基于卡尔曼滤波的低速伺服系统速度信号估计

给出了基于卡尔曼滤波的测速方法,并利用电流、角速度等参数估算出加速度,作为卡尔曼滤波的控制输入。仿真了该方法的稳态和动态性能,并与其他滤波方法做了对比;将该方法应用于某伺服系统,测试并分析了系统的0.1°/s阶跃响应、频域特性及参数摄动对滤波性能的影响。结果表明,该方法减小了低速时的测速误差和相位延时,扩展了速度环带宽,并且对参数变化不敏感,具有较强的鲁棒性。     

基于模糊PID控制的望远镜伺服控制系统

为了满足某种望远镜传递函数时变、速度精度要求高、位置定点时间长的控制要求,在分析经典PID的基础上,提出了一种模糊控制方案。通过构造模糊控制规则,模糊PID控制器能够根据误差和误差变化对控制器的比例、积分增益进行实时的调整。针对某望远镜模型,仿真验证了模糊PID控制与经典PID的控制性能,并在该望远镜上实验验证了速度控制及位置定点实验,速度为138.8°/s时最大稳态误差为0.4°/s,位置定点最大误差为0.0002°。仿真结果和实验结果均表明:模糊PID控制能满足该望远镜的观测要求。     

永磁同步电动机转速伺服系统PI控制器的一种新设计方法

提出了PI控制器的一种新设计方法,将所有已知和未知的扰动集中为总扰动,简化系统模型,再用积分器作为扰动观测器对总扰动进行观测并补偿。新型PI控制器中的参数与系统性能之间的关系非常简单,易于整定。针对连续变化输入,新型PI控制器引入了输入微分前馈,具有更好的跟踪性能,且输入微分前馈仅是一个微分器,与电动机参数无关,进一步简化了控制器的设计。采用离散最速跟踪微分器对阶跃输入安排过渡过程,可以消除PI控制系统阶跃响应的超调,同时提高系统阶跃响应对控制器参数的不敏感性。实验结果验证了所提方法的有效性。     

电动汽车充电系统滑模控制方法研究

该文将电动汽车充电系统分为整流系统和降压系统。整流系统集充电、驱动与一体,根据磁场抵消原则,使电机在充电过程中保持静止。针对降压系统输出电压动态响应速度慢,稳态精度不高等缺点,提出一种基于改进幂次趋近律的滑模控制方法。改进幂次趋近律使系统在一定时间内到达滑模面。在受到有界外部扰动时,滑模面与其导数收敛到平衡点附近邻域内。定义降压系统输出电压误差和误差变化率作为状态变量,设计二阶滑模控制器,并给出控制器参数选择范围。搭建控制器仿真模块和实验平台,仿真和实验结果表明,整流系统直流侧电压稳态性能较好,基于改进幂次趋近律的降压系统能较好提高系统动态性能,增强稳态精度,减小抖振     

基于终端滑模控制的移动机器人轨迹跟踪

针对移动机器人受到外部不规则扰动时易出现速度和位姿误差跳变的问题,提出了一种基于扰动观测器的动态终端滑模控制方法。结合运动学模型,利用李雅普诺夫法设计虚拟控制器,进一步设计非奇异动态终端滑模轨迹跟踪控制器。为减小外部扰动对系统的影响,设计非线性扰动观测器对控制器进行扰动补偿。最后,将本文所提方法与自适应滑模控制方法进行仿真比较。结果显示,在第15 s扰动发生阶跃变化时,自适应滑模控制方法的线速度和角速度分别发生1.4 m/s和1.24 rad/s的跳变,而本文所提方法速度跳变幅度小于自适应滑模控制方法的1/10。仿真结果表明,本文所提方法可有效地抑制扰动对系统的影响,减小移动机器人速度和位姿误差的跳变幅度。     

硬盘磁头快速精确定位伺服控制系统的设计

针对以音圈电机作为伺服机构的硬盘磁头定位伺服系统的性能要求,设计了一个参数化的控制器并进行仿真和实验研究。在控制设计中,采用一种复合非线性反馈(CNF)控制技术,以提高控制系统的瞬态性能,达到快速的响应和低超调;通过设计一个降阶观测器对伺服系统中的未知扰动进行估计及补偿,消除扰动可能带来的稳态跟踪误差。仿真和实验结果表明硬盘磁头可以实现对目标磁道快速准确的定位。参数化设计的伺服控制器具有通用性,可推广应用到其他伺服系统。     

负载扰动下的气球吊篮的方位稳定控制策略

针对大惯量负载高速机动产生的强扰动,为提高高空气球吊篮的方位控制性能,采用在角位置环内部增加角速度内环的方法抑制扰动。角速度内环利用高采样率的陀螺输出信号作为反馈信息。利用某高空气球吊篮做了阶跃信号的跟踪和加挂负载后的抗扰实验,实验结果:阶跃响应上升时间基本不变,超调由单闭环时的44%降为双闭环时的9%;对转动惯量为吊篮转动惯量15的负载作最大速度55.87°/s、最大加速度175°/s2的正弦运动时带来的强扰动,采用双闭环时吊篮方位角最大误差下降为单闭环时的44.4%。结论:相对于角位置单闭环结构,角位置加角速度双闭环结构的吊篮方位控制系统具有对给定信号响应快、超调小、调节时间短等优点,且具有更强的抗干扰性能。     

免疫内模控制及其在过热汽温系统的应用

针对火电厂过热汽温系统采用传统PID控制效果较差的问题,设计免疫内模控制器,采用免疫反馈控制与内模控制相结合,有效缓解了内模固定滤波器时间常数的鲁棒性和快速性之间的矛盾,对参数变化有很好的自适应能力.将设计的控制器应用到过热汽温系统中,通过免疫内模控制器与内模控制器在给定阶跃响应、加入扰动阶跃信号、延时增加/减少5%、惯性时间常数增加/减少5%、比例增益增加/减少5%等情况下的仿真,结果表明,所设计的免疫内模控制器性能优于内模控制器.     

基于微分前馈自抗扰的逆变器控制策略

传统的自抗扰控制主要针对阶跃信号进行快速和无静差跟踪,而逆变器的输出为周期性信号,导致传统自抗扰控制的逆变器存在较大跟踪误差,使得自抗扰控制在逆变器上的应用受限。文中将逆变器的已知模型加入控制器中,系统未建模动态及外部扰动视为总扰动并加以抑制。常规的模型补偿自抗扰控制器虽然能实现较好的波形质量,但是存在较大的稳态误差,文中对稳态误差存在的原因进行了理论分析,提出微分前馈的自抗扰控制策略以减小逆变器的稳态误差。通过内模控制器等效法,对基于微分前馈自抗扰的逆变器进行稳定性分析。仿真与实验结果验证了所提方法的有效性。     

基于模糊PI控制的无刷直流电机转速阶跃响应

为了验证模糊PI控制器响应的快速性和鲁棒性,提出了一种单一变量的实验方法。实验中,采取阶跃输入、无刷直流电机等不变量,控制器的类型为单一变量,包括双闭环PI控制器、模糊PI控制器和双模糊控制器,并针对3种控制器分别建立仿真模型并分析了电机响应波形。实验结果表明,模糊PI控制器的阶跃响应调整时间为0.01 s,相较于双闭环PI控制器的0.03 s和双模糊PI控制器的0.012 s,调整时间最短。模糊PI控制器的外加扰动的波形扰动峰值为1.1 r/min,调整时间为0.02 s,相较于双闭环PI控制器的1.3 r/min的扰动峰值和0.03 s的调整时间以及双模糊控制器的1.4 r/min的扰动峰值和0.02 s的调整时间,模糊PI控制器扰动峰值最低,调整时间最短。因此,模糊PI控制器结合了经典PI控制器和模糊控制器的优点,响应灵敏且鲁棒性强。实验研究验证了模糊PI控制的有效性和可行性。     

基于扰动功率法的短期电能质量扰动源判定

文中采用扰动功率法对电压骤升、电压骤降、短时停电等短期电能质量扰动进行扰动源的判定,对公共连接点的各个支路,其扰动功率初始峰值极性作为扰动方向判定的依据,极性不同的支路为扰动源所在的支路.仿真结果表明,该方法对判定电压骤升、电压骤降、短时停电等短期电能质量扰动的扰动源有较好的效果.     

基于扰动功率法的短期电能质量扰动源判定

采用扰动功率法对电压骤升、电压骤降、短时停电等短期电能质量扰动进行扰动源的判定,对公共连接点的各个支路,其扰动功率初始峰值极性作为扰动方向判定的依据,极性不同的支路为扰动源所在的支路。仿真结果表明,该方法对判定电压骤升、电压骤降、短时停电等短期电能质量扰动的扰动源有较好的效果。     

基于扰动功率法的短期电能质量扰动源判定

采用扰动功率法对电压骤升、电压骤降、短时停电等短期电能质量扰动进行扰动源的判定,对公共连接点的各个支路,其扰动功率初始峰值极性作为扰动方向判定的依据,极性不同的支路为扰动源所在的支路。仿真结果表明,该方法对判定电压骤升、电压骤降、短时停电等短期电能质量扰动的扰动源有较好的效果。     

Extended disturbance observer for nonlinear system with time-varying disturbance gain

In control engineering, the disturbance is a major problem that deteriorates system robustness. To address this problem, a disturbance observer (DOB) has been proposed and developed. In particular, a general method of estimating high-order disturbance, expressed as a time series expansion, was studied (H-DOB). However, systems to which H-DOB are applicable are limited to those in which disturbance gain is constant. This constraint degrades the generality of H-DOB because applicable systems are limited. Therefore, by expanding to a system with a time-varying disturbance gain, we propose a more general H-DOB. The DOB proposed in this paper redesigns the dynamics of the observer based on the structure of the H-DOB. The proposed DOB is applicable even if the system is highly nonlinear. This paper verifies the convergence of the proposed DOB through proof. Using this proof, the same characteristic error dynamics can be obtained, so the same design method can be applied. The simulation for the verification of the proposed method performs disturbance estimation of the extension system. This simulation proves that, compared to H-DOB, the proposed DOB has good disturbance estimation performance.     

扰动补偿的陀螺稳定平台单神经元自适应PI控制

针对陀螺稳定平台受未知非线性干扰的影响,提出了一种基于扰动补偿的单神经元自适应PI控制策略.利用扰动观测器观测出各种扰动,将其作为补偿信号前馈到控制输入端,提高平台的抗干扰能力;同时利用神经元的自学习和自适应力对PI参数进行在线调整,保证了平台在外界扰动和系统参数变化情况下对目标稳定跟踪的能力.通过在某型号实验装置上的试验结果表明,该方法对不确定扰动具有较强的抗干扰能力,提升了稳定平台的自适应性和鲁棒性.     

Construction of a control system for disturbance rejection using a dual observer

A well‐known control system which can reduce the adverse effects of disturbances is a disturbance observer. However, in many cases of mechanical systems, system disturbances which do not satisfy the matching condition may be imposed. Therefore, it may be difficult to reduce the adverse effects of the disturbances by the traditional disturbance observer. In this paper, a method of control system synthesis for disturbance rejection using a dual observer is proposed. This method is based on the zeroing induced by the disturbance localization problem. This problem may be solved by dividing the state space into observable subspace and unobservable subspace. As compared with an H_∞ controller based on perfect observation, the usefulness of the proposed control system for disturbance rejection is demonstrated by numerical simulations for a two‐mass spring system. © 2002 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 138(4): 50–60, 2002; DOI 10.1002/eej.1138     

电能质量扰动发生器控制策略及其实现

为了测试电力变压器、CVT、电力电容器、无功与谐波补偿装置等试验设备在电能质量扰动下的工况,设计了一种电能质量扰动发生器,能模拟实际电网输出各种形式电压与电流扰动。采用电压外环与电流内环的PWM整流控制实现了直流电压的稳定;利用电压前馈与重复学习相结合的控制策略实现了发生器较高精度输出;利用DSP+FPGA构建控制系统具有较好的实时性与可靠性。通过10 kV、2 MVA工业样机实验,证明了设计的正确性。     

基于改进扰动功率和能量法的暂态扰动定位

功率和能量法是一种定位电能质量扰动问题的常用方法,但它在定位向系统注入能量的扰动类型时,会发生原理性错误。文中对此进行了改进,提出一种基于改进功率和能量法的暂态扰动定位方法。改进法结合了扰动初始能量的极值和扰动初始电压的极值,使其可以同时处理向系统注入能量的扰动和系统释放能量的扰动。改进方法不需要在定位前对暂态扰动进行分类,就可以对2类暂态扰动进行准确的定位。对比仿真分析表明,改进方法达到了准确定位2类暂态扰动的目的。     

二次扰动信息及其在继电保护中的应用

故障后的电力系统经常伴随着断路器开断操作或转换性故障等二次扰动，二次扰动会引起继电保护装置的不正确动作，甚至造成大面积停电或稳定性破坏事故。论文定义并分析了二次扰动和二次扰动信息，提出了根据叠加原理计算二次扰动信息的计算方法，分析了二次扰动对继电保护的影响并探讨了利用二次扰动信息构造继电保护的可能性。     

考虑元件耐受性的电网关键元件辨识

在历次大停电事故过程中,电网中存在少量元件对事故的演化发展起到关键性作用。为此,本文提出一种综合元件耐受性与重要性的电网元件关键性评估方法。从电网元件对电网电能传输影响的角度来衡量电网元件的重要性,分别定义了输电线路的潮流分布影响熵和节点电压影响熵;从引发电网元件失效的主导因素出发来衡量电网元件的耐受性,分别定义了输电线路在N-1准则下和节点在负荷波动下电网元件的耐受性指标;将耐受性指标与重要性指标综合来进行电网元件的关键性评估。最后,利用IEEE 39节点系统算例验证了所提方法的有效性。