无速度传感器感应电机改进转子磁链观测器

感应电机双滑模面变结构MRAS转速辨识

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

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

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]。

基于变增益控制理论的感应电机转子磁链观测

不等式，计满足Ｈ棒稳定性能和动态特性磁链观测器，踪实际的磁链。仿真验证了此观测器的有效性设鲁跟
和先进性。
关键词：变增益控制理论；子磁链观测；性变参数系统；线性不等式转线中图分类号：ＴＭ７４４文献标识码：Ａ文章编号：０３８３（０６０ — ０１０１０９０２０）１０７ — ３
王涛，肖建，李冀昆
（南交通大学电气工程学院，成都６０３）西１０１
摘要：针对交流感应电动机转子磁链观测问题，出一种新的方法，于变增益控制理论设计感应电机转子提基磁链观测器。先把感应电动机模型作为ＬＶ线性变参数系统，感应电动机的磁通观测器看作线性变参数首Ｐ将系统的一个控制器，而把转速与转子电阻作为系统的变参数，后利用变增益控制理论，过解一组线性矩阵然通
维普资讯
第１８卷第１期
２００６年２月
电力系统及其自动化学报
ＰｒｅｄｉｈｅＣＳＵ — ｏｃｅｎｇｓｏｆｔＥＰＳＡ
Ｖｏ１８Ｎｏ．．１１
Ｆｅｂ．２０ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ０６
基于变增益控制理论的感应电机转子磁链观测
ｃｎｔｏｌｔｏｙ．ＴｈｅｉｕｃｉｏｏｒｉｅａｄｄａｏｒｈｅｒｎｄｔｏｎｍｔｓｒｇｒｅｓａＬＰＶｙｔｍｏｒｌｅｙｔｌｓｓｅｃｎｔｏｌｄｂｈｅｆｕｘｏｂｓｅｒＴｈｅｓｅｒｖｅ．ｐｅｄａｔｅｏｔｒｅｉａｃａｒｃｎｓｄｅｅａｖｉｂｅｎｄｈｒｏｒｓｓｔｎｅｅｏｉｒｄｓａｒａｌｐａａｅｔｒｒｍｅｓ．ＡｆｕｘｌｏｂｒｅｗｉｈｓｔｓａｔｒＨｓｅｖｒｔａｉｆｃｏｙｐｅｆｍａｅｎｄｒｏｒｎｃａｄｙｍｉｃｒｃｅｉｔｃｉｄｓｇｎｅｕｓｎＬＭＩｐｐｒｃｎａｃｈａａｔｒｓｉｓｓｅｉｄｉｇａｏａｈ．ＳｉｕｌｔｏｒｓｔｍａｉｎｅｕｌｏｎＳｉｕｌｎｋｍｉｄｍｏｎｔｅｈｅａｉｉｉｙａｄｎｔｇｓｏｆｔｂｓｒｒｅｓａｔｓｔｅｆｓｂｌｔｎｄａｖａａｅｈｅｏｅｖｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｎ— ｃｅａｉｓｈｄｕｌｄｃｅｏｎｔｏｌｈｅｙ；ｒｏｆｕｘｂｓｒｅｒｔｏｒｏｔｒｌｏｅｖｒ；ｌｎｅｒａａｅｅ — ｒｎｇ（ｉａｐｒｍｔｒｖａｙｉＬＰＶ）ｓｔｍ；ｙｓｅ１ｎａｒｍａｔｉｎｅｕａｌｙ（ｉｅｒｘｉｑｉＬＭＩｔ）

磁链观测方案

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。

基于Anti-Windup控制器的自适应正交反馈补偿磁链观测器

ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｅｅｄｂａｃｋｂａｓｅｄｏｎｖａｉａｒｂｌｅ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｔｉ — ｗｉｎｄｕｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｎｔｉ — ｗｉｎｄｕｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｏｌｖｅｄｗｉｎｄｕｐｐｒｏｂｌｅｍｉｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄａｌｆｕｘｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｍｏｄｅｌｉｓｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｓｐｅｅｄｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍａ－
第４７卷第２期
２０１４芷
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ＭＩＣＲＯＭＯＴＯＲＳ
Ｖｏ１．４７．Ｎｏ．２Ｆｅｂ．２０１４
２月
基于Ａｎｔｉ — Ｗｉｎｄｕｐ控制器的自适应正交反馈补偿磁链观测器
杨德刚，游林儒，陈友焰，周超
ｔｉｍａｔｅｄｌｆｕｘａｎｄｂａｃｋｅｍｆ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｃｏｕｌｄｅｌｉｍｉｎａｔｅｉｌｌｅｆｆｅｃｔｓｃａｕｓｅｄｂｙａｐｕｒｅｉｎｔｅｇｒａｔｏｒｉｎｔｈｅｖｏｌｔ — ａｇｅｍｏｄｅｌｑｕｉｃｋｌｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｏｂｓｅｒｖｅｒｃｏｕｌｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙｅｓｔｉ —

直接转矩变结构控制的无速度传感器交流感应电机系统

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（１ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｅｈｎｉｅａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ；２ＸｉａｎＡｅｒｏｎａｕｔｉｅａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｌｌ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）
高精度控制要求。状态观测器是无速度传感器交流褐感应电机控制策略的重要组成部分，其鲁棒性和观
测误差直接影响电机的控制性能。文献［７］针对感
应电机提出全阶自适应磁链、定子电阻观测器，但其连
运算相对复杂，观测误差较大。文献［８］提出了速度自适应滑模观测器，该观测器不需要确切的电机
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基于二阶滑模观测器的感应电机转子磁链观测

收稿日期：２０１６０３－ — ２３
本文提出了一种基于二磁链观测器。该方案是通过Ｓｕｐｅｒ－Ｔｗｉｓ —
ｔｉｎｇ二阶滑模观测器对所构造的中间变量进行观测，并将其观测结果直接作为参考模型，设计了一种
器的转子磁链观测方法。将构造的滑模观测器作为模型参考自适应系统（ＭＲＡＳ）的参考模型，将磁链的电流模型改造为该中间变量的可调模型，且其可调量为转速变量，进而构造出ＭＲＡＳ，实现对转速的观测。在此基础上，完成转子磁链的计算，并得到转子磁链角度，实现基于直接磁场定向的感应电机矢量控制。中间量的构造有效避免了传统ＭＲＡＳ中的纯积分问题，便于算法的实施；
关键词：感应电机；二阶滑模；ＭＲＡＳ；磁链观测；无传感器控制
中图分类号：ＴＭ３４３文献标识码：Ａ文章编号：１００３ — ３０７６（２０１６）１２ — ００３２－０６
卡尔曼滤波器（ＥＫＦ）法可以在较宽的转速范围内稳
在旋转坐标系下和静止坐标系下设计了两个滑模
面，并据此构造了ＭＲＡＳ结构，实现了对转子磁链
和转速的同时辨识。为克服一阶滑模结构的抖振问
题，文献［１３］基于Ｓｕｐｅｒ — Ｔｗｉｓｔｉｎｇ二阶滑模理论构造

基于滑模观测器的异步电机无传感器控制

机模型，理论上可以工作在低速甚至零速状态，但是高频注入引入
了高频噪声而且需要电机有特殊的结构。基于电机模型的方法有
模型参考自适应（MRAS）观测器［1］、扩展卡尔曼滤波器（EKF）［2］、滑
模观测器（SMO）［3－5］等。 MRAS 将不含转速信息的电压模型作为
参考模型，将含有转速信息的电流模型作为可调模型，两种模型
关键词：异步电机，无传感器，滑模观测器 Abstract:This paper presents a modified sliding－mode observer．The feedback matrix of modified observer is simplified, and the chattering is eliminated by using a saturation function．The stability is proofed by Lyapunov theory．The sliding mode observer has the characteristics of simple structure and high dynamic performance． Keywords:induction motor(IM),sensorless control,Sliding－Mode Observer(SMO)
摘要：异步电机无速度传感器矢量控制中，速度观测器的精度和稳定性十分重要，通过分析异步电机模型，在设计滑模观测器实现异步电机转速准确观测的基础上，对滑模观测器中的反馈矩阵进行简化，使用饱和函数代替符号函数消除抖振，提出了一种新的异步电机转子磁链滑模观测器，并证明了观测器的稳定性。改进的滑模观测器有着结构简单、高动态性的特点。最后通过仿真实验验证了方案的可行性。

新型转子磁链观测器的设计与仿真

流异步电机的数学模型可以得到
ｐ＋１
．
一 —
ｒｍ
的信号，所以转子磁链观测器设计的好坏直接影响到整个系统的性能。常用的转子磁链观测器有
电流型观测器、电压型观测器及改进电压型观测器，本文在分析了３种观测器优缺点的基础上设计了一种基于电流型和改进电压型观测器的新型
而矢量控制思想的提出很好地解决了这一问题。在转子磁场定向矢量控制系统中无论是转子的磁通反馈还是直接磁场定向，都需要知道转子磁链
在按转子磁场定向的同步坐标系下，由三相
新型转子磁链观测器的设计与仿真
赵典强宝民
７０２１０５第二炮兵工程大学西安
摘
要：针对传统的电流型转子磁链观测器、电压型转子磁链观测器以及改进电压型转子磁链观测器各自
的优缺点和适用范围，设计了一种由电流型和改进电压型转子磁链观测器组合而成的一种新型转子磁链观测器，并在模型切换过程中采用改进的滞环切换器。对建立的新型观测器的Ｓｌｋ模型进行仿真，结果表明，新型ｉｉｍｕｎ观测器能够得到较精确的转子磁链观测值。关键词：转子磁链；观测器；滞环切换器；Ｓｍｌｋｉｕｉｎ
ｅｒ，ｖｌａｅｒｔｒｆｕｂｅｖｒａｄｉｒｖｄｖｌａｅｒｔｒｆｕｂｅｖｒａｎｗ—ｙｅｒｔｒｆｕｂｅｅｓｄｅｉｎｅｙｃｎ— ｏｔｇｏｏｘｏｓｒｅｎｍｐｏｅｏｔｇｏｏｘｏｓｒｅ，ｅｔｐｏｏｘｏｓｒｒｉｓｇｄｂｏｌｌｌｖ