双绕组无轴承磁通切换电机转子径向悬浮滑模控制研究

双绕组无轴承磁通切换电机转子径向悬浮控制系统,通常采用PI控制器,但该控制器存在受电机参数影响大、抗干扰能力弱等影响转子悬浮性能的问题。提出了一种基于滑模变结构控制思想的转子径向悬浮控制方法。该方法在转子动力学模型以及悬浮系统状态方程基础上,构建径向悬浮滑模控制器代替传统的PI控制器,提高转子径向悬浮系统的稳定性。基于MATLAB/Simulink搭建仿真模型,验证了该控制策略的有效性。     

H_∞滤波技术在伺服系统中的应用

研究了伺服系统的H_∞滤波器设计问题.首先对无刷直流电动机控制系统进行了保性能控制器设计,在外界干扰不可避免的情况下,设计了H_∞滤波器.使得滤波误差系统渐近稳定且满足一定的H_∞性能指标,给出了滤波器存在的充分条件,并通过矩阵变换得到了设计滤波器的LMI方法.通过求解LMI,可以得到滤波器参数.范数小于指定上界的充分条件,并解出了滤波器的参数.最后仿真实例证明了该方法的有效性.     

电动公交车匀速下长坡再生制动控制策略优化

针对电动公交车下长坡再生制动过程中被控对象存在汽车质量、汽车旋转质量换算系数不确定性以及电机参数摄动的问题,构建了电动公交车再生制动系统模型。基于线性矩阵不等式(LMI)设计了H_∞鲁棒最优控制器,并在MATLAB/Simulink中进行了仿真。结果表明:采用H_∞鲁棒最优控制比传统的车速-电流双闭环PI控制具有更好的鲁棒稳定性,且回馈的能量提高了2%～3%。     

无轴承永磁同步电机悬浮子系统H2/H∞混合控制

无轴承永磁同步电机悬浮子系统为一多变量、强耦合系统,需要鲁棒性很强的控制器才能实现稳定悬浮.为一台无轴承永磁同步电机悬浮子系统设计了H2/H∞混合控制器,并就抗干扰能力与H2控制器进行了比较,就动态性能与PID控制器进行了比较.仿真结果表明,H2/H∞混合控制器能保证电机的稳定悬浮,且相对于H2控制器具有更好的鲁棒性,相对于PID控制器具有更好的动态性能.     

高压巡检机器人H_∞鲁棒控制器设计

针对巡检机器人易受恶劣作业环境及各种扰动影响难以控制的问题,基于机器人的动力学方程,通过设计合理的控制力矩,推导出机器人在有扰动情况下系统误差的状态空间模型,基于此模型利用线性矩阵不等式(LMI)和H_∞理论对机器人进行了鲁棒控制分析,设计了机器人鲁棒H_∞控制器,给出了H_∞控制器存在的条件和求取方法,求出了机器人的状态反馈控制器,最后在Matlab/Simulink环境下对机器人的机械臂进行了轨迹跟踪仿真,结果表明本文所设计的鲁棒控制器能够满足巡检机器人机械臂响应快速、跟踪准确、系统稳定、抗扰动效果好的设计要求。     

磁悬浮开关磁阻电机二阶滑模直接悬浮力控制

为解决单绕组磁悬浮开关磁阻电机的转矩和悬浮力脉动、转子中心位置偏移问题,研究直接转矩与二阶滑模直接悬浮力控制。鉴于电机的单绕组运行方式,采用五电平功率变换器,结合麦克斯韦应力和机电能量转换原理,推导出磁链、电压、转矩和悬浮力的直接数值解析模型,构建分电压输入模块,实现转矩与悬浮力解耦控制。引入位移高阶导数项,构造适用于二阶系统的超螺旋算法,基于该算法设计转子位移控制器。样机控制系统仿真结果表明,直接转矩与二阶滑模直接悬浮力控制能有效减小系统抖振,实现转子高精度悬浮,提高动态悬浮性能,具有较强的鲁棒性。     

磁悬浮高速电机系统建模与控制

为实现磁悬浮电机的稳定悬浮运行,研究一种基于最优控制理论的控制器设计策略。在分析磁悬浮电机结构和工作原理的基础上,建立悬浮转子的运动方程,构建以气隙偏移量和控制电流为状态变量的系统状态方程,经线性化处理后,采用最优控制理论,设计闭环控制器。构建闭环系统仿真与试验平台并进行仿真与试验研究,测量径向位移和转子几何中心运动轨迹波形。仿真和实验研究结果表明,基于最优控制理论的闭环控制器可实现磁悬浮电机的稳定悬浮运行,并具有较好的动静态性能。     

基于H_∞/μ法的永磁直线同步电机鲁棒二自由度控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)直接驱动伺服系统易受负载扰动、测量噪声及参数变化影响的特点,基于H_∞/μ方法设计了一个鲁棒二自由度速度控制器,解决了传统单自由度控制器在满足系统跟踪性能和抗干扰性能要求方面存在的矛盾。由于在求解μ制器时应用了标准H_∞控制理论,大大提高了μ控制器的获得速度。该速度控制器克服了标准H_∞控制器保守性的缺点,并且对负载扰动、测量噪声和参数不确定性等干扰的抑制方面也比标准H_∞控制器更具鲁棒性。仿真结果及分析表明,所提基于H_∞/μ方法二自由度速度控制器,满足高精度永磁直线同步电机伺服系统对鲁棒性和快速性的要求。     

单相PWM整流器H_∞混合灵敏度电流控制

以单相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器为研究对象,以提高动态响应速度、增强鲁棒性能为研究目标,提出基于dq电压前馈解耦模型下的H_∞混合灵敏度(H∞mixed sensitivity,H_∞-MS)直接电流控制(direct current control,DCC)算法。首先,给出整流器在dq坐标系下的数学模型,并基于电压前馈解耦思想得到dq轴电流解耦系统模型及闭环控制结构;然后,分析模型参数摄动情况,给出模型乘性不确定界,选择灵敏度加权函数规划系统的控制性能,选择补灵敏度加权函数保证系统的鲁棒性能,从而将控制器设计问题转化为H_∞标准控制问题;建立系统增广矩阵,求解黎卡提(Riccati)不等式的正定解,得到2个三阶控制器;最后,通过半实物仿真实验对基于比例积分(proportional integral,PI)直接电流控制算法和H_∞-MSDCC算法进行对比研究。研究结果表明,在网侧电感参数摄动时,所提H_∞-MS DCC算法可以有效地提高系统的鲁棒性。     

基于脉动观测的无轴承磁通切换电机参数辨识

首先研究经典12/10结构无轴承磁通切换电机的悬浮原理,建立了悬浮力数学模型。随后,针对该数学模型,本文推导了转子悬浮控制策略,简化了已有的控制算法。并指出该控制策略对电机本体参数的依赖性,以及当参数存在偏差时将导致悬浮力脉动的不良影响。针对该问题,提出一种基于脉动观测的悬浮力参数在线辨识算法,用以优化悬浮控制效果。实验结果表明所提参数辨识算法使转子位移脉动减少75%,优化了悬浮控制性能。     

无轴承开关磁阻电机转子质量偏心补偿控制

由于机械不平衡原因,无轴承开关磁阻电机存在转子质量偏心的问题,这会导致额外的不平衡径向磁拉力,从而使电机的悬浮精度变差,这也是限制电机高速时转速进一步提升的重要因素。分析转子质量偏心对电机悬浮性能的影响,介绍悬浮转子振动控制原理,设计基于最小均方（least—mean—square,LMS）算法的白适应凹陷滤波器,将其加入到无轴承开关磁阻电机（bearinglessswitchedreluctancemotor,BSRIV1）系统中,利用Matlab／Simulink对该振动控制方法进行仿真研究,最后在一台实验样机上进行实验验证。结果表明,基于LMS算法的白适应凹陷滤波器能够在不同的电机转速条件下有效补偿转子的同频振动位移,抑制转子偏心振动,提高转子悬浮精度。     

差分进化改进微电网负荷频率混合H2/H∞ 鲁棒控制

针对外部扰动及系统参数摄动引起微电网负荷频率波动问题,设计了混合H_2/H_∞鲁棒控制器对系统负荷频率进行控制。建立了包含电池的柴油发电机组二次频率控制模型,引入低通滤波器,使电池对系统高频扰动信号具有较好的抑制能力。以误差平方的积分最小作为系统的目标函数,在综合H_2范数表征的系统性能和H_∞范数表征的鲁棒性能下,设计具有多目标约束条件的混合H_2/H_∞鲁棒控制器。采用差分进化算法对控制器加权函数参数进行寻优,使控制器在满足约束条件下达到最优。仿真实验结果表明所提出方法在满足系统鲁棒性能的基础上,同时具备较好的控制输出,保证微电网频率在外部功率扰动和系统参数摄动情况下具有较好的动态性能。     

励磁系统的H2/H∞保性能控制器

基于H2/H∞保性能控制理论和直接反馈线性化研究了单机-无穷大电力系统的励磁控制器设计.建立了含不确定因素的数学模型,采用解线性矩阵不等式(LMI)方法,利用MATLAB/LMI工具箱得出发电机励磁的H2/H∞保性能控制律.分析表明这种控制方法兼有鲁棒性能和最优性能,使H∞控制具有较小的保守性,提高了电力系统的稳定性,并能满足电压精度的要求.     

离散非线性大系统的非脆弱H_∞保性能控制

针对一类用T-S模糊模型描述的不确定离散非线性大系统,研究了其鲁棒非脆弱H_∞保性能模糊控制问题.基于Lyapunov稳定理论,得到一种通过状态反馈实现的非脆弱H_∞保性能模糊控制器.该模糊控制器能保证闭环系统稳定和一定的二次型性能指标上界,同时具有H_∞下的干扰抑制作用.数值例子仿真表明了该设计方法的有效性.     

利用LMI技术设计多机系统TCSC鲁棒控制器

可控串联电容补偿器(TCSC)装设在高压线路上可改善系统的暂态稳定性,提高线路的传输容量。指出传统的H∞控制理论在电力系统中的应用需要计算Gamma迭代的优化问题,而线性矩阵不等式(LMI)技术为多个目标控制器的设计提供了新途径,设计指标与约束条件等可表达成LMI形式,可用有效的凸优化算法得到精确解答。提出了借鉴有极点区域配置约束的混合H2/H∞问题的LMI解法,设计了应用于多机系统的TCSC的鲁棒控制器。应用安德森3机9节点系统模型测试了所提方法的鲁棒性,在测试了小规模突发事件仿真、小规模突发事件的鲁棒TCSC控制器性能的结果后表明,TCSC控制器利用LMI方法可实现鲁棒稳定和快速反应。     

基于H_∞回路成形的风力发电机变桨距鲁棒控制

介绍了风力发电机组变桨系统的工作原理;并研究了风力发电机组变桨距控制机构的鲁棒H_∞控制问题。针对风力发电系统中的变桨距控制系统选择权函数进行成形,然后利用H_∞回路成形算法对成形后的系统设计鲁棒控制器,仿真结果表明,所提出的控制器具有良好的跟踪性能和鲁棒性。     

无轴承永磁同步电机转子径向位移估算策略

无轴承永磁同步电机实现平稳悬浮的关键是对转子径向位置偏移量进行闭环控制。通常无轴承永磁同步电机高性能悬浮运行时都依赖于位移传感器,但由此破坏了电机结构的坚固性、阻碍了电机的低成本实用化等,需要新的位移估算策略替代传统的机械位移传感器。通过建立无轴承永磁同步电机悬浮、转矩两套绕组的磁链、电压和电流状态方程,构建最小二乘法电机转子位移估算模型,进一步提出基于普通最小二乘法和遗忘因子最小二乘法的混合加权最小二乘法估算策略。通过采样电机两套绕组电压和电流,应用混合加权最小二乘算法对转子位移进行在线辨识。仿真及实验证实该方法能实现无传感器工况下电机转子位移的有效估算,电机悬浮和转动系统性能较好。     

无轴承永磁同步电机转子偏心位移的直接控制

无轴承电机运行时由于负载扰动使其转子产生的径向偏心影响了其稳定悬浮性能，因此如何采取直接有效的方法控制转子偏心位移、使转子稳定悬浮成为无轴承电机研究的重点。文中对无轴承电机中的麦克斯韦力进行详细研究后，根据径向偏心位移和径向悬浮力之间的关系，基于可控径向悬浮力产生的机理，采用转子磁场定向，对转子偏心位移的控制提出了一种全新的控制方法：无轴承永磁同步电机转子偏心位移的直接控制，并设计了相应的控制系统。仿真结果表明，该方法有效地提高了无轴承电机稳定悬浮运行的动、静态性能，实现了对转子偏心位移的直接控制。     

基于LMI的交直流混合微网断面电压非脆弱鲁棒H∞控制

以交直流混合微网为研究背景,对其中用于实现混合微网能量互济的交直流断面系统展开研究。考虑系统中存在的不确定性和脆弱性,采用非脆弱鲁棒H_∞控制方法以稳定交直流母线电压。同时为兼顾系统的动态响应特性,结合LMI(Linear Matrix Inequalities)区域极点配置,设计交直流断面系统非脆弱鲁棒H_∞-γD-稳定控制器。仿真研究表明,所设计的控制器在参数不确定、存在外界干扰和控制器增益摄动情况下具有较好的控制性能,满足混合微网交直流断面系统对稳定性、鲁棒性和高精度控制的要求。     

高压直流输电系统的H2/H∞附加控制器设计

基于直接反馈线性化和H2／H∞控制理论,研究交直流联合输电系统中高压直流输电（HVDC）系统的附加控制器设计,时含有交直流联络线路的两区域系统建立了鲁棒控制模型,采用线性矩阵不等式（LMI）方法,利用MATLAB软件的LMI工具箱得出H2／H∞控制律。仿真表明这种控制方法兼有鲁棒性能和最优性能,提高了交流输电系统的稳定性。