【摘 要】
：
在机器人控制领域中,对永磁同步电机(PMSM)响应的快速性及稳定性要求较高,同时还需要其控制方法有较强的适应性。但传统的PID控制参数只适用于特定场合,应用受到限制。本文结合广义预测控制(GPC)理论与Luenberger观测器,形成一种新的控制方法来对PMSM进行速度闭环控制。该算法与传统GPC算法相比计算量更少,并通过负载转矩观测器对负载扰动进行测量反馈,提高了系统控制性能。仿真及试验结果表明,该算法与PID控制比超调量小,响应速度快,适用于要求较高的工程应用。
【机 构】
：
中国科学院网络化控制系统重点实验室,中国科学院沈阳自动化研究所,中国科学院机器人与智能制造创新研究院,中国科学院大学,大连理工大学电气工程学院
【基金项目】
：
国家重点研发计划(2018YFE0205803)资助,国家自然科学基金(91648204)资助。
论文部分内容阅读
在机器人控制领域中,对永磁同步电机(PMSM)响应的快速性及稳定性要求较高,同时还需要其控制方法有较强的适应性。但传统的PID控制参数只适用于特定场合,应用受到限制。本文结合广义预测控制(GPC)理论与Luenberger观测器,形成一种新的控制方法来对PMSM进行速度闭环控制。该算法与传统GPC算法相比计算量更少,并通过负载转矩观测器对负载扰动进行测量反馈,提高了系统控制性能。仿真及试验结果表明,该算法与PID控制比超调量小,响应速度快,适用于要求较高的工程应用。
其他文献
文章提出了一种基于连续集模型预测控制的永磁同步直线电机位置控制的方法,以提高永磁同步直线电机位置控制的动态响应性能和稳态精度。传统的级联型三闭环位置控制系统使用PI控制器,虽具有应用简单、适用性强的优点,但是动态响应和稳态精度却受到制约。本文详细阐述了MPC的控制原理和设计方法,在Matlab/Simulink下搭建了相应模型进行仿真验证。仿真表明,模型预测控制具有良好的动态性能和稳态精度。
永磁电机多采用变频器供电,变频器输出的电流中除包含基波电流外还存在谐波电流,由其产生的电枢磁动势空间谐波会在转子中产生涡流损耗。基于对各次电枢磁动势空间谐波幅值及其相对于转子交变频率的详细分析,提出涡流损耗强度的概念,用于评估不同的电枢磁动势空间谐波对转子涡流损耗的影响程度。对采用整数槽和分数槽绕组的永磁电机转子涡流损耗做了解析对比和有限元分析,证明了利用涡流损耗强度评估电枢磁动势谐波对转子涡流损耗影响的有效性。
飞轮储能由于效率高、无污染等优点得到了广泛应用。作为核心部件,高速永磁同步电机的损耗直接制约着电机转速,进而影响飞轮储能系统的性能。文章给出电机铁耗和永磁体涡流损耗的计算公式,分析两种损耗的影响因素。根据损耗分析给出电机的拓扑结构,介绍电机的绕组形式、极槽配比和转子结构。提出一种新型磁障设置方法,在定子轭部设置空气磁障,引入径向分段和Halbach充磁方式,给出三种新型电机拓扑。有限元仿真结果表明,磁障的设置显著降低了铁耗,但也使得永磁体涡流损耗上升。径向分段和Halbach均能大幅度降低永磁体涡流损耗,
针对直流电机电刷磨损的跟踪与预测问题,提出了一种改进型粒子滤波器的电机电刷磨损状态演变预测方法。首先建立直流电机的动态模型,通过电刷磨损仿真分析获得一定时间间隔的电流输出数据,此输出数据作为测量数据用作为预测模型的输入。接着,根据测量数据的变化规律建立电机电刷磨损预测的模型形式,然后通过采用所提出的多项式重采样粒子滤波方法来预测电机电刷磨损状态的演变。案例数据分析结果表明,所提出的基于粒子滤波的电刷磨损预测方法是有效的且计算过程简便。
针对永磁同步电机直接转矩控制转矩和磁链脉动较大的问题,提出了模糊调节电压矢量角度与幅值表面式永磁同步电机模糊直接转矩控制系统,采用模糊控制器和空间矢量调制技术取代传统直接转矩控制系统的滞环比较器和开关表输出电压矢量。模糊控制器输入量为磁链和转矩误差,输出量为输出电压矢量的角度和幅值。基于电压矢量幅值和角度对磁链和转矩的变化影响规律设计了模糊控制规则表。为了进一步抑制转速为负时的转矩脉动,设计自适应模糊直接转矩控制系统。仿真结果表明:模糊调节电压矢量角度与幅值的直接转矩控制系统可实现四象限运行,电机系统运行
在线辨识永磁同步电机的参数可以实现PI控制器的实时整定,有利于电机的解耦控制以及弱磁的计算。针对模型参考自适应法在辨识永磁同步电机参数时出现的波动问题,本文引入了电机参数变化趋势的惯性因子,使参数辨识值在迭代更新时,更符合参数的变化趋势。针对永磁同步电机电气参数辨识的方程欠秩问题,本文重新设计了分步辨识的步骤,减少了定子电阻误差对永磁体磁链辨识的影响。仿真实验显示,改进后的模型参考自适应算法无噪音条件下电感、磁链、电阻辨识的绝对误差分别为改进前的30.30%、19.77%、14.12%;噪音条件下,电感辨
针对电动叉车用开关磁阻电机(SRM)制动过程中的能量回收问题,研究一种可实现多端口能量灵活转换的新型集成式功率变换器。新型集成式功率变换器采用交错并联双向DC/DC变换器作为传统SRM功率变换器的前端电路,可以在电动及发电模式之间灵活切换。采用超级电容与铅酸蓄电池混合储能,回收减速和下放货物的能量,实现再生制动,并用于加速和举升货物。仿真试验表明所设计新型集成式功率变换器能满足电动叉车频繁起停的要求,并可减小输入输出端的电流波纹,提高能量回收效率。
高速永磁同步电机绕组电感小、基波电流频率高,易产生严重的高频电流谐波。为抑制电流谐波,本文采用T型三电平逆变器供电,设计高速永磁同步电机无位置传感器控制器系统,通过仿真和实验对比两电平和三电平逆变器供电时的电流谐波,并考核滑模观测器无位置算法在高速运行时的稳定性。实验结果验证了本方案的可行性。
自轴承式双定子实心转子盘式异步飞轮电机(DSSRAFIM)具备双定子盘式电机与实心转子异步电机的结构特点,基于其结构特点,研究了该电机的设计方法。为将DSSRAFIM内三维分布的电磁场等效为二维分布,采用了改进的分环法,将其等效为一系列宽度相等、长度递增的双初级钢次级直线电机。通过建立双初级钢次级直线电机模型,分析实心转子厚度、气隙长度等关键尺寸参数对DSSRAFIM运行性能的影响。且分析得到了轴向磁拉力、电磁转矩与定子电流的关系,研究表明该电机除提供稳定转矩外,还能同时提供稳定可控的悬浮力,实现自轴承运
单相永磁同步发电机在民用发电系统中有一定的应用,然而单相电机的理论和工程应用主要集中在单相异步电动机。本文设计了并网运行的10 KW单相永磁同步发电机,首先根据电磁负荷确定基本尺寸,应用磁路法对转子永磁体进行了设计,根据电机的相量图分析了移相电容的选取,对电机的两相绕组和谐波抑制进行分析设计,分析了斜槽对减小电压波形畸变率和负载转矩脉动的作用,最后通过场路耦合有限元方法计算了样机的运行特性。