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第14卷 第10期2010年10月电 机 与 控 制 学 报ELE CTR IC M ACH I NE S AND CONTROLVo l 14No 10Oc.t 2010感应电机双滑模面变结构MRAS 转速辨识王庆龙1, 张兴2(1.合肥学院电子信息与电气工程系,安徽合肥230601;2.合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽合肥230009)摘 要:为了研究感应电机无速度传感器磁场定向控制系统,基于变结构控制和自适应控制理论,提出一种双滑模面变结构模型参考自适应观测器,用于感应电机的转速辨识。
该方法将变结构和模型参考自适应系统进行有机的整合,选择转子磁链电压模型和电流模型分别作为参考模型和可调模型,采用两模型输出的偏差构造了两个滑模面,利用代数计算方法获得转子估计速度。
理论分析和仿真结果表明:所提出的感应电机转速辨识方法具有较高的转子磁链观测准确度,改善了转速估计的动静态性能;对于参数变化具有很强的自适应能力,同时算法简单,适用于实时应用。
关键词:感应电机;无速度传感器;矢量控制;模型参考自适应;双滑模面;变结构;辨识中图分类号:TM 346+.2文献标志码:A文章编号:1007-449X (2010)10-0032-05Double m anifol d variable structureMRAS s peedi dentification for i nduction motorWANG Q ing long 1, Z HANG X ing2(1.Depart m ent of E l ec tron i cs and E l ectrical Eng i nee ri ng ,H efe iU n i versity ,H efe i 230601,Ch i na ;2.Co llege of E l ectrical and Au t om atic Eng i neering ,H e fei Un i v ers it y o f T echno logy ,H e fe i 230009,Ch i na)Abst ract :A novel strategy of doub le m anifold variab le structure m ode l reference adapti v e syste m (VSMRAS)observers for the speed identificati o n o f a senso rless field oriented vector contro lled i n duction m o to r dri v es w as presented.Th is observers co m bined MRAS w ith variable str ucture contro,l selected the vo ltage mode l o f rotor fluxes as the reference m ode l and the currentm ode l of rotor fluxes as the adj u stable m ode,l and for m ulated doub le m anifold accor d i n g the ou t p ut errors o f t w o m odels .In the presented ob ser vers ,t h e speed w as esti m a ted by algebraic .Theoretical ana l y sis and si m ulation resu lts show that the presented observers possesses t h e verac ity of fl u xes observers and i m proves the dyna m ic and static per fo r m ance of t h e speed esti m ation .It see m s very robust to variab le para m eters and less co m putational co m p lex ity ,and is suitab l e for rea l ti m e app lication .K ey w ords :i n duction m otors ;speed sensorless ;vector contro;l m odel re ference adapti v e syste m;doub le m an if o ld ;variable structure ;identification收稿日期:2010-03-21基金项目:安徽省高等学校省级自然科学基金(KJ2008B121)作者简介:王庆龙(1968 ),男,博士,副教授,研究方向为电力电子与电力传动、风力发电等;张 兴(1963 ),男,博士,教授,博士生导师,研究方向为电力电子与电力传动、风力发电、太阳能发电等。
基于有效磁链的电励磁同步电机无速度传感器控制吴轩钦;谭国俊;何凤有;李浩【摘要】提出了一种新型的基于有效磁链电励磁同步电机无速度传感器宽调速范围控制方法.有效磁链矢量定义为转矩产生的磁链,对于电励磁同步电机,有效磁链矢量位于转子d轴,通过有效磁链幅值和相位的准确观测实现转子位置角和转速的辨识.在此基础上,针对具有阻尼绕组电励磁同步电机,为提高辨识准确度以获得优良的动态转矩特性,提出了考虑阻尼电流影响的有效磁链动态观测模型.同时考虑饱和效应影响,采用非线性磁链观测器获得准确的有效磁链矢量.实验结果表明所提控制方案算法简单,易于实现,且具有良好的控制性能和快速的转矩响应特性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2016(031)006【总页数】10页(P81-90)【关键词】电励磁同步电机;无速度传感器;有效磁链;饱和效应【作者】吴轩钦;谭国俊;何凤有;李浩【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院徐州 221008;中国矿业大学信息与电气工程学院徐州 221008;中国矿业大学信息与电气工程学院徐州 221008;中国矿业大学信息与电气工程学院徐州 221008【正文语种】中文【中图分类】TM301.2相比于异步电机，永磁同步电机和电励磁同步电机在功率因数、控制准确度、弱磁比和过载能力等方面有其自身的优势[1-9]，适用于大功率传动场合。
工业应用中大容量空气压缩机、水泵、矿井提升机和轧钢机等国际上趋向于使用电励磁同步电机驱动。
近些年来，随着电力电子器件、大规模集成电路、变流技术以及现代控制理论的发展，使得电励磁同步电动机调速系统逐步具备了宽调速范围、高稳态准确度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能[7-12]，在高性能驱动场合发挥越来越重要的作用。
高性能的交流电机矢量控制变频传动系统一般需要在转子轴上安装机械式传感器检测速度及转子位置进行闭环控制，但由于机械式传感器的使用增加了电机与控制系统的电缆连接和接口电路，传感器信号及控制系统易受到干扰，降低了系统的可靠性，同时机械式传感器容易受温度、湿度及振动的影响，无法应用于一些特殊场合[13]。
永磁电机无速度传感器的优化控制技术郭华华;张承维【摘要】永磁电机具有速度快、可靠性高等优点,在交流伺服系统中得到了广泛的应用,为了获得更优的永磁电机控制效果,提出一种新型的永磁电机无速度传感器优化控制技术.首先对永磁电机无速度传感器的工作原理进行分析,采用状态观测器测量转子的速度和位置,然后根据定子电流和参考电压估计反电动势,对轴向位移和旋转速度进行控制,最后采用仿真实验对其性能进行测试.结果表明,在各种条件下,所提控制技术均能够保证无速度传感器稳定运行,使得电机具有更优的工作性能.【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2016(032)008【总页数】4页(P13-16)【关键词】永磁电机;无速度传感器;转矩控制;状态观测器;参考电压【作者】郭华华;张承维【作者单位】贵州理工学院电气工程学院,贵州贵阳550001;贵州理工学院电气工程学院,贵州贵阳550001【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁电机具有速度快、稳定性高、过载能力强等优点，在许多领域得到了成功的应用[1-3]。
随着应用范围的不断拓宽，对永磁电机的性能要求越来越高，获得更加理想的永磁电机控制性能成为人们关注的焦点[4]。
在永磁电机的工作过程中，由于磁引力的不稳定性，对位置进行反馈控制，以稳定轴向位移，学者们采用无传感器技术解决该问题[5]。
针对永磁电机的无速度传感器控制问题，相关学者和研究机构进行了深入探索。
传统方法通过测量定子电流和电压得到无速度传感器感应电动势，从而实现转子的轴向位移和旋转速度的控制[6-8]。
传统方法的感应电动势估计结果对噪音敏感，而且电机参数具有一定的非线性和时变性，控制精度受到较大的干扰[9-11]。
为了克服传统方法的缺陷，有学者将反馈策略引入到控制技术中，通过状态观测器，如：龙伯格状态观测器、滑模变模型观测器、扩展卡尔曼滤波器来估计永磁电机的转速和转子位置。
相对于其他观测器，龙伯格观测器的非线性系统估计性能更优，使用更加广泛[12]。
异步电机矢量控制方案论证一，概述三相异步电机具有结构简单，牢固，维修方便，价格便宜等特点，目前在工业领域中得到广泛应用。
早期的变频调速采用变压变频（VVVF）速度开环的方式，基频以下为恒压频比控制，在低速时，提高电压以补偿定子阻抗压降。
这种调速方法的控制结构简单，成本低，适用于风机等对调速系统动态特性要求不高的场合，但是对于动态和静态性能要求高的场合，这种开环系统就无法提供足够的保障。
1971年德国西门子公司的F.Blashke等革命性地提出了“感应电机磁场定向控制原理(Fieldorientation)”，即矢量控制技术，使交流传动的转矩静动态特性取得质的改善，完全可与直流调速系统相媲美。
矢量控制的实质是利用美国A.A.Clark提出的“感应电机定子电压的坐标变换控制”原理。
经过不断的实践和改进，形成了现已得到普遍应用的矢量控制变频调速技术。
矢量控制通过引入坐标变换，把复杂的异步电机等效为简单的模型，在保证磁场准确定向的情况下，可以实现励磁电流和转矩电流的解耦，使得交流电机的转矩控制性能可以与直流电机相比拟，这无疑是交流传动控制理论上的一个质的飞跃。
转子磁场的定向控制就是在将旋转坐标系放在同步旋转磁场上，将电机的转子磁通作为旋转坐标系的直轴。
若忽略由反电动势引起的交叉耦合，检测出定子电流的直轴分量，就可以观测转子磁通幅值，但转子磁通恒定电磁转矩与定子电流的交轴分量成正比，通过控制定子电流的交轴分量就实现对电磁转矩的控制,此时称定子电流的直轴分量为励磁分量，定子电交轴分量为转矩分量。
可由电压方程的直轴分量控制转子磁通，交轴分量控制转矩从而实现磁通和转矩的解耦控制。
转子磁场定向的最大的优点是达到了完全解耦，无需增加解耦器，控制方式简单，具有良好的动态性能和控制精度。
在异步电机矢量控制中，要实现准确的解耦，必须要知道转子磁链准确的相位角。
而在直接矢量控制中，为了实现磁链的反馈控制，还要知道转子磁链准确的幅值。
无位置传感器控制技术是无刷直流电机研究的热点之一，国内外相关研究已经取得阶段性成果。
在无刷直流电机工作过程中，各相绕组轮流交替导通，绕组表现为断续通电。
在绕组不通电时，由于绕组线圈的蓄能释放，会产生感应电动势，该感应电动势的波形在绕组两端有可能被检测出来。
利用感应电动势的一些特点，可有取代转子上的位置传感器功能，来得到需要的换相信息。
由此，就出现了无位置传感器的无刷直流电动机。
尽管无位置传感器控制方式使得转子位置检测的精确度有所降低，但由于取消了位置传感器，电机的结构更加简单，安装更加方便，成本降低，可靠性进一步提高，在对体积和可靠性有要求的领域以及不适合安装位置传感器的场合，无位置传感器无刷直流电机应用广泛。
无位置传感器控制方式下的无刷直流电机具有可靠性高、抗干扰能力强等优点，同时在一定程度上克服了位置传感器安装不准确引起的换相转矩波动。
无位置传感器技术是从控制的硬件和软件两方面着手，以增加控制的复杂性换取电机结构复杂性的降低。
以采用120o电角度两两导通换相方式的三相桥式Y接无刷直流电机为例，讨论基于现代控制理论和智能算法的无刷直流电机无位置传感器控制方法。
转子位置间接检测法目前无刷直流电机中主要采用电磁式、光电式、磁敏式等多种形式的位置传感器，但位置传感器的存在限制了无刷直流电机在某些特定场合的应用，主要体现在：1、位置传感器可使电机系统的体积增大；2、位置传感器使电机与控制系统之间导线增多，使系统易受外界干扰影响；3、位置传感器在高温、高压和湿度较大等恶劣工况下运行时灵敏度变差，系统运行可靠性降低4、位置传感器对安装精度要求较高，机械安装偏差引起的换相不准确直接影响电机的运行性能。
无位置传感器控制技术越来越受到重视，并得到了迅速发展。
依据检测原理的不同，无刷直流电机无位置传感器控制方法主要包括反电势法、磁链法、电感法及人工智能法等。
反电势法反电势法（感应电动势过零点检测法）目前是技术最成熟、应用最广泛的一种位置检测方法。
华中科技大学文华学院毕业设计（论文）题目：感应电机无速度传感器直接转矩控制系统的实验研究学生姓名：学号：学部（系）：专业年级：指导教师：职称或学位：高级工程师2010 年 5 月 28 日目录目录........................................................................................................................... - 2 - 摘要........................................................................................................................... - 3 - 关键词................................................................................................................ - 3 - Abstract ..................................................................................................................... - 3 - Keywords ........................................................................................................... - 5 - 第1章绪论......................................................................................... - 5 -1.1选题目的及意义：...................................................................................... - 5 -1.2．课题发展现状和前景展望....................................................................... - 5 -1.3 研究内容..................................................................................................... - 6 - 第2章感应电机无速度转矩矢量控制原理......................................................... - 7 -2.1 异步电机的数学模型与坐标变换............................................................. - 7 -2.1.1异步电机的基本方程式.................................................................... - 7 -2.1.2 异步电动机的几种等效电路......................................................... - 10 -2.1.3坐标变换........................................................................................ - 13 -2.2 矢量控制变频调速系统的原理............................................................... - 17 -2.2.1 矢量控制基本方程式..................................................................... - 17 -2.2.2 转差型矢量控制............................................................................. - 19 -2.3 无速度传感器矢量控制系统的结构和速度观测原理........................... - 19 -2.3.1 无速度传感器矢量控制系统的原理............................................. - 19 -2.3.2 感应电机矢量控制系统的基本思路............................................. - 20 -2.3.3转子磁链定向的矢量控制系统...................................................... - 20 -2.4 无速度传感器矢量控制技术................................................................... - 21 - 第3章仿真设计................................................................................. - 23 -3.1 仿真平台................................................................................................... - 23 -3.2 仿真准备................................................................................................... - 24 -3.3 仿真电路................................................................................................... - 25 - 第4章仿真结果................................................................................. - 25 -4.1 仿真结果波形........................................................................................... - 25 -4.2 结果分析................................................................................................... - 26 -4.3结论............................................................................................................ - 27 - 第5章总结......................................................................................... - 27 - 参考文献................................................................................................................. - 27 - 致谢......................................................................................................................... - 29 -摘要直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后交流传动领域中一种新兴的控制技术,它省去了复杂的矢量变换,具有动态响应快、结构简单、易于实现等优点。
基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制滑模观测器是一种常用的控制算法，可以实现无传感器控制永磁同步电机。
以下是关于基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制的详细介绍。
永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是一种常用的高性能电机，具有高效率、高功率密度和高控制精度的特点。
传统的PMSM控制方法需要使用位置传感器来获取电机转子位置信息，但传感器会增加系统复杂性和成本。
无传感器控制方法可以在不使用位置传感器的情况下实现精确的电机控制。
滑模观测器是一种基于滑模理论的观测器算法，可以估计系统状态变量。
它通过设计一个滑模面，使得系统状态在滑模面上滑动，通过测量滑模面上的滑模变量，可以估计未测量的系统状态变量。
在PMSM无传感器控制中，滑模观测器可以估计电机转子位置信息，从而实现电机控制。
PMSM无传感器控制的基本步骤如下：1. 设计滑模观测器：根据电机数学模型和系统要求，设计一个滑模观测器，用于估计电机的转子位置和速度。
滑模观测器的设计需要考虑系统的稳定性和精度要求。
2. 控制电流环：通过控制电机的相电流，可以实现对电机转子位置和速度的控制。
根据滑模观测器估计的转子位置和速度信息，设计电流环控制算法，使得电机相电流能够实时跟踪设定值。
4. 进行系统仿真和实验验证：根据设计的控制算法，进行系统仿真和实验验证。
通过对比仿真结果和实验结果，评估控制系统的性能和稳定性。
如果需要，可以对算法参数进行调优，以进一步优化系统性能。
基于滑模观测器的PMSM无传感器控制可以实现高精度的电机控制，降低了系统的复杂性和成本。
滑模观测器的设计和参数调优是一个复杂的过程，需要充分考虑系统的动态特性和实际应用要求。
在实际应用中，需要进行充分的研究和实验验证，以确保控制系统的稳定性和可靠性。
基于二阶变增益滑模的感应电机电压模型磁链观测器
王天擎;王勃;于泳;徐殿国
【期刊名称】《中国电机工程学报》
【年(卷),期】2024(44)11
【摘要】针对无速度传感器感应电机驱动系统,基于二阶滑模的电压模型磁链观测器可以有效提升传统开环电压模型观测器的转速估计鲁棒性。
然而,现有二阶滑模电压模型观测器仍然存在以下2个问题:1)滑模观测器常数增益与可变稳定性条件间的不匹配问题;2)由于存在直流偏置,需要采用非理想积分器来估计转子磁链。
针对这2个问题,该文提出相应解决方案:1)改进二阶滑模观测器结构,并根据稳定性条件设计可变增益,以同时实现宽调速范围内的观测器稳定性与抖振抑制;2)根据滑模观测器的输出,设计一种带直流偏置补偿的积分器,以提升磁链估计精确度。
最后,在3.7 kW的感应电机实验装置上进行对比实验,证明所提方法有效性。
【总页数】12页(P4490-4500)
【作者】王天擎;王勃;于泳;徐殿国
【作者单位】哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM341
【相关文献】
1.基于二阶滑模观测器的感应电机转子磁链观测
2.感应电机二阶滑模次优算法定子磁链观测器设计
3.基于滑模磁链观测器的感应电机模型预测控制
4.基于改进趋近
率的感应电机分数阶滑模磁链观测器设计5.基于定子磁链滑模观测器的无速度传感器感应电机模型预测控制
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高技术通讯2021年第31卷第8期= 844-851doi:10.3772/j.issn.1002-0470.2021.0&007永磁同步电机无位置传感器控制低速性能提升方法①吴春②赵宇纬(浙江工业大学信息工程学院杭州310023)摘要针对永磁同步电机(PMSM)位置观测器在低速范围受逆变器非线性、定子电阻和电感参数摄动等因素影响而导致位置估计精度下降的问题，提出一种集成定子电阻自适应的降阶磁链观测器，同时通过离线测量的电感饱和特性制作电感随电流变化的曲线进行电感在线更新，提高低速范围位置估计精度。
使用了三相端电压测量电路，采用测量电压代替给定电压，消除逆变器非线性因素对位置估计的影响。
将所提策略在150W的永磁同步电机实验平台上进行验证，实验结果表明所提策略无需准确电阻参数，在各种运行工况下位置估计精度高，可实现速度反转，增强了无位置传感器控制低速性能。
关键词永磁同步电机(PMSM)；无位置传感器控制；位置观测器；定子电阻估计0引言永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)无位置传感器控制系统由于其鲁棒性强，占用空间小,成本低等优点已经在航天航空、工业和家用电器等领域被广泛应用⑷。
按照位置估计原理,无位置传感器控制方法主要分为两类，基于磁路不对称的信号注入方法和基于基波模型的观测器方法⑴。
基于磁路不对称的信号注入方法已在低速范围和静止工况下得到了广泛验证I〕。
然而，该方法位置估计精度取决于磁路不对称的强度，因此无法适用于磁路不对称较弱的表贴式永磁同步电机⑸。
基于基波模型的观测器方法利用电机反电动势⑷或磁链⑵信息，可适用所有类型永磁同步电机。
在传统的基于基波模型的观测器方法中，位置观测器使用来自电流控制器的给定电压。
但是，脉冲宽度调制电压型逆变器(pulse width modulation voltage source inverter,PWM-VSI)的非线性因素，会导致实际相电压畸变和幅值降低，位置估计产生谐波和精度降低®，且在低速范围时该现象更明显。
