文档名：基于模糊扩展卡尔曼的直线感应电机无速度传感器控制
摘要：直线感应电机(linearinductionmotor,LIM)可实现无接触、无摩擦的直线运动,具有爬坡强、横断面小、低噪音等优势,在中低速磁悬浮与城市轨道交通中被广泛应用.其中,基于观测器的电机无速度传感器矢量控制方法,是解决速度传感器成本高、可靠性低、维护难等问题的有效途径.针对LIM速度辨识受系统内外扰动影响导致观测精度下降问题,提出基于模糊扩张卡尔曼滤波(FuzzyExtendedKalmanFilter,FEKF)的速度观测方法,提高观测器鲁棒性.首先在αβ坐标系下建立考虑动态边端效应的LIM数学模型,利用LIM的实时电流和电压作为输入信号,以电流、磁链和速度作为状态变量,推导出基于扩展卡尔曼滤波(extendedkalmanfilter,EKF)观测器电机状态空间方程的离散模型,利用EKF对LIM的速度和磁链进行在线观测,并用于实现LIM的矢量控制.其次,为提高EKF的噪声协方差矩阵Q对LIM系统内外扰动的鲁棒性,引入模糊控制方法对矩阵Q进行自适应调整,实现速度与磁链的估计精度.具体通过计算系统理论残差与实际残差的偏离程度得到噪声调节因子,实时调整噪声协方差矩阵Q,并在下一周期更新模糊扩展卡尔曼的反馈增益矩阵,提高对速度与磁链的估计精度.之后对系统的能观性与FEKF的收敛性进行分析,探明矩阵Q中各参数的边界及整定规律.最后通过仿真和硬件在环实验验证所提FEKF优化算法的有效性,结果表明FEKF能有效提高对LIM速度辨识准确性,实现LIM无速度传感器矢量控制.
Abstract：Linearinductionmotor(LIM)hasbeenactivelyappliedinmiddle-lowspeedmaglevandurbanrailtransitduetoitsstrongclimbingability,simplestructureandlowmaintenancecost.Amongthem,theobserverbasedmotorspeedsensorlessvectorcontrolmethodisaneffectivewaytosolvetheproblemsofhighcost,lowreliability,anddifficultmaintenanceofspeedsensors.ToaddresstheproblemthatLIMvelocitydiscriminationwasaffectedbytheinternalandexternaldisturbancesofthesystem,theFuzzyExtendedKalmanFilter(FEKF)basedvelocityobservationmethodwasproposedtoimprovetherobustnessoftheobserver.Firstly,amathematicalmodelofLIMwasdevelopedinthecoordinatesystemtotakeintoaccountthedynamicsideeffects.Theextendedkalmanfilter(EKF)wasusedforonlineobservationofthespeedandmagneticchainoftheLIMandforvectorcontroloftheLIM.Secondly,inordertoimprovetherobustnessofthenoisecovariancematrixQoftheEKFtoperturbationsinsideandoutsidetheLIMsystem,afuzzycontrolmethodwasintroducedtoadaptivelyadjusttheQmatrixtoachievetheestimationaccuracyofthespeedandmagneticchain.Specifically,thenoiseadjustmentfactorwasobtainedbycalculatingthedegreeofdeviationbetweenthetheoreticalandactualresidualsofthesystem.SothatthenoisecovariancematrixQcanbeadjustedinrealtime,andthefeedbackgainmatrixofthefuzzyextendedkalmanfilter(FEKF)wasupdatedinthenextcycletoimprovetheestimationaccuracyofthespeedandmagneticchain.Afterwards,theenergyobservabilityofthesystemandtheconvergencepropertyoftheFEKFwereanalysedtoexploretheboundsofeachcoefficientinthematrixQ.Finally,thevalidityoftheproposedFEKFalgorithmwasverifiedthroughsimulationsandhardware-in-the-loopexperiments.TheresultsshowthattheFEKFcaneffectivelyimprovetheaccuracyofLIMspeedidentificationandimplementLIMspeedsensorlessvectorcontrol.
作者：丰富 胡海林 葛琼璇 杨杰 程浪 Author：FENGFu HUHailin GEQiongxuan YANGJie CHENGLang
作者单位：江西理工大学电气学院,江西赣州341000;江西省磁悬浮技术重点实验室,江西赣州341000江西理工大学电气学院,江西赣州341000;磁浮技术铁路行业重点实验室,上海201804江西理工大学电气学院,江西赣州341000;中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室,北京100190
刊名：铁道科学与工程学报
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(3)
分类号：V221.3
关键词：直线感应电机 无速度传感器 模糊扩展卡尔曼滤波 边端效应 系统噪声
Keywords：linearinductionmotor speedsensorless fuzzyextendedkalmanfilter dynamicendeffect systemnoise
机标分类号：TM351TP273TM921
在线出版日期：2024年4月12日
基金项目：国家重点研发计划，江西省重大科技研发专项项目，国家自然科学基金，磁浮技术铁路行业重点实验室开放课题，江西省研究生创新专项基于模糊扩展卡尔曼的直线感应电机无速度传感器控制[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(3)丰富 胡海林 葛琼璇 杨杰 程浪直线感应电机(linearinductionmotor,LIM)可实现无接触、无摩擦的直线运动,具有爬坡强、横断面小、低噪音等优势,在中低速磁悬浮与城市轨道交通中被广泛应用.其中,基于观测器的电机无速度传感器矢量控制方法,是解决速度传...参考文献和引证文献
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引证文献
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