变参数MRAS法的异步电机矢量控制研究

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微特电机 2016年第2期44卷 62-66页

作者：黄劭刚宋凤林洪剑锋陈健强南昌大学南昌330031

提出一种变参数的MRAS法,该方法采用改进电压模型法磁链观测器作为参考模型,采用变参数PI调节器代替传统的PI调节器,即在电机控制低速段与高速段分别取不同的PI参数,其值随着转速变化而变化。通过对基于变参数MRAS法的异步电机无速度传... 详细信息

提出一种变参数的MRAS法,该方法采用改进电压模型法磁链观测器作为参考模型,采用变参数PI调节器代替传统的PI调节器,即在电机控制低速段与高速段分别取不同的PI参数,其值随着转速变化而变化。通过对基于变参数MRAS法的异步电机无速度传感器矢量控制系统仿真与实验表明,改进电压模型法可以较好解决积分漂移问题,且控制系统响应速度得到较大提高,尤其是低速时的收敛速度与转速辨识误差得到有效改善。

关键词：模型参考自适应变参数异步电机矢量控制转速辨识

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异步电机的无速度传感器矢量控制系统设计

异步电机的无速度传感器矢量控制系统设计

作者：行俊锋西安科技大学

学位级别：硕士

感应电机的控制方式主要有三种,分别为直接转矩控制、恒压频比控制、矢量控制,各种控制方法都有其特有的优缺点,而矢量控制相较于其它方法优点更为明显,因此,近些年来在交流调速领域中应用较为广泛。高性能的矢量控制系统都是转速闭环的... 详细信息

感应电机的控制方式主要有三种,分别为直接转矩控制、恒压频比控制、矢量控制,各种控制方法都有其特有的优缺点,而矢量控制相较于其它方法优点更为明显,因此,近些年来在交流调速领域中应用较为广泛。高性能的矢量控制系统都是转速闭环的,而实现转速闭环系统的前提是对于转速的准确辨识,传统的转速辨识方法是在电机的轴承上安装速度传感器等元件,而这种方法不仅增加了成本、破坏了电机固有特性,并且在一些特殊的场合测速精度会受到较大影响,所以研究无速度传感器矢量控制就显得至关重要。本文根据对矢量坐标变换公式的推导建立了不同坐标系下的异步电机数学模型,其中不同的坐标系主要包括三相静止坐标系、两相静止坐标系、两相旋转坐标系,并详细分析了矢量控制的基本原理。另外,通过按转子磁场定向的原理得到了矢量控制的控制方程,实现了励磁电流和转矩电流的完全解耦。同时,还对空间矢量PWM调制方法的基本原理做了分析研究,对其中所涉及的公式进行了推导,给出了具体的实现步骤。接着对无速度传感器矢量控制系统中的转子磁链观测方法做了简要介绍,并分析了不同观测方法的优缺点,给出了改进后的转子磁链观测模型。对文中模型参考自适应系统所涉及的理论基础和基本原理做了研究,并设计了一套以转子磁链为基础的模型参考自适应转速辨识系统,其自适应律通过波波夫稳定性理论可以得到,还对系统的动态稳定性进行了分析,同时给出了电压重构技术的基本原理,作为模型参考自适应系统的理论基础。综上,建立无速度传感器矢量控制系统的框图。在上述理论分析的基础上,本文在MATLAB/SIMULINK仿真环境下对系统的子模块进行建模,对改进的以转子磁链为基础的模型参考自适应系统进行仿真验证,并且搭建了以TI的控制芯片TMS320F28335为核心的变频调速系统硬件平台,最后对部分硬件电路和软件算法做了简要介绍。通过对电机实行加速、减速、正转、反转、加载等实验,观察辨识转速在电机转速调整过程中对实际转速的响应快慢和跟踪性能,并且与仿真波形做对比分析,验证了该方法辨识转速精度较高,具有一定的可行性。

关键词：异步电机矢量控制模型参考自适应转速辨识

可变负载转矩工况下的无速度传感器转速辩识及改进算法研究

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可变负载转矩工况下的无速度传感器转速辩识及改进算法研究

作者：姜双弟大连理工大学

学位级别：硕士

在交流电动机调速系统中,无速度传感器技术的应用降低了系统的成本,提高了系统的可靠性和系统对环境的适应能力。模型参考自适应法是无速度传感器转速辨识的方法之一,它具有稳定性好,计算量少,在硬件上容易实现的特点,所以本文在此基础... 详细信息

在交流电动机调速系统中,无速度传感器技术的应用降低了系统的成本,提高了系统的可靠性和系统对环境的适应能力。模型参考自适应法是无速度传感器转速辨识的方法之一,它具有稳定性好,计算量少,在硬件上容易实现的特点,所以本文在此基础上进行了如下研究：论文第一部分介绍了无速度传感器技术转速辨识算法的发展和研究现状,根据工程实践中存在的问题确定了论文的研究目标。论文第二部分介绍了与直接转矩控制系统相关的理论知识,在此基础上搭建了异步电动机直接转矩控制系统仿真模型。对传统的速度调节器和转矩调节器进行了改进,并对系统的良好性能进行了仿真验证。论文第三部分研究了在系统运行的初始阶段速度辨识模块的辨识转速能否跟踪电动机实际输出转速的变化,针对该问题提出了对速度辨识模块进行初始化训练的方法,并用仿真实验证明经过初始化训练后辨识转速能够真实反映电动机实际输出转速的变化。论文的最后,利用负载转矩与转速辨识误差之间的数学关系搭建了误差校正环节,对速度辨识模块进行了改进。第一步,通过大量仿真实验,得到了负载转矩对应的转速辨识误差数据。然后利用最小二乘法对实验数据进行了处理,得到了负载转矩与速度辨识误差之间的数学关系。第二步,利用得到的数学关系搭建了误差校正模块,对原有的速度辨识模块进行了改进,利用实验验证了误差校正模块的可用性。第三步,根据用户要求用两点标定法代替最小二乘法,简化了误差校正的操作过程;最后一步,通过大量仿真实验,证实负载转矩与转速辨识误差之间的数学关系与电动机的型号无关,扩大了改进的速度辨识模块的应用范围。本文的研究提高了可变负载转矩工况下基于模型参考自适应的异步电动机无速度传感器调速系统的性能,在工程实践中具有重要意义。

关键词：直接转矩控制系统转速辨识可变负载转矩误差校正

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无速度传感器异步电机调速系统研究

无速度传感器异步电机调速系统研究

作者：苗俭威大连交通大学

学位级别：硕士

我国现行轨道车辆中运行使用的是有速度传感器的控制方式,速度传感器悬挂在车体底部,工作环境差,成本高、故障率高。而无速度传感器控制技术最大可以增加电机20%的转矩,在电机功率一定时可使牵引电机小型化轻量化,提高牵引控制单元(TCU... 详细信息

我国现行轨道车辆中运行使用的是有速度传感器的控制方式,速度传感器悬挂在车体底部,工作环境差,成本高、故障率高。而无速度传感器控制技术最大可以增加电机20%的转矩,在电机功率一定时可使牵引电机小型化轻量化,提高牵引控制单元(TCU)的可靠性,还可用于监控列车速度和诊断故障。在现阶段,开展电力机车无速度传感器控制技术的研究对当前我国动车组传动系统具有实用价值。本文分析轨道交通电力牵引交流调速技术的发展以及应用状况、国内外无速度传感器技术在电动车组以及其他轨道交通车辆的应用情况,分析了电机转速的主要几种辨识方法和电机DSP控制系统。依据模型参考自适应技术的控制原理,在MATLABR2010b软件环境下,利用Simulink功能建立完整的基于MRAS的无速度传感器矢量控制系统仿真模型,仿真分析了SVPWM模块的仿真结果、速度环以及MRAS转速估计环节中的PI调节器的参数选择问题,分析了不同的参数对系统控制性能和转速辨识结果的影响。对基于MRAS的无速度传感器矢量控制系统进行仿真分析,分析其电流波形、转速辨识波形、测量转速和辨识转速误差、转矩波形、磁链轨迹等。最后设计构建了基于DSPTMS320F2812和智能功率模块(IPM PS21265)的实验平台,并进行控制实验。分析了主电路结构和设计参数,并设计了驱动隔离电路、保护功能电路、电流检测电路;完成了基于DSP的无速度传感器调速系统的软件实现,编写各个模块的程序。调试硬件电路,并在CCS3.3软件环境下进行了程序代码调试,给出实验结果。实验波形验证了本系统具有较好的调速控制性能。

关键词：异步电机无速度传感器模型参考自适应转速辨识数字信号处理器