凸极永磁同步风力发电机无速度传感器控制

基于全阶滑模观测器的凸极永磁同步风力发电机无速度传感器控制可以通过提高滑模增益来提高系统的鲁棒性,但提高滑模增益会放大滑模噪声.为了解决这个矛盾,文中提出了有效反电动势的概念,并基于有效反电动势的概念设计了一种全阶状态滑模观测器,分析了该全阶状态滑模观测器的滑模抖振抑制特性和转子位置估计对转速估计误差的鲁棒性.与全阶滑模观测器相比,所建立的全阶状态滑模观测器在不放大滑模噪声的前提下,可进一步提高转子位置估计对转速估计误差的鲁棒性.实验结果表明,该方法可实现稳定的无速度传感器控制,具有良好的动稳态特性,转子位置估计对转速估计误差具有更强的鲁棒性.     

带有滑模观测器的永磁同步电机改进型PID控制

针对传统滑模观测器的抖振现象严重、估计精度低等问题,提出了一种带有二阶滑模观测器的内嵌式永磁同步电机改进型PID控制方案。根据Super twisting algorithm设计了二阶滑模观测器,取消了传统滑模观测器方案中的低通滤波器与位置补偿环节,有效抑制了滑模抖振,提高了估计精度。为了进一步改善系统的动态性能,基于牛顿插值法构造了一种具有滤波功能的离散微分器并利用三点离散微分器代替传统微分设计了转速环改进型PID控制器。仿真验证了该方案能够有效抑制抖振现象,估计精度高,稳态性能与动态性能较好。     

基于广义二阶积分器的表贴式永磁同步电机低速转子位置检测方法

在基于脉振高频电流注入的表贴式永磁同步电机无位置传感器控制中,常采用高阶滤波器来调制信号以抑制阶跃信号带来的误差。该文提出一种基于广义二阶积分器的新型转子位置观测器,由两个广义二阶积分器串联构成。前级实现高频信号提取功能,后级用于误差幅值获取。该结构有效减小了信号处理产生的延时,减轻了运算负担;同时在位置观测器中引入微分前馈控制,明显降低了动态过程中阶跃信号对位置观测器的影响;最后基于RT-LAB控制器对上述方法进行了实验,结果表明所提观测器改善了系统的控制性能。     

基于改进的离散域二阶滑模观测器的内置式永磁同步电机无位置传感器控制

滑模观测器由于对系统不确定性具有良好的鲁棒性，逐渐应用于永磁同步电机无位置传感器控制中，但是在实际应用中滑模观测器的抖振现象会严重影响系统控制性能。该文提出一种用于内置式永磁同步电机无位置传感器控制的改进的二阶滑模观测器，采用基于Super-twisting算法的二阶滑模观测器，不同于常规的通过滑模观测器估算得到反电动势分量的方法，该方法基于内模控制原理引入二阶广义积分器，通过滑模观测器估算得到反电动势误差分量，再经过二阶广义积分器得到估算的反电动势分量，能够在保证估算准确性的同时很好地抑制系统抖振。同时，为了消除数字实现过程中的离散化误差和估算反电动势分量的耦合项，提高估算的准确性，重新构建了基于扩展反电动势的离散域数学模型，并基于该模型设计了改进的离散域Super-twisting滑模观测器。最终将估算得到的扩展反电动势分量用于估算转子位置和转速。通过实验对该文提出方法的有效性进行了验证。     

基于ZPETC和DOB的直线电机控制器设计及实验研究

直线电机驱动系统中存在的负载力、推力波动等干扰力会引起跟踪误差,降低跟踪性能。干扰观测器可以检测并补偿干扰,有效提高系统的抗干扰能力。前馈控制是提高系统跟踪性能的另一种方法,如直接速度前馈控制器、零相位误差跟踪控制器等,可以有效提高系统带宽,提高跟踪性能。针对直线电机在抗干扰和动态响应方面的需求,该文研究了基于直接速度前馈控制器、零相位跟踪控制器和干扰观测器的直线电机控制方法,并给出实验结果。结果表明,直接速度前馈控制器使位置能够无静地跟踪二阶指令输入,干扰观测器能够很好的抑制推力波动和摩擦力的影响,零相位跟踪控制器能够提高位置闭环带宽,改善跟踪性能,特别是三阶位置指令输入时的跟踪误差。     

永磁无刷直流电机角加速度估计

由于霍尔位置传感器的分辨率和精度较低,以其为基础计算永磁无刷直流电机(BLDCM)的角加速度将产生较大的误差。针对这一问题,提出一种以反电动势归一化值中包含的位置信息为基础,采用双观测器对角加速度进行估计的方法。首先构建滑模观测器(SMO)对??坐标系下的反电动势波形进行观测,同时对观测结果进行归一化处理以降低高次谐波含量并消除转速和磁链系数的影响,之后考虑电机电磁转矩对加速度的影响,设计扩展卡尔曼滤波(EKF)估计器从观测到的反电动势归一化值中提取位置信息,进而实现对角加速度的估计。利用RT-LAB实时控制器进行实验,证明提出的角加速度估计技术可以在较宽转速范围内快速有效地观测出永磁无刷直流电机的角加速度。     

永磁同步电机的扰动观测器无位置传感器控制

基于传统观测器的永磁同步电机无位置传感器控制,需要对作为状态变量的电流信号进行微分,这会导致噪声信号的放大,为此需单独设计滤波环节,增加了系统调试的工作量和复杂性。文中基于一类特殊设计的扰动观测器(disturbance observer)提出一种反电动势观测器,该方法将两相静止坐标下电流状态方程中的反电动势作为干扰量,不需要通过状态变量的微分和滤波环节就可以实现扰动量的准确估计。根据反电动势估计结果进行一次反正切计算得到电机的转子位置,同时设计一个随转速变化的转子位置误差补偿环节,即可实现基于扰动观测器的永磁同步电机无位置传感器控制。仿真和实验结果表明,该方法的观测器增益选择方法简单,对转速和负载变化具有较好的自适应能力和鲁棒性,可以实现高性能的永磁同步电机无位置传感器控制。     

基于逆系统解耦的电磁轴承飞轮转子系统二自由度控制

针对电磁轴承高速飞轮转子系统的振动抑制问题,提出了一种基于逆系统解耦和改进型二自由度控制的方法。首先采用逆系统方法对电磁轴承飞轮转子系统进行解耦,将非线性、强耦合的电磁轴承飞轮转子系统解耦为四个彼此独立的子系统,再用改进型二自由度控制器对解耦后的子系统进行整定,使控制系统的设定值跟踪及外扰抑制特性能够分别调节,并通过速度观测器获取阻尼控制信号,增强系统的抗噪声能力。从理论上分析了所提出控制算法的稳定性、设定值跟踪性能及鲁棒性,并对其性能进行了仿真和实验验证。结果表明,该文提出的控制算法能够使飞轮转子稳定悬浮并有效抑制其振动,具有稳定性好、鲁棒性强、抗噪声能力强等优点。     

一种新型无位置传感器PMSM调速系统研究

为了提高无传感器永磁同步电机调速系统的性能,提出了一种基于反电动势观测器法的新型控制策略.利用反电动势观测器和锁相器实现了对永磁同步电机调速系统转子位置角度和角速度的准确估计,利用估计得到的电机转子位置角度和角速度,构成了闭环系统.该系统具有结构简单,估计准确,对电机参数敏感度较小,成本低等优点.通过仿真和物理实验,验证了该方法的有效性,实验结果表明,利用该方法实现的永磁同步电机无编码器矢量控制调速系统,具有良好的动静态性能.     

永磁同步发电机无速度传感器控制

基于二阶滑模观测器的永磁同步电机无速度传感器控制需要对估计的反电动势进行低通滤波和补偿,这增加了系统复杂性,并使估计的转子位置受转速估计误差影响严重。为此,提出了一种基于有效反电动势的全阶滑模观测器。该观测器具有二阶低通滤波的特性,可滤除估计的有效反电动势中含有的高频滑模噪声,无需再外加低通滤波器。然后可采用锁相环直接获得转子位置,实现无速度传感器控制。此外,该方法可以通过合理设计滑模增益,提高转子位置估计对转速估计误差的鲁棒性。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

一种直流电机的加速度控制研究

提出了一种基于卡尔曼滤波器和状态观测器的加速度估计方法,卡尔曼滤波器估计出最优的速度信号,状态观测器根据速度信号和电流传感器得到的电流信号获取准确的加速度信号。直流电机采用位置、速度和加速度三环控制方式,实验结果表明:该法有效地提高了直流电机的速度控制稳定度。     

Vibration control of flexible arm by multiple observer structure

This paper describes vibration control of a flexible arm by multiple‐observer structure using the accelerations of the arm. In general, a flexible arm has several oscillation modes. In the model of a flexible arm described as a two‐mass resonant system, the reaction torque feedback makes the flexible arm system stable. In the N‐mass resonant system, it is known that the reaction torque feedback makes all oscillation modes, only the reaction torque feedback is not enough to make the system stable. Resonance ratio control with the arm disturbance observer has been proposed. The arm disturbance observer is able to suppress the disturbance applied to the tip, but it is not sufficient for the disturbance applied to other points on the arm. The aim is to make the control system robust to arm inertia variation and disturbance. This paper proposes vibration control of flexible arm by acceleration feedback, and disturbance rejection by multiple‐observer structure using the acceleration of the arm. The validity of the proposed method is shown by simulations and experiments. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 154(2): 68–75, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20175     

Realization of acceleration control using multirate sampling method

This paper focuses on the realization of high‐performance motion control based on acceleration control. The characteristics of acceleration control are investigated and the relationship between the performance and sampling frequency of the system is discussed. This paper then describes that a higher sampling frequency is required for acquisition of output information than for updating the input value. Based on this idea, a new multirate sampling method for an acceleration control system is proposed. A disturbance observer for the multirate system is designed by adopting a new definition of disturbance torque. A bilateral system is introduced as a preeminent example of a system that requires robust acceleration control. Both simulations and experiments are performed on the system, and the validity of the proposition is verified by the results. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 162(4): 72–81, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20507     

基于多项式磁饱和模型及EKF的感应电机磁链观测

感应电机的转子磁链通常用定子电流进行观测,易受测量噪声影响,且观测模型精度与电机参数有关。当电机内磁场幅值变化时,磁路非线性饱和效应会引起互感参数波动,导致观测磁链的幅值和方向偏离实际值,使控制出现偏差。对此,提出基于四阶多项式磁饱和模型以及扩展卡尔曼滤波(EKF)的全状态估计算法,以定子电流作为反馈,观测转子磁链的同时,辨识互感参数。仿真及实验结果表明所提算法能降低磁饱和非线性对控制系统的影响。     

无传感器内置式永磁同步电机低速运行转子位置鲁棒观测器

低速运行控制是无位置传感器内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)控制系统的关键技术。为了改善无传感器IPMSM矢量控制系统的低速性能,研究了一种基于高频信号注入的转子位置鲁棒观测器,以使位置观测环节具有较强的抗负载扰动能力。在分析扰动转矩可能导致观测器收敛到磁极相反位置问题基础上,针对扰动转矩特性对转子位置鲁棒观测器的结构进行设计。根据阶跃式和斜坡式扰动转矩特性及位置观测误差期望指标,采用极点配置的方法对观测器反馈增益矩阵参数设计进行分析。通过IPMSM无传感器矢量控制系统验证了该转子位置鲁棒观测器的有效性。     

Decoupled Bilateral Control Based on Modal Space Observer in Master‐Slave Systems with Different Masses

This paper proposes a method of decoupled bilateral control based on a modal space observer. In a conventional bilateral control system, the structures of master‐slave systems are not considered. This paper shows that a force controller and a position controller in a bilateral control system interfere with each other when the structures of the master‐slave systems are different. In order to solve this problem, a bilateral control system based on a hybrid matrix has been proposed. However, the computational process for calculating the hybrid matrix becomes complicated as the numbers of degrees of freedom in the master‐slave systems increase. In the proposed method, a nominal equivalent mass matrix with respect to the modal space is used, and the interfering terms are estimated and compensated using a modal space observer. Therefore, a simple control structure is realized using the proposed method. The performance of the proposed method is compared to that of the conventional methods through simulations and experiments, and the validity of the proposed method is confirmed.     

Output feedback tracking control for rigid body attitude via immersion and invariance angular velocity observers

A novel immersion and invariance (I&I) angular velocity observer is presented for the attitude tracking control of a rigid body with the lack of angular rate. Global exponential convergence of angular velocity estimate errors are guaranteed by an innovative filter design for the estimates' Euclidean norm. The proposed method requires fewer filter states compared with existing I&I angular velocity observer designs, which achieves a simpler closed-loop structure (dynamic reduction). The observer synthesis and convergence are independent of the control torque, which leads to much convenience in establishing “separation property” when combining a proportional-derivative attitude tracking controller driven by angular velocity estimates. A rigorous stability analysis is provided to ensure the (almost) global asymptotic convergence of the overall closed-loop tracking errors, and several numerical simulations are carried out to demonstrate the effectiveness of the combined implementation of proposed angular velocity observer and full-state feedback attitude tracking controller.     

电动加载实验台多余力消除方法

介绍了电动加载系统的硬件平台,分析了加载系统中多余力的产生机理,介绍了角加速度和多余转动惯量的求取,并对多余力的消除提出了一种可行的方法,解决了电动加载系统多余力消除的问题。     

开关磁阻电机振动转矩检测与分析

开关磁阻电机(SRM)核心问题是振动转矩的检测与抑制,众多研究已表明SRM的转矩变化与其相绕组电流紧密相关。为了观测SRM工作时的电流变化和振动转矩情况,构建了磁阻电机的仿真系统,对电机在角度位置控制(APC)、电流斩波控制(CCC)和电压斩波控制(CVC)3种模式下的振动转矩和电流情况进行了仿真,结果表明以换相频率为主频的振动转矩非常明显。此外,搭建了SRM振动转矩检测试验平台,采用角加速度传感器检测了电机的实际振动转矩情况,并对试验结果进行了分析讨论。     

轧机液压伺服位置系统的自适应输出反馈控制

针对具有不可测状态、未知参数和非线性的轧机液压伺服位置系统,提出一种基于高增益观测器和参数估计器的自适应输出反馈控制算法.所构造的高增益观测器不依赖于系统输入和参数估计值,它只用于估计系统状态,所设计的动态反馈控制器包括:用于保证系统稳定性的主反馈部分和抵消外部扰动和一些不确定性的补偿部分.理论分析表明,所提出的控制算法能够保证闭环系统的所有信号有界,且系统状态及其估计误差的最终收敛边界依赖于观测器的高增益值.以某650 mm可逆冷带轧机液压伺服位置系统为例进行仿真,仿真结果验证了所提出算法的有效性.