基于虚拟参考迭代整定方法的永磁同步电机优化重复控制

基于迭代学习控制的永磁同步电机转矩波动抑制策略刘亚清;邓惟滔【摘要】电流检测误差、空间磁场非正弦和齿槽转矩等问题造成的转矩波动是制约永磁同步电机应用于直驱系统的主要因素.分析迭代学习控制对永磁同步电机转矩波动的抑制作用,讨论参数设计对系统性能的影响,并提出一种参数自适应迭代学习控制策略.相比于现有迭代学习补偿策略,新型控制器无需对转矩进行估算和闭环控制,利于简化系统结构,并且通过在线调节控制器参数,在抑制转矩波动的同时,加快收敛速度,提高系统的动态性能.仿真结果验证该策略的有效性.【期刊名称】《现代计算机（专业版）》【年(卷),期】2018(000)022【总页数】6页(P14-19)【关键词】迭代学习控制;参数优化;永磁同步电机;转矩波动【作者】刘亚清;邓惟滔【作者单位】巴陵石化公司合成橡胶事业部,岳阳414000;湖南理工学院信息科学与工程学院,岳阳414000【正文语种】中文文章编号：1007-1423（2018）22-0014-06 DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2018.22.0030 引言永磁同步电机具有功率密度高、效率高、鲁棒性强和结构简单等优点，因而在工业生产中得到广泛应用[1-4]。

但空间磁场分布非正弦、齿槽效应和电流检测误差等因素引发的转矩波动问题严重影响了调速系统的控制精度，限制了永磁同步电机在高性能直驱系统的应用[5]。

为了抑制永磁同步电机的转矩波动，国内外学者提出了各种方法，大体可分为两类。

第一类是从电机设计角度，主要有斜槽或斜极和改进绕组分布等[6,7]。

这类方法增加了电机设计与制造过程的复杂性，从而最终增加了电机的成本。

第二类是从控制系统设计角度，通过优化控制策略来减小转矩波动。

早期的文献中常采用电流波形优化（Current Profiling）的方法[8]，关键在于获取转子位置及相应转矩波动量的先验关系，属于开环补偿方式。

文献[9]基于傅里叶变换分析电机反电势的各次谐波，并由此计算出产生恒定转矩需要的电流波形，从而通过注入谐波电流达到抑制转矩波动的效果。

一种永磁同步电机的容错控制方法随着科技的发展和工业智能的应用，永磁同步电机已经成为众多工业场景中的重要元件，但是它受到外界环境因素和系统内部因素的冲击，导致它在运行中可能产生不稳定的行为，进而影响其调节精度，如果发生严重的故障，则会导致整个系统的功能无法正常运行。

因此，减少永磁同步电机运行中的故障现象，增强其容错性成为当前电机控制技术研究的重点。

为了解决永磁同步电机运行过程中环境和系统干扰带来的故障，人们提出了许多容错控制方法，但仍存在一些不足之处，如参数调节不精确，代价庞大，受环境影响等。

为了解决这些问题，本研究采取了一种全新的容错控制方法，即Sliding Mode Observer-Based Fault-Tolerant Control（SMOBFTC），该方法在保证调节精度的同时，能有效抑制系统对外界环境的干扰抵御能力。

首先，根据当前系统状态信号建立机电电路模型，并使用滑动模型控制方法调节电机运行状态，同时将一组参数设置在一定范围内，当系统出现异常状态时，便可以使用滑块观察器（SMO）对其进行容错控制，该控制方法可以有效抑制系统对外界环境的影响，减少电机的运行不稳定的状态，有效提高系统的精度。

其次，采用数字模拟实验法，对该方法进行了验证，实验表明，该方法能够有效减少调节器输出误差，降低输出偏差和受环境影响的概率，有效提高电机的稳定性，较好地满足了永磁同步电机容错控制的要求。

本研究采用SMOBFTC方法，对永磁同步电机进行容错控制，通过数字模拟实验，可以看出，该方法能够有效减少电机调节时的误差，不仅可以提高调节精度，而且还能抑制外界环境的影响，可以更好地满足电机的容错控制要求。

由此可见，SMOBFTC方法在永磁同步电机的容错控制中发挥着重要作用，不仅能更好地满足工业电机的容错控制要求，而且可以减少额外的硬件成本，为原来的调节技术提供了一种可靠有效的解决方案。

因此，本研究可以为永磁同步电机的容错控制研究提供一定的借鉴和参考，期待着在未来的研究中进一步将该方法应用在机电系统中，以增强其容错性能，并获得更优的控制效果。

重复控制在永磁电机低速控制系统中的设计摘要：随着电力电子技术、微电子技术、电机控制理论以及稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电机（P M S M ）得以迅速使用。

除了具有一般同步电机的工作特性以外，永磁同步电机还具有效率高、结构简单、转动惯量小、维修性好等特点。

因此，广泛应用于柔韧性制造系统、工业机器人、办公自动化、数控机床以及航空航天等领域。

由于永磁同步电机是一个非线性、多变量、强藕荷的系统，采用传统的 P I D 控制方法很容易受电机参数变化和负载扰动等不确定因素的影响。

为了提高控制系统的动态和静态特性，可以采用新型控制理论和智能控制理论代替 PID 控制，比如滑模控制、神经网络控制、模糊控制等。

本文将分析重复控制用于永磁电机低速控制系统中的设计。

关键词:重复控制；永磁电机；低速控制系统；设计原理Abstract:with the rapid development of power electronic technology, microelectronics technology, motor control theory and rare earth permanent magnet materials, the permanent magnet synchronous motor (P M S M) can be used quickly. In addition to the general characteristics of synchronous motor, permanent magnet synchronous motor has the advantages of high efficiency, simple structure, small inertia, good maintainability and so on. Therefore, it is widely used in flexible manufacturing systems,industrial robots, office automation, CNC machine tools and aerospace, etc.. Because of the permanent magnet synchronous motor is a nonlinear system, multivariable, strong coupling, using the traditional P I D control method is easily affected by motor parameter variations and load disturbances and other uncertain factors. In order to improve the dynamic and static characteristics of the control system, the new control theory and intelligent control theory can be used instead of PID control, such as sliding mode control, neural network control, fuzzy control and so on. In this paper, the repetitive control is used to design the low speed control system of permanent magnet motor.Key words: repetitive control; permanent magnet motor; low speed control system; design principle目录摘要 (I)关键词 (I)Abstract: (I)一、绪论 (1)（一）课题研究的背景及意义 (1)（二）永磁同步电机控制系统的国内外研究现状 (1)二、重复控制系统 (2)（二）重复控制发展现状 (2)（二）重复控制研究 (3)三、永磁同步电机低速控制系统 (4)四、重复控制在永磁电机低速控制系统中的设计 (5)（一）重复控制方法是通过内部模型作为基础而运行 (5)（二）仿真波形分析 (6)结论 (7)参考文献 (8)致谢 (9)一、绪论（一）课题研究的背景及意义一个国家的综合实力如何，可以通过观察其国家的航空航天事业的水平来确定。

基于参数自整定模糊控制的永磁同步电机矢量控制调速系统陈敏俊;南余荣;吴爱丽
【期刊名称】《自动化技术与应用》
【年(卷),期】2006(025)009
【摘要】针对采用SVPWM调制的永磁同步电动机的矢量控制系统,介绍参数自整定模糊控制策略,该策略吸收了空间脉宽调制、模糊控制和PID控制的优点,能够按照被控制对象的性能要求,通过模糊控制规则自动整定控制器参数,速度调节采用模糊自整定控制器,改善了系统的性能.仿真结果表明,基于参数自整定模糊控制与常规PID控制的水磁同步电机调速系统相比,具有良好的动态,稳态性能以及较强的鲁棒性,从而证明了这种设计方法的合理性和优越性.
【总页数】5页(P57-61)
【作者】陈敏俊;南余荣;吴爱丽
【作者单位】浙江工业大学,信息工程学院,浙江,杭州,310032;浙江工业大学,信息工程学院,浙江,杭州,310032;杭州娃哈哈集团公司,浙江,杭州,310014
【正文语种】中文
【中图分类】TP273.4
【相关文献】
1.基于矢量控制的永磁同步电机调速系统研究 [J], 刘樵;马成禄
2.基于空间矢量脉宽调制的新型永磁同步电机矢量控制调速系统 [J], 陈敏俊;南余荣;王刚
3.基于矢量控制的永磁同步电机调速系统研究 [J], 林辉;史富强
4.基于DSP的矿用电机车永磁同步电机矢量控制调速系统 [J], 雒瑞丹;吴飞;孙成传;吴海会
5.基于模糊控制的永磁同步电机矢量控制系统 [J], 叶军军
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一种基于观测器的永磁同步电机的新的控制方法一种基于观测器的永磁同步电机的新的控制方法摘要首先，用永磁同步电机(PMSM)的数学模型分析了它的可控制性和可观测性。

在此基础上，建立了基于定子磁链的全维状态观测器。

此观测器替代传统的纯积分定子磁链状态观测器用于永磁同步电机直接转矩控制(DTC)系统。

仿真结果表明这种全维状态观测器成功的实现了对定子磁链的估计，尤其是在接近零速时，并且对参数变化显示了很强的鲁棒性。

1 前言对定子磁链观测的精确度直接影响永磁同步电机直接转矩控制的性能。

永磁同步电机直接转矩控制所使用的传统的观测器是基于出积分的，这种方法很好实现而且只需要定子线圈的电阻这一个参数即可。

纯积分的使用不可避免会带来一些问题，比如，阻力系数漂移，初值大小，由定子线圈电阻引起的误差的累加。

已经有各种不同的研究试图避免由使用纯积分带来的不利因素。

在文献3中，J.H介绍了三相改进积分器用于观测感应电机的定子磁链，这种方法解决了使用纯积分带来的阻力系数漂移和初值问题。

在文献4中，H.Y提出了一种用于感应电机定子磁链观测系统的全维状态观测器。

通过使用定子观测器，系统实现了很好的性能，并且在运行条件改变和参数变化时显示了很强的鲁棒性。

这种定子观测器已经被广泛的应用在感应运动的直接转矩控制系统和永磁同步电机的调速系统中。

在文献8-10中，分别介绍了全维状态观测器，降阶观测器和扰动观测器用于永磁同步电机调速系统中的情况。

然而，以上提到的观测器都没有解决永磁同步电机的问题。

几乎没有文章提到使用状态观测器用于永磁同步电机直接转矩控制系统。

在本文中，提出了将全维状态观测器使用于观测永磁同步电机直接转矩控制系统的定子磁链，使用永磁同步电机的数学模型分析了永磁同步电机的可控制性和可观测性，在此基础上，设计了一种全维定子磁链观测器。

仿真结果表明，比起使用传统的纯积分观测器，系统拥有更好的稳态特性和动态响应2 永磁同步电机的数学模型在图1中，表示了永磁同步电机的磁链、电流和电压的关系。

智能优化PI参数的永磁同步电机控制
崔业兵;向方明;朱遵义;许敬
【期刊名称】《电机与控制应用》
【年(卷),期】2013(40)8
【摘要】针对永磁同步电机控制系统控制参数较难整定问题,提出一种基于神经网络和遗传算法极值寻优的PI控制器参数离线整定方法.利用电机控制系统的试验数据训练BP神经网络,并选择预测精度最高的神经网络模型作为遗传算法的优化目标函数,然后利用遗传算法搜索使电机控制系统的动态响应性能最好的PI控制器参数组合.通过永磁同步电机控制系统的仿真,表明系统采用优化后的PI参数能够快速、平稳而又准确地跟踪输入指令变化,抗干扰能力强.
【总页数】6页(P23-28)
【作者】崔业兵;向方明;朱遵义;许敬
【作者单位】南京理工大学,江苏南京210094;南京工程学院,江苏南京211102;南京工程学院,江苏南京211102;南京理工大学,江苏南京210094
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.基于CANopen协议的智能永磁同步电机控制从站研制 [J], 周国栋;张墩利
2.高速成像系统中光圈电机的PI参数智能优化算法研究与应用 [J], 彭彦军;滕本科;董海亮;赵小林
3.一种自抗扰控制的永磁同步电机控制系统优化策略研究 [J], 孙方超;杜明星;王文白;魏克新
4.基于粒子群优化模糊控制器永磁同步电机控制 [J],
5.储能式有轨电车的永磁同步电机控制策略优化 [J], 杨高兴;张瑞峰;路瑶;詹哲军;柴璐军
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收稿日期：2022-05-05基金项目：国家自然科学基金资助项目（52377066）；天津市教委科研计划项目重点项目（2019ZD09）第一作者：周湛清（1989—），男，副教授，主要研究方向为电机系统及其智能控制.通信作者：耿强（1978—），男，教授，博士生导师，主要研究方向为多电机系统与电力电子技术。

E-mail:**********************.cn近年来，随着航空航天、电动汽车、舰船驱动等工程领域对于调速系统功率等级和可靠性要求的不断增加，普通三相电机的局限性逐渐凸显，需要使用优势更为明显的多相电机驱动系统。

其中，双三相永磁同步电机是研究最为广泛的多相电机之一，与普通三相电机相比，双三相电机主要具有转矩脉动小、容错能力强等优势[1-4]。

传统模型预测控制算法技术的优势主要体现在具有较快的动态响应能力。

对于双三相电机而言，采用空间矢量解耦的数学建模方式会投影出基波子平面和谐波子平面，由于谐波子平面阻抗较小，平面上很小的谐波电压就会引起较大的谐波电流[5-7]。

同时，驱动双三相电机运行的六相逆变器产生的电压矢量在不同平面有不同的幅值与方向，虽然为预测控制提供了丰富的矢量资源，但同时也会增加算法的计算量[8-11]。

国内外学者以三相电机模型预测控制为基础，并结合双三相电机自身特点，对存在的电流谐波问题做了较多的研究[12-14]。

文献[15]将双三相电机基波平面和谐波平面的电流误差纳入价值函数，从双三相电机的64个电压空间矢量中选出一个零矢量和12个最外围矢量用于预测控制。

该方法虽然一定程度上减小了计算量，但是采用的矢量精简方式容易把最优矢量筛除基于虚拟矢量的双三相永磁同步电机预测电流控制策略周湛清，刘立辉，耿强（天津工业大学电气工程学院，天津300387）摘要：针对双三相永磁同步电机传统有限集预测电流控制策略中存在电流谐波较大的问题，提出了一种基于虚拟矢量合成的预测电流控制策略。

基于虚拟参考迭代整定方法的永磁同步电机优化重复控制聂成翔;陈志盛【摘要】针对永磁同步电机控制系统,运用虚拟参考迭代整定方法,在被控对象模型和周期信号特征未知的情况下,通过一次闭环响应实验数据直接优化整定控制器参数,通过仿真结果表明,该方法提高了系统的快速性.%For permanent magnet synchronous motor control system with virtual reference iteration method, under not informed about the controlled object model and periodic signal characteristics conditions, controller parameters are optimized and set with one-shot response experimental data directly. The simulation results show that this method increases the efficiency of the system.【期刊名称】《江南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(012)001【总页数】5页(P45-49)【关键词】永磁同步电机;重复控制;虚拟参考迭代整定【作者】聂成翔;陈志盛【作者单位】长沙理工大学可再生能源电力技术湖南省重点实验室,湖南长沙410076;长沙理工大学可再生能源电力技术湖南省重点实验室,湖南长沙410076【正文语种】中文【中图分类】TM341永磁同步电机运行原理与普通电激磁同步电机相同，但它以永磁体代替了激磁绕组，提升了电机运行的可靠性［1-2］。

20世纪60年代以后，永磁同步电机开始应用于交流变频调速系统，到20世纪80年代后，由于新型电力电子器件的不断涌现，极大地促进了永磁同步电机调速系统的发展。

同步发电机迭代学习励磁控制器的仿真研究
徐敏;林辉
【期刊名称】《电网技术》
【年(卷),期】2005(29)12
【摘要】基于迭代学习控制理论提出了一种非线性迭代学习控制律,并将其应用于同步发电机的励磁控制,采用Matlab中的Simulink工具箱对单机?无穷大系统及两机系统进行了仿真研究,结果表明了该控制方法的有效性和通用性,且具有很强的维持机端电压的能力,与常规PID控制器和线性迭代学习控制律相比其收敛速度明显加快,有利于提高电力系统稳定性。

【总页数】4页(P81-84)
【关键词】同步发电机;仿真研究;励磁控制器;Simulink工具箱;迭代学习控制理论;单机-无穷大系统;电力系统稳定性;Matlab;PID控制器;控制方法;机端电压;收敛速度;控制律;非线性;通用性
【作者】徐敏;林辉
【作者单位】西北工业大学自动化控制学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM341;TP273
【相关文献】
1.同步发电机模糊PID励磁控制器仿真研究 [J], 王德意;孙新志;杨国清;王芳英
2.复合励磁永磁同步发电机励磁控制器的设计 [J], 叶丽花;黄守道;任光法;邓醉杰
3.基于模糊PID双模控制的同步发电机励磁控制器仿真研究 [J], 刘甲林;傅磊
4.基于模糊PID算法的同步发电机励磁控制器设计与仿真研究 [J], 王润;倪远平
5.基于迭代学习控制理论的励磁控制器仿真研究 [J], 华梁;郑蕾
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专利名称：永磁同步电机的控制方法
专利类型：发明专利
发明人：任明艺,赵鹏飞,陈跃,朱绯,许德海申请号：CN202210560208.3
申请日：20220523
公开号：CN114665772A
公开日：
20220624
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种永磁同步电机的控制方法，涉及永磁同步电机技术领域，包括：建立非线性磁链观测器以对电角频率与电角度进行估计；将电角频率的估计值反馈至速度环，比较电角频率的命令值与估计值，利用PI调节获取轴电流命令值；将电角度的估计值进行Park变换，获取坐标系下的电流估计值、，并反馈至电流环，与电流命令值比较，通过PI调节获取电压、并进行反Park变换获取坐标系下的控制电压、；合成电压空间矢量，通过SVPWM进行调制，输出该时刻三相的占空比值，控制MOS管开关，从而实现双闭环控制；本发明解决了现有的非线性磁链观测器无法适用于内置式永磁同步电机的问题。

申请人：四川奥库科技有限公司
地址：621000 四川省绵阳市涪城区西山北路62号
国籍：CN
代理机构：四川省成都市天策商标专利事务所(有限合伙)
代理人：罗伟
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专利名称：一种基于优化算法的PID永磁同步电机的控制方法专利类型：发明专利
发明人：钟树晖
申请号：CN202010474376.1
申请日：20200529
公开号：CN111555682A
公开日：
20200818
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种基于优化算法的PID永磁同步电机的控制方法，采用GA算法优化的BP神经网络PID控制，本发明有两部分组成，一是把遗传算法植入BP神经网络进行学习训练，寻找出适合本控制系统的权值和阈值；进一步把算法与PID控制器相结合，进而达到PID参数的实时调整。

遗传算法优化BP神经网络较之其他传统优化算法，不仅具有优越的全局寻优能力和良好的收敛性质，有效避免陷入局部最优解，还具有自适应和自学习能力。

申请人：上海海事大学
地址：201306 上海市浦东新区临港新城海港大道1550号
国籍：CN
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基于重复控制的永磁同步电机伺服系统研究的开题报告一、研究背景及意义：随着工业自动化的快速发展，伺服系统越来越广泛地应用于各种机械设备中。

永磁同步电机具有高效、高精度等优点，因此在伺服系统中得到了广泛应用。

然而，由于扰动、摩擦力和非线性因素等干扰，永磁同步电机伺服系统的性能往往受到影响。

因此，研究如何通过控制方法来提高永磁同步电机伺服系统的控制精度和抗扰性，是当今伺服系统研究的热点和难点。

其中，重复控制是一种较为有效的控制方法，它可以使系统对周期性干扰具有很好的去除能力，对永磁同步电机伺服系统的控制非常有益。

因此，本文将基于重复控制研究永磁同步电机伺服系统的控制策略，以提高系统的控制性能和抗扰性。

二、研究内容及方法：本文将基于重复控制思想，研究永磁同步电机伺服系统的控制策略，主要研究内容包括：1. 基于重复控制的永磁同步电机伺服系统模型建立及其特性分析2. 基于重复控制算法的永磁同步电机伺服系统设计3. 基于MATLAB/Simulink进行仿真实验，验证所提出的控制算法与原理可行性4. 实际永磁同步电机伺服系统的实验研究，并对比分析传统控制方法和所提出的重复控制算法的性能差异本文将主要采用仿真实验和实际实验相结合的方法，验证所提出的控制算法和原理的可行性，并进行对比分析。

三、预期研究结果和意义：预期研究结果如下：1. 建立基于重复控制的永磁同步电机伺服系统模型，并分析其特性；2. 设计一种基于重复控制的永磁同步电机伺服系统控制策略，通过仿真实验验证其控制性能和抗扰性能；3. 实验研究表明，基于重复控制的永磁同步电机伺服系统可以显著提高其控制精度和抗扰性，与传统控制方法相比具有明显的优越性。

本研究成果具有很高的理论和实际应用价值，可以为永磁同步电机伺服系统的控制提供理论依据和实验指导。

同时，本研究也可以为其他伺服系统的控制和优化提供参考。

永磁直线同步电动机重复控制系统设计
朱国昕
【期刊名称】《伺服控制》
【年(卷),期】2012(000)003
【摘要】针对数控机床要达到高速高精度切削的要求,在实际加工应用中,常需在有限行程中作连续性的周期运动,这就要求对周期性轨迹具有跟踪能力和对周期性扰动具有抑制能力。

永磁直线同步电机（PMLSM）高速、高响应和直接驱动等优点,使之在高档数控机床中广泛地应用。

直线伺服控制系统的基本要求是控制器的设计应有调节能力,分析直线电机伺服控制系统的周期运动特性,设计了基于重复控制器PMLSM伺服系统,以消除周期性参考输入的稳态跟踪误差,实现周期性输入信号的精确跟踪和对周期性扰动的有效抑制。

仿真结果表明所提出的控制方案是有效的,提高了系统跟踪精度。

【总页数】3页(P65-67)
【作者】朱国昕
【作者单位】沈阳军区总医院医学工程科
【正文语种】中文
【中图分类】T
【相关文献】
1.一类不确定性时变系统的鲁棒重复控制系统设计 [J], 谭根风
2.基于VB的永磁直线同步电动机垂直提升系统数据采集与控制系统设计实验研究
[J], 付子义;刘辉;刘红钊;潘萍
3.永磁直线同步电动机垂直提升控制系统设计 [J], 宗群龙;潘萍
4.基于改进型重复控制的光程扫描控制系统设计 [J], 郭兰杰;王浩;王淳;马文坡;林喆
5.基于TMS320F28335的逆变器重复控制系统设计 [J], 生龙; 何顺华
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