异步电机无速度传感器模型预测控制_张永昌

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直流电机转速控制

直流电机转速控制公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

直流电机转速控制 课程设计 姓名: 学号: 班级:

目录 1.直流电机转速控制方案设计 (2) 设计要求 (2) 设计框图 (2) 2.直流电机转速控制硬件设计 (3) 主要器件功能 (3) 硬件原理图 (6) 3.直流电机转速控制软件设计 (7) 4.调试 (8) 硬件测试 (8) 软件调试……………………………………………………………(11

1.直流电机转速控制方案设计 设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制,完成直流电机转向和转速的控制,提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。 1、用按键1控制旋转方向,实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示:

图1 2.直流电机转速控制硬件设计 主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路,属于H 桥集成电路,与L293D 的差别是其输出电流增大,功率增强。其输出电流为2A,最高电流4A,最高工作电压50V,可以驱动感性负载,如大功率直流电机,步进电机,电磁阀等,特别是其输入端可以与单片机直接相联,从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时,可以直接控制步进电机,并可以实现电机正转与反转,实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。 图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效,这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端,EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源,注意正负,电源正端为VCC,电源地为GND。 2、ZLG7290的核心是一块ZLG7290B芯片,它采用I2C接口,能直接驱动8位共阴式数码管,同时可扫描管理多达64只按键,实现人机对话的功能资源十分丰富。除具有自动消除抖动功能外,它还具有段闪烁、段点亮、段熄灭、功

异步电动机无速度传感器矢量控制系统设计

肖金凤 1971年1月 生,1994年毕业于湖南大学电气与信息工程学院电机专业,学士学位,2004年毕业于湖南大学电气与信息工程学院控制工程专业,硕士学位,讲师。主要研究方向为电机智能控制、工业过程控制及综合自动化。 异步电动机无速度传感 器矢量控制系统设计 * 肖金凤1 , 黄守道2 , 李劲松 1 (1.南华大学,湖南 衡阳 421001;2.湖南大学,湖南 长沙 410082) 摘要 文章提出一种基于模糊神经网络的模型参考自适应电机转速辨识方法,将其与SVP WM 调制技术控制的变频器系统结合起来,组成了一种基于DSP 的异步电机无速度传感器矢量控制系统。具体介绍了其结构及软硬件的设计。仿真结果表明此系统动态性能好,能准确跟踪电机转速的变化。 关键词 异步电动机 无速度传感器 SVP WM 矢量控制 数字信号处理器 Fiel d Oriented Control Syste m of Speed Sensorless Based on DSP X iao Jinfeng ,Huang Shoudao ,L i Jingsong (1.N anhua Un iversity ;2.H unan Un i v ersity ) Abstract :This paper presents a ne w m et h od of i n ducti o n m otor speed identifica -ti o n .It is the co m binati o n o f f u zzy neural net w ork (FNN )w ith m odel reference adap -ti v e syste m (MRAS).W e co m bi n e this m ethod w it h the i n verter contro lled by space vector pulse w idth m odu lati o n (SVP WM )to for m a field oriented con tro l syste m o f speed senso rless based on DSP . Its struct u re and soft w are and hardw are are ana -l y zed .The S i m u lation results sho w that the contro l syste m has better dyna m ic per -f o r m ance and can accurately track the variati o n of the m otor speed . K ey w ords :I nducti o n m oto r Speed sensorless SVP WM F ield oriented con -tro l (FOC) DSP *湖南省自然科学基金资助项目(编号:02JJ Y 2089) 1 引言 异步电动机的数学模型由电压方程、磁链方 程、转矩方程和运动方程组成,是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。采用传统的控制策略对其进行控制时,动态控制效果较差。目前异步电动机控制研究工作正围绕几个方面展开:采用新型电力电子器件和脉宽调制控制技术;应用矢量控制技术及现代控制理论、智能控制技术;广泛应用数字控制系统及计算机技术;无速度传感器控制技术。本文以电机控制专用芯片 T M S320F240为核心,采用磁通、转速闭环的矢量控制策略,利用SVP WM 脉宽调制技术、无速度传感器及智能控制技术,设计了一电机控制系统。仿真结果表明该控制系统抗干扰能力强,动态性能好。 2 速度估计策略 模型参考自适应方法(MRAS)是应用较广的速度估计方法。本文设计的模型参考自适应速度估计系统为减少定子电阻的影响选择瞬时无功功率模型,同时为有效解决瞬时无功功率模型参考 40 异步电动机无速度传感器矢量控制系统设计《中小型电机》2005,32(2)

无速度传感器永磁同步电机发展与控制策略评述

无速度传感器永磁同步电机发展与控制策略评述潘萍付子义 中图分类号:TM351TM344.4文献标识码:A文章编号:1001-6848(2007)06-0091-02无速度传感器永磁同步电机发展与控制策略评述 潘萍,付子义 (河南理工大学,焦作454003) 摘要:介绍了永磁同步电机无速度传感器控制策略,分析了无速度传感器技术研究现状,指出状态观测器法及谐波注入法是目前无速度传感器技术的研究热点。 关键词:永磁同步电机;无速度传感器;评述;控制策略;状态观测器;谐波注入法 DevelopmentRenewandStrategyofPermanentM_agnetSynchronousMoOrSpeedSensorless PANPing,FUZi—yi (HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,China) ABSTRACT:Thispapersummarizesthestrategyofpermanentmagnetsynchronousmotor.Itanalyzesthepresentofspeedsensorlesstechonologyofpermanentmagnetsynchronousmotor,indicatesthatthestateobserverandharmonicinjectionprocessarecurrentresearchfocus. KEYWORDS:Permanentmagnetsynchronousmotor;Speedsensorless;Review;Controlstrategy;Stateobserver;Harmonicinjectionmethod O引言 永磁同步电机控制系统离不开高精度的位置和速度传感器,但在实际的系统中,传感器的存在不仅增加了系统成本,还易受工作环境影响,同时也降低了系统的可靠性,因此,无速度传感器交流调速系统成为近年研究热点¨j。 1无速度传感器永磁同步电机研究及发展 无速度传感器永磁同步电机是在电机转子和机座不安装电磁或光电传感器的情况下,利用直接计算、参数辨识、状态估计、间接测量等手段,从定子边较易测量的量,如定子电压、定子电流中提取出与速度有关的量,从而得出转子速度,并应用到速度反馈控制系统中。 国际上对永磁同步电机无速度传感器的研究始于20世纪70年代旧J。1975年,A.Abbondanti等人推导出了基于稳态方程的转差频率估计方法, 收稿日期:2006—09-26 基金项目:河南省杰出青年科学基金(0211060500);河南省重要攻关项目(9911020429)在无速度传感器控制领域作出首次尝试,调速比可达10:l。但由于其出发点是稳态方程,动态性能和调速精度难以保证。1979年,M.Ishida等学者利用转子齿谐波来检测转速,限于当时的检测技术和控制芯片的实时控制能力,仅在大于300r/rain的转速范围取得较好的结果。1983年R.Joetten首次将无速度传感器技术应用于永磁同步电机矢量控制。近年来,德国亚探工大(RWTHAachen)电机研究所的学者又先后开展了采用推广卡尔曼滤波器的永磁同步电机和感应电机无机械传感器调速系统的研究。美国麻省理工学院(MIT)电机工程系的学者在1992年发表了采用全阶状态观测器的无传感器永磁同步电机调速系统的论文。由于状态观测器受电机参数变化的影响较大,还需要另外一个状态观测器来估计电机的参数,这样使无传感器永磁同步调速系统的估计算法变得比较复杂,同时系统还存在对负载变化比较敏感等问题。国内自90年代中开始,也开始对永磁电机无速度传感器控制技术进行研究,但主要局限于各高等院校,研究主要还是着重于理论和仿真方面。 一91—   万方数据

BLDC无位置传感器控制技术

BLDC无位置传感器控制技术 2014.11.12 duguqiubai1234@https://www.360docs.net/doc/1b9134750.html, BLDC电机是一种结合了直流电机和交流电机优点的改进型电机。其转子采用永磁材料励磁,体积小、重量轻、结构简单、维护方便。BLDC电机又具有控制简便、高效节能等一系列优点,已广泛应用于仪表和家用电器等领域。 本文主要讨论高压BLDC风机无位置传感器起动和运行技术。 一、无位置传感器技术简介 BLDC电机最简单的控制方法是安装三个位置传感器,使用六步换相法控制。但传感器器会增大电机的体积和成本,另外传感器的位置精度影响电机的运行;特别对于极对数较多的电机,传感器偏差少许机械角度也可能引起电角度偏差很多。在某些恶劣环境下,如高温、潮湿、腐蚀性气体等环境,传感器易损坏,因而无法使用。 使用无位置传感器方式则可以克服上述缺点。 无传感器BLDC在性能上也存在一些不足: (1)难以实现重负载(例如额定转矩)起动。好在风机属于轻负载起动的情况。 (2)难以快速起动。例如很难实现1秒内从静止加速到全速。好在风机通常不要求很短时间内完成加速。 (3)无法实现全速范围内任意调速。有传感器BLDC能够实现0%~100%额定转速范围内的调速,而无传感器BLDC通常只能实现10%~100%额定转速范围内的调速。好在风机通常不要求10%额定转速以下运行。 经过以上分析,可以看出风机非常适合使用无位置传感器方式控制。 国内高压无位置传感器BLDC技术仍处于不成熟阶段。使用该技术的产品应以稳定可靠为主要要求,而不是以性能优越为主要要求。高压无传感器BLDC如果追求性能优越,则成本太高,技术难度过大。 风机类产品通常起动后连续工作时间较长,所以通常不要求快速起动,不也要求反复起停。

多电机速度同步控制

多电机速度同步控制 在传统的传动系统中,要保证多个执行元件间速度的一定关系,其中包括保证其间的速度同步或具有一定的速比,常采用机械传动刚性联接装置来实现。但有时若多个执行元件间的机械传动装置较大,执行元件间的距离较远时,就只得考虑采用独立控制的非刚性联接传动方法。下面以两个例子分别介绍利用PLC和变频器实现两个电机间速度同步和保持速度间一定速比的控制方法。 薄膜吹塑及印刷机组的主要功能是,利用挤出吹塑的方法进行塑料薄膜的加工,然后经过凹版印刷机实现对薄膜的印刷,印刷工艺根据要求不同可以采用单面单色、单面多色、双面单色或双面多色等方法。在整个机组中,有多个电机的速度需要进行控制,如挤出主驱动电机、薄膜拉伸牵引电机、印刷电机以及成品卷绕电机等。电机间的速度有一定的关系,如:挤出主电机的速度由生产量要求确定,但该速度确定之后,根据薄膜厚度,相应的牵引速度也就确定,因此挤出速度和牵引速度之间有一确定的关系;同时,多组印刷胶辘必须保证同步,印刷电机和牵引电机速度也必须保持同步,否则,将影响薄膜的质量、印刷效果以及生产的连续性;卷绕电机的速度受印刷速度的限制,作相应变化,以保证经过印刷的薄膜能以恒定的张力进行卷绕。 在上述机组的传动系统中,多组印刷胶辘的同步驱动可利用刚性的机械轴联接,整个印刷胶辘的驱动由一台电机驱动,这样就保证了它们之间的同步。印刷电机的速度必须保证与牵引电机的速度同步,否则,在此两道工艺之间薄膜会出现过紧或过松的现象,影响印刷质量和生产的连续性。但是印刷生置与牵引装置相距甚远,无法采用机械刚性联接的方法。为实现牵引与印刷间的同步控制,牵引电机和印刷电机各采用变频器进行调速,再用PLC对两台变频器直接控制。 牵引电机和印刷电机采用变频调速,其控制框图如图1所示。在这个闭环控制中,以牵引辘的速度为目标,由印刷电机变频器调节印刷辘速度来跟踪牵引辘的速度。利用旋转编码器1和旋转编码器2分别采集上述两个电机的脉冲信号(编码器位置参见图3),并送到PLC的高速计数口或接在CPU的IR00000~IR00003。以这两个速度信号数据为输入量,进行比例积分(PI)控制算法,运算结果作为输出信号送PLC的模拟量模块,以控制印刷电机的变频器。这样,就可以保证印刷速度跟踪牵引速度的变化而发生变化,使两个速度保持同步。

无速度传感器的矢量控制系统仿真

课程设计任务书 学生姓名:专业班级: 指导教师:工作单位:武汉理工大学 题目: 无速度传感器的矢量控制系统仿真 初始条件: 电机参数为:额定电压U=380V、频率50 =、定子电阻s R=0.252Ω、 f Hz 额定功率P=2.2KW、定子自感 L=0.0016H、转子电阻r R=0.332Ω、额定转速 s n=1420rpm、转子自感r L=0.0016H、级对数p n=2、互感m L=0.08H、转动惯量J=0.6Kgm2 要求完成的主要任务: (1)设计系统原理图; (2)用MATLAB设计系统仿真模型; (3)能够正常运行得到仿真结果,包括转速、转矩等曲线,并将推算转速与实际转速进行比较 参考文献: [1] 洪乃刚.《电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真》.北京:机械 工业出版社,2005:212-215 时间安排: 2011年12月5日至2011年12月14日,历时一周半,具体进度安排见下表 具体时间设计内容 12.5 指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介 绍;学生确定选题,明确设计要求 12.6-12.9 开始查阅资料,完成方案的初步设计 12.10—12.11 由指导老师审核设计方案,学生修改、完善并对其进行分析 12.12-12.13 撰写课程设计说明书 12.14 上交课程设计说明书,并进行答辩 指导教师签名:年月日 系主任(或责任教师)签名:年月日

摘要 异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质,要获得高动态调速性能,必须从动态模型出发,分析异步电动机的转矩和磁链控制规律,研究高性能异步电机的调速方案。矢量控制是目前交流电动机较先进的一种动态模型,它又有基于转差频率控制的、无速度传感器和有速度传感器等多种矢量控制方式。无速度传感器控制的高性能通用变频器是当前全世界自动化技术和节能应用中受到普遍关心的产品和开发课题。本文介绍无速度传感器的矢量控制系统的原理和Matlab仿真。 关键词:矢量控制、无速度传感器、Matlab

无速度传感器的高性能异步电动机调速系统

无速度传感器的高性能异步电动机调速系统 范钦德杜耀武 范钦德先生,上海电器科学研究所(集团)有限公司研究员级高级工程师; 杜耀武先生,上海格立特电力电子有限公司工学博士。 关键词:无速度传感器 矢量控制磁链观测 目前广泛使用的通用变频器多为VVVF控制的开环系统,明显地存在转矩小、低速性能差、稳态精确度低、动态性能(加减速性能和负载抗干扰性能)不理想等缺点。特别是低速时由于定子压降和死区电压误差的存在,使系统性能受到严重影响,甚至发生不稳定现象。而在高性能的交流电机矢量控制系统中,转速的闭环控制环节一般是必不可少的。通常,采用光电码盘等速度传感器来进行转速检测,并反馈转速信号。这样,由于速度传感器的安装会给系统带来一些问题:如安装的精确度将影响测速的精确度,并给电机的维护带来一定困难,同时破坏了异步电机的简单坚固的特点,在恶劣环境下,速度传感器工作的精确度易受环境的影响。另外,因必须安装速度传感器,对推广应用也将造成一定的影响。 作为高性能通用变频器发展方向的无速度传感器矢量控制通用变频器就是解决上述缺点而提出的现实问题。其根本目的是在保持通用变频器方便、可靠等优点的前提下,不增加硬件成本,无需速度传感器,其性能却接近带速度反馈的矢量控制系统。 无速度传感器矢量控制的核心问题是对电机磁链的观测和转子的速度进行估计,控制系统性能好坏将取决于合理的控制方案与速度辨识环节的恰当结合。上世纪70年代末国外就已经开展了此项的研究。目前较典型的估计算法有:利用电机方程式直接计算法;模型参考自适应法;扩展卡尔曼滤波法;定子侧电量FFT分析法;非线性方法。但这些方法大多从理想条件下的电机数学模型出发,在不同程度上依赖于电机的参数和运行状态。当电机参数变化时,系统控制性能变差而且有些方法过于复杂,给具体方案的实现带来了很大的困难。基于电机磁链观测的转子速度估计方法计算简便,工程上易于实现,许多高性能无速度传感器矢量控制均采用该方法。 本调速系统基于一种电机磁链混合观测模型,设计了一种无速度传感器的控制方案,实现速度闭环控制。该方法简单实用,在整个速度范围内达到了良好的性能。 一控制原理 矢量控制技术得以有效实现的基础在于异步电机磁链信息的准确获取。为进行磁场定向和磁场反

直流电机转速控制

. 直流电机转速控制 课程设计

姓名: 学号: 班级: 目录 1.直流电机转速控制方案设计 (2) 1.1设计要求 (2) 1.2设计框图 (2) 2.直流电机转速控制硬件设计 (3) 2.1主要器件功能 (3) 2.2硬件原理图 (6)

3.直流电机转速控制软件设计 (7) 4.调试 (8) 4.1硬件测试 (8) 4.2软件调试……………………………………………………………(11 1.直流电机转速控制方案设计 1.1设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制,完成直流电机转向和转速的控制,提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。

1、用按键1控制旋转方向,实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 1.2设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示: 图1

2.直流电机转速控制硬件设计 2.1主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路,属于H 桥集成电路,与L293D 的差别是其输出电流增大,功率增强。其输出电流为2A,最高电流4A,最高工作电压50V,可以驱动感性负载,如大功率直流电机,步进电机,电磁阀等,特别是其输入端可以与单片机直接相联,从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时,可以直接控制步进电机,并可以实现电机正转与反转,实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。 图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效,这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端,EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源,注意正负,电

浅谈交流电机无速度传感器控制策略

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/1b9134750.html, 浅谈交流电机无速度传感器控制策略 作者:吴宏宇吴兴宇史运涛 来源:《科技风》2016年第24期 摘要:目前,随着工业自动化的不断发展,交流电机将会被广泛使用。同时由于无速度 传感器技术具有低成本与高可靠性等优点,所以发展交流电机无速度传感器技术,对于提高科技生产力以及工业自动化具有极其重要的意义。本文将简要介绍高性能无速度传感器交流电机控制策略,一种是异步电机与速度自适应全阶观测器相结合,另一种永磁同步电机与滑模观测器相结合的控制方法,旨在进一步促进高性能无速度传感器交流电机控制策略的发展。 关键词:交流电机;无速度传感器;全阶观测器;滑模观测器 随着电力电子技术、微电子技术、现代电机控制理论的迅速发展,交流电机获得快速的推广与应用[ 1 ]。目前,在高性能交流电机控制领域中矢量控制[ 2 ]已经被广泛应用。在实际应用中,为了进一步提高交流电机在不同环境下运行的可靠性,交流电机无速度传感器控制技术被提出。无速度传感器控制方法主要分为两大类,一种为外部信号注入,这种方法只适应于极低速的工况运行,同时额外的信号注入会带来高损耗、噪声等问题。另一种为基于交流电机模型的方法,如:模型参考自适应[ 3 ]、卡尔曼滤波[ 4 ]、滑模观测器[ 5 ]、自适应全阶观测器[ 6 ]等方法,这些方法具有很高的控制精度以及鲁棒性。 本文将重点介绍自适应全阶观测器、滑模观测器与矢量控制在交流电机无速度传感器技术中的应用。 1 速度自适应全阶观测器 对于异步电机来说,定子磁链和电磁转矩通常无法直接得到,一般是采用实时测量的电压电流信息和电机参数,并根据电机数学模型构造观测器来对内部的状态变量进行估计。全阶观测器在较宽范围内都有很高的观测精度[ 7 ],通过引入速度自适应环节后可以在观测定子磁链的同时估计电机转速,实现无速度传感器控制。 在全阶观测器的设计中,反馈增益矩阵与自适应率系数的设计直接关系到系统的稳定性、鲁棒性以及收敛速度[ 7 ]。为了保证系统的稳定性与收敛性,本文将介绍一种采用极点左移的方法来设计增益矩阵并对其进行简化,最终得到一个常数增益矩阵。引入速度自适应环节,可以利用李雅普诺夫函数推导出转速估计的自适应率[ 7 ],在实际应用中为了保证估计转速的收敛速度一般采用PI调节器来代替纯积分环节。 2 滑模观测器 在无速度传感器永磁同步电机控制策略中,滑模观测器被广泛应用,因为其具有结构简单、鲁棒性强以及快速的动态响应[ 8 ]。滑模观测器的主要思想是通过选取滑模面与滑模增益

直流电机转速控制(DOC)

直流电机转速控制 课程设计 姓名: 学号: 班级:

目录 1.直流电机转速控制方案设计 (2) 1.1设计要求 (2) 1.2设计框图 (2) 2.直流电机转速控制硬件设计 (3) 2.1主要器件功能 (3) 2.2硬件原理图 (6) 3.直流电机转速控制软件设计 (7) 4.调试 (8) 4.1硬件测试 (8) 4.2软件调试……………………………………………………………(11

1.直流电机转速控制方案设计 1.1设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制,完成直流电机转向和转速的控制,提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。 1、用按键1控制旋转方向,实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 1.2设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示: 图1

2.直流电机转速控制硬件设计 2.1主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路,属于H 桥集成电路,与L293D 的差别是其输出电流增大,功率增强。其输出电流为2A,最高电流4A,最高工作电压50V,可以驱动感性负载,如大功率直流电机,步进电机,电磁阀等,特别是其输入端可以与单片机直接相联,从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时,可以直接控制步进电机,并可以实现电机正转与反转,实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。 图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效,这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端,EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源,注意正负,电源正端为VCC,电源地为GND。 2、ZLG7290的核心是一块ZLG7290B芯片,它采用I2C接口,能直接驱动8位共阴式数码管,同时可扫描管理多达64只按键,实现人机对话的功能资源十分丰富。除具有自动消除抖动功能外,它还具有段闪烁、段点亮、段熄灭、

交流感应电动机无速度传感器的高动态性能控制方法综述

交流感应电动机无速度传感器的 高动态性能控制方法综述 清华大学 杨耕 上海大学 陈伯时 摘要:文章分析了交流感应电机无速度传感器的高动态性能控制方案的控制要点。在介绍国内外产业界已实用化的、以及正在研发中的几种代表性的控制策略的同时,讨论了各种方法理论要点和实际应用中的特点。最后,介绍了当前的几个研究热点问题并就发展方向提出了一点设想。 关键词:异步电动机控制 无速度传感器 转矩控制 磁链观测 速度辨识 Rev iew the M ethods for the Speed Sen sor-less Con trol of I nduction M otor Yang Geng Chen Bo sh i Abstract:T h is paper analyzes theo retical po ints of the i m p lem entati on fo r h igh perfo r m ance contro l of in2 ducti on mo to r w ithout speed senso r.A fter that,typ ical app roaches of the contro l strategy,w h ich are used in p ractical p roducts o r are being developed recently,are p resented and the characteristic of each app roach is dis2 cussed.F inally,som e unso lved p roblem s being researched as w ell as the develop ing po tentials are introduced. Keywords:contro l of inducti on mo to r speed senso r2less to rque contro l flux observer speed identifica2 ti on 1 前言 交流感应电机的无速度传感器高动态性能控制,是为了实现与有速度传感器的矢量控制(或直接转矩控制)相当的转矩和速度性能的方案,被用于无法设置速度传感器的设备或新一代高性能通用变频器之中[1,2]。相关的理论与技术也成为近10年来交流传动领域的热门研发内容之一。 本文主要综述在无速度传感器的前提下,具有速度反馈控制环的矢量控制方案(V C)和直接转矩控制方案(D TC),而不讨论诸如“V F控制+为补偿负载变动的滑差补偿”等只考虑静态的方法。本文在介绍各种方法的同时,综述其理论要点和实际应用中的特点、介绍所应用的厂家,从中总结出实现高动态性能控制的要点及主要成果。最后,介绍当前几个研究热点问题。 2 控制方法 211 方法分类的出发点 一般地,由转矩控制环及速度控制环构成的无速度传感器矢量控制(或直接转矩控制)系统由图1所示的3个环节构成。即:①速度调节器;②磁链和转矩控制器;③速度推算或辨识器(含磁链计算或观测) 。 图1 无速度传感器控制系统构成 对于环节②,需要控制转矩和磁链。由此可以分为:a以转子磁链定向控制为基础的矢量控制策略。目前常用的有计算滑差频率的被称为间接法(I V C)和把状态观测器观测到的转子磁链进行反馈控制的直接法(DV C)。b以控制定子磁链为特点的,被称之为直接转矩控制策略(D TC)。 环节③的结构依存于环节②的结构。实际上在计算或推定速度值时,常常也要获得(计算或观测)磁链(转子的或是定子的)值。因此,按其理论上的特点,可以把获得转速和磁链的方法大致分 3 电气传动 2001年 第3期

无速度传感器简介

无速度传感器 在高性能的异步电机矢量控制系统中,转速的闭环控制环节一般是必不可少的。通常,采用光电码盘等速度传感器来进行转速检测,并反馈转速信号。但是,由于速度传感器的安装给系统带来一些缺陷:系统的成本大大增加;精度越高的码盘价格也越贵;码盘在电机轴上的安装存在同心度的问题,安装不当将影响测速的精度;电机轴上的体积增大,而且给电机的维护带来一定困难,同时破坏了异步电机的简单坚固的特点;在恶劣的环境下,码盘工作的精度易受环境的影响。因此,越来越多的学者将眼光投向无速度传感器控制系统的研究。国外在20世纪70年代就开始了这方面的研究,但首次将无速度传感器应用于矢量控制是在1983年由R.Joetten完成,这使得交流传动技术的发展又上了一个新台阶,但对无速度传感器矢量控制系统的研究仍在继续。 2无速度传感器的控制方法 在近20年来,各国学者致力于无速度传感器控制系统的研究,无速度传感器控制技术的发展始于常规带速度传感器的传动控制系统,解决问题的出发点是利用检测的定子电压、电流等容易检测到的物理量进行速度估计以取代速度传感器。重要的方面是如何准确地获取转速的信息,且保持较高的控制精度,满足实时控制的要求。无速度传感器的控制系统无需检测硬件,免去了速度传感器带来的种种麻烦,提高了系统的可靠性,降低了系统的成本;另一方面,使得系统的体积小、重量轻,而且减少了电机与控制器的连线,使得采用无速度传感器的异步电机的调速系统在工程中的应用更加广泛。国内外学者提出了许多方法。 (1)动态速度估计法主要包括转子磁通估计和转子反电势估计。都是以电机模型为基础,这种方法算法简单、直观性强。由于缺少无误差校正环节,抗干扰的能力差,对电机的参数变化敏感,在实际实现时,加上参数辨识和误差校正环节来提高系统抗参数变化和抗干扰的鲁棒性,才能使系统获得良好的控制效果。 (2)PI自适应控制器法其基本思想是利用某些量的误差项,通过PI自适应控制器获得转速的信息,一种采用的是转矩电流的误差项;另一种采用了转子q轴磁通的误差项。此方法利用了自适应思想,是一种算法结构简单、效果良好的速度估计方法。 (3)模型参考自适应法(MRAS)将不含转速的方程作为参考模型,将含有转速的模型作为可调模型,2个模型具有相同物理意义的输出量,利用2个模型输出量的误差构成合适的自适应律实时调节可调模型的参数(转速),以达到控制对象的输出跟踪参考模型的目的。根据模型的输出量的不同,可分为转子磁通估计法、反电势估计法和无功功率法。转子磁通法由于采用电压模型法为参考模型,引入了纯积分,低速时转子磁通估计法的改进,前者去掉了纯积分环节,改善了估计性能,但是定子电阻的影响依然存在;后者消去了定子电阻的影响,获得了更好的低速性能和更强的鲁棒性。总的说来,MRAS是基于稳定性设计的参数辨识方法,保证了参数估计的渐进收敛性。但是由于MRAS的速度观测是以参考模型准确为基础的,参考模型本身的参数准确程度就直接影响到速度辨识和控制系统的成效。 (4)扩展卡尔曼滤波器法将电机的转速看作一个状态变量,考虑电机的五阶非线性模型,采用扩展卡尔曼滤波器法在每一估计点将模型线性化来估计转速,这种方法

PID调节控制做电机速度控制

PID调节控制做电机速度控制 V1.1 – Jan 23, 2006 中文版 19, Innovation First Road ? Science Park ? Hsin-Chu ? Taiwan 300 ? R.O.C. Tel: 886-3-578-6005 Fax: 886-3-578-4418 E-mail: mcu@https://www.360docs.net/doc/1b9134750.html,

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目录 页 1模拟PID控制 (1) 1.1 模拟PID控制原理 (1) 2数字PID控制 (3) 2.1 位置式PID算法 (3) 2.2 增量式PID算法 (4) 2.3 控制器参数整定 (4) 2.3.1 凑试法 (5) 2.3.2 临界比例法 (5) 2.3.3 经验法 (5) 2.3.4 采样周期的选择 (6) 2.4 参数调整规则的探索 (6) 2.5 自校正PID控制器 (7) 3软件说明 (8) 3.1 软件说明 (8) 3.2 档案构成 (8) 3.3 DMC界面 (8) 3.4 子程序说明 (9) 4程序范例 (16) 4.1 DEMO程序 (16) 4.2 程序流程与说明 (19) 4.3 中断子流程与说明 (20) 5MCU使用资源 (21) 5.1 MCU硬件使用资源说明 (21) 6实验测试 (22) 6.1 响应曲线 (22) 7参考文献 (26)

感应电机高性能无速度传感器控制系统--回顾、现状与展望

电气传动2004年第l期 感应电机高性能无速度传感器控制系统 ——回顾、现状与展望 李篡嚣才m3月 摘要文章对感应电机岛|生能无速度传感;}{}控制的策略进行分析和分类,将当前该研究领域的土要控制策略分为基1:电机理想模型的方案和基于电机非理想特性的方案加以介绍.并且列…了无速度传感器控制的研究热点。 关键词:感应电机无速度传感器柠制磁通观测 speedsensorlesscontroJofInduction MotorwithHighPerformance LiYo“gdo“gl』iMingc“ Abstract:ThI。”畔7(Il…sesthe8pced scns。rle…nductJ。…ac¨㈣untrolmeth。dswIthhlghper【ormⅢ1ce.a11d【1.1sslflPsthemintotwocatezorIesmet】10dsb…d…dea】mot…odcIandbased01111。n】de“chtlractcrlstIcs l'he…renⅢse…hfu“I…dprobkmslnthlsareaa…Jsolnlrod…d Keywords:¨1(1ucIlotl¨Iott……orle引ontrolfl…bs…atIoll 1引言 随着感应电机无速度传感器控制理论和电机控制专用cPU的发展,感应电机高性能无速度传感器控制的实现有了很好的硬件和软件条件,可以实现更完整的电机建模及更先进复杂的观测和控制算法。 在电机的动态方程中,转速是电机模型的一个参数,无速度传感器控制省去了复杂昂贵的转速榆测器件.因此带来一系列问题。 1)转速闭环只能采用辩识的转速进行反馈,转速控制的精度依赖于速度辨识的精度。 2)一些磁通观测方法不能独立使用。例如:包含转速的电机电流模型和全阶观测器无法独立应用。在无速度传感器控制时,这些模型可作为模型参考自适应系统的参考模型或可调模型用于转速和磁通同时计算。因此无速度传感器系统不仅是少r转速闭环所需的反馈信号,更重要的是少了一个稳定磁通计算的电机参数——转速。 3)低频范围磁链观测难度大。感应电机的无速度传感器控制的关键在于磁链的准确观测,而磁链的观测在本质上都是对电机反电势的积4分o]。直接对反电势积分会存在积分初值和飘移问题,因此在无速度传感器控制中如何避免纯积分的问题是关键所在。异步电机在定子供电频率为零时,定子电压电流中不包含转子转速和参数的信息;在定子供电频率很低时电压和反电势很低,电压电流检测误差、PwM脉冲宽度的误差、开关器件的压降等对于电机线电压的重构和反电势计算的影响较大,定子电阻的误差对反电势计算误差影响也变大。所以零频率附近无速度传感器控制具有理论上和实际中的双重限制。 4)多参数辨识受到限制:shinnaka等人从理论上证明了在无速度传感器控制中,在转子磁通幅值恒定的条件下,转子电阻和转速不可能同时辨识出来o。,这给无速度传感器控制中转子电阻辨识增加了难度。转子电阻误差影响滑差计算的精度,在无速度传感器控制中,速度精度主要受滑差精度的影响[3]。 本文对感应电机高性能无速度传感器控制的策略进行分析和分类,将当前该研究领域的主要控制策略分为基于电机理想模型的方案和基于电机非理想特性的方案加以介绍,并且列出了无速度传感器控制的一些结论和研究热点。文中讨论  万方数据

无刷直流电机无位置传感器控制方法综述

无刷直流电机无位置传感器控制方法综述所谓的无位置传感器控制,正确的理解应该是无机械的位置传感器控制。在电机运转的过程中,作为逆变桥功率器件换向导通时序的转子位置信号仍然是需要的,只不过这种信号不再由位置传感器来提供,而应该由新的位置信号检测措施来代替,即以提高电路和控制的复杂性来降低电机的复杂性。所以,目前永磁无刷直流电机无位置传感器控制研究的核心和关键就是架构一转子位置信号检测线路,从软硬件两个方面来间接获得可靠的转子位置信号,借以触发导通相应的功率器件,驱动电机运转。 1.反电势过零点法(端电压法):基于反电动势过零点的转子位置检测方法是 在忽略永磁无刷直流电机电枢反应影响的前提下。通过检测断开相反电动势过零点。依次得到转子的六个关键位置信号。但是存在如下缺点:反电动势正比于转速,低速时不能通过检测端电压来获得换相信息故这种方法严重影响了电机的调速范围。使电机起动困难;续流二极管导通引起的电压脉冲可能覆盖反电动势信号。尤其是在高速、重载、或者绕组电气时间常数很大等情况下,续流二极管导通角度很大,可能使得反电动势法无法检测。 反电势过零检测法的改进策略:针对以上缺点,利用神经网络的非线性任意逼近特性, 提出一种基于神经元网络的电机相位补偿控制。首先由硬件电路获得有效的反电动势信息, 再利用BP 神经网络进行正确相位补偿, 实现无刷直流电机的无位置传感器控制, 获得了较好的效果[1]。还有一种采用人工神经元网络的永磁无刷直流电机反电势预测新方法, 采用神经元网络方法对永磁无刷直流电动机反电势波形准确预测的结果进一步用于电机动、静态特性的仿真或预测, 这将比假设电机反电势波形为理想正弦波或梯形波所进行的仿真更接近电机的实际运行结果。较之传统的路和场的计算方法, 达到了快速性和准确性的统一, 且由于神经元网络的自学习神经元网络成功训练后, 就可以用以预测所研究类型的永磁无刷直流电机的反电势波形[2]。 直接检测法,通过比较逆变器直流环中点电压和电机断开相绕组端电压的关

电机调速控制

一、直流电机调速方法 (1)调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢 电压,从电动机额定转速向下变速,属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内 无级平滑调速的系统来说,这种方法最好。I a 变化遇到的时间常数较小,能快速响应,但是需要大容量可调直流电源。 (2)改变电动机主磁通Φ。改变磁通可以实现无级平滑调速,但只能减弱磁通进行调速(简称弱磁调速),从电机额定转速向上调速,属恒功率调速方法。 I f 变化时间遇到的时间常数同I a 变化遇到的相比要大得多,响应速度较慢, 但所需电源容景小。 (3)改变电枢回路电阻R。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法,设备简单,操作方便。但是只能进行有级调速,调速平滑性差,机械特性较软;空载时几乎没什么调速作用;还会在调速电阻上消耗大暈电能。 二、异步电机调速方法 三相异步电动机转速公式为:n60f p1s。 从上式可见,改变供电频率f、电动机的极对数P及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看,不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机,改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看,有高效调速方法与低效调速方法两种: (1)高效调速指时转差率不变,因此无转差损耗,如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法(如串级调速等)。 (2)有转差损耗的调速方法属低效调速,如转子串电阻调速方法,能量就损耗在转子回路中; (3)电磁离合器的调速方法,能量损耗在离合器线圈中;

无刷直流电机的无位置传感器控制_0813

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。该方法将检测获得的反电势过零点信号延迟30o电角度,得到6个离散的转子位 置信号,为逻辑开关电路提供正确的换相信息,进而实现无刷直流电机的无位置传感器控制。 无刷直流电机反电势过零点与换相时刻的对应关系如图所示,图中e A、e B、e C为相位互差120o电角度的三相梯形波反电势,Q1~Q6为一个周期内的6个换相点,分别滞后相应反电势过零点30o电角度。

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