音圈电机驱动微定位平台线性自抗扰滑模控制

针对音圈电机驱动柔性微定位平台控制速度和精度低以及抗干扰能力弱等问题,设计了一种将滑模控制和线性自抗扰控制相结合的复合控制器来提高平台系统的控制性能。首先,搭建了音圈电机驱动复合双平行四杆柔性机构的微定位平台和实验系统,并进行了系统辨识;其次,设计了线性自抗扰控制器,利用线性扩张状态观测器估计系统的内外扰动并在线进行扰动补偿,针对线性自抗扰控制器性能优化上的局限性,提出滑模控制器解决相位滞后问题来进一步提升轨迹跟踪精度;最后,利用所搭建的实验平台对控制方法进行了实验验证。结果表明,滑模和线性自抗扰复合控制器能够很好地克服内外干扰,与经典PID控制和单独的线性自抗扰控制相比,跟踪正弦波信号的最大误差分别减小了52.98%和21.26%,满足了微定位平台高精高速的控制要求。     

基于分数阶自抗扰的直线电机点位控制研究

为了解决直线电机点位运动控制系统易受干扰影响的问题,基于分数阶微积分原理和自抗扰技术,提出了基于分数阶自抗扰的直线电机点位运动控制算法,包括跟踪微分器、加速度前馈环节、扩张状态观测器和分数阶比例微分控制器。分析了新型直线电机的设计尺寸、结构特点和工作原理,并建立了直线电机的数学模型。与常规自抗扰控制器以及传统比例积分微分控制器加参考加速度前馈环节进行对比,分别研究了系统未加负载、增加负载以及存在外部扰动时的点位运动性能。对比仿真和实验结果表明,分数阶自抗扰控制器能有效地实现直线电机点位运动控制性能。     

基于线性自抗扰控制器的异步电机调速系统

针对异步电机难以建立精确的数学模型和矢量控制系统参数鲁棒性差的问题,提出了用线性自抗扰控制器控制异步电机调速系统.线性自抗扰控制器不需要电机的精确数学模型,通过线性扩张状态观测器估计出电机模型中的耦合项及参数摄动等引起的总扰动并加以补偿,能够实现磁链和转矩的完全解耦,从而提高系统性能.为了验证上述方案,对空载起动,突加负载,给定转速变化、转子电阻变化、转动惯量变化等情况进行了仿真,并与自抗扰控制器控制的异步电机调速系统进行了比较.仿真结果表明线性自抗扰控制器和自抗扰控制器一样,无超调、响应速度快、动态速降小、静态无误差,且对负载扰动、电机参数变化等具有很强的鲁棒性,但线性自抗扰控制器需要整定的参数大大减少了.     

交流永磁同步系统的自抗扰控制研究

为了提高控制系统的鲁棒性,给出了交流永磁电机的速度环自抗扰控制方案.该控制方案不需要精确电机参数就可以实现扰动补偿,控制器的设计也不需要建立电机和负载的精确数学模型.自抗扰控制器利用其内部的扩张状态观测器可以估计出系统的内外扰动,据此将电机等效为由一个非线性系统构成的串联对象,设计出一阶自抗扰控制器实现对电机的转速控制.实验结果表明,自抗扰控制器对电机模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的适应性和鲁棒性,控制系统具有优良的动态性能.     

基于扩张状态观测器的双永磁同步电机同步抗扰控制北大核心

对于双永磁同步电机系统中由于参数摄动和随机摩擦扰动引发的转速失同步现象,提出了一种新的双永磁同步电机滑模控制方法。首先,设计了扩张状态观测器去估计系统状态与实时扰动,并结合滑模跟踪控制器来提高电机在扰动作用下的跟踪性能;其次,将交叉耦合结构与滑模同步控制器结合,对电机转速的同步误差进行抗扰控制并且提升系统的同步性能。仿真结果表明,扩张状态观测器能准确估计电机系统机械角、转速及系统总扰动;设计的滑模控制器能够有效提高电机系统在扰动作用下的跟踪与同步控制性能。     

基于TNESO的PMSLM分数阶自抗扰控制

线性自抗扰控制（LADRC）以结构简单、易于实现且抗干扰能力强的特点在永磁同步直线电机（PMSLM）中得到广泛应用,但电机启动和负载突变会导致LADRC系统中的线性扩张状态观测器（LESO）扰动估计精度下降。为此,提出一种基于时变增益非线性扩张状态观测器（TNESO）的PMSLM分数阶自抗扰控制策略。结合LESO和非线性扰动观测器（NDOB）,并根据误差与增益的关系构建动态增益函数,设计新型状态观测器TNESO;在此基础上,以分数阶PDμ控制律代替线性状态误差反馈控制律（LSEF）,建立改进型自抗扰速度控制系统,以进一步提高电机控制的实时性和鲁棒性。仿真与实验结果表明：所设计的速度控制系统可以有效减少直线电机启动、负载突变时的观测响应时间,抑制观测初始时刻扰动峰值,从而满足高性能的PMSLM速度控制要求。     

磁悬浮永磁直线电动机自抗扰控制器设计

磁悬浮永磁直线电动机实现了直接驱动和无摩擦进给,有效提高伺服系统的反应速度和精度。针对电动机运行中受到系统外扰和内扰的问题,将自抗扰控制器引入磁悬浮永磁直线电动机。首先,建立电动机在d-q坐标下的数学模型,分析系统非线性强耦合的本质原因;其次,将速度,d,q轴电流作为系统状态量,设计三个一阶自抗扰控制器。将电流间存在的耦合项视为系统内部扰动,应用扩张状态观测器估计系统输出和受到的综合扰动,并在反馈中加以补偿,实现系统的反馈线性化;最后,建立采用自抗扰控制的系统仿真模型。仿真结果表明,采用自抗扰控制的磁悬浮永磁直线电动机伺服系统具有良好的动态性能,并且能有效抑制内外扰动,具有很强的鲁棒性。     

异步电机调速系统的自抗扰控制研究

针对矢量控制系统存在的参数鲁棒性差的这一难点,基于自抗扰控制原理,提出了一种可以取代经典PID控制器用于异步电机调速的非线性自抗扰控制器.利用扩张状态观测器,自抗扰控制器可以估计出系统状态变量及其广义导数,从而实现异步电机的精确解耦.此外,上述控制方案不需要精确电机参数就可以实现干扰补偿,这使得自抗扰控制器的设计能够独立于异步电机的精确数学模型.仿真和实验结果表明,相对于经典PID控制器,自抗扰控制器在较宽的调速范围内具有更好的动态性能.     

基于自抗扰控制永磁同步电机交流伺服系统研究

以一种用于电机测试设备的全闭环三轴交流伺服驱动自动定位安装台架为研究平台,针对三轴传动系统升降Z轴在工作工程中存在的干扰力矩严重影响永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)伺服系统性能的问题。为了克服电机及负载在内的广义被控对象不确定性因素和非线性因素对系统性能造成的影响,提出了一种改进的基于自抗扰控制器(Auto Disturbance Rejection Controller,ADRC)的PMSM位置伺服系统。自抗扰控制将系统所有扰动量作为系统的一个状态变量,利用扩张状态观测器对扰动进行在线估计,并根据估计结果对扰动进行前馈补偿控制,从而抑制扰动对整个伺服控制系统的影响。最后,通过搭建Matlab/Simulink仿真实验平台,实验结果表明,自抗扰控制器对电机模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的适应性和鲁棒性,控制系统具有优良的动态性能。     

基于ADRC的四臂桥驱动伺服系统死区效应补偿

为了降低死区效应对伺服电机驱动系统的影响，对驱动电路进行设计、分析的基础上，引入自抗扰控制并串联内模状态观测器加以优化，对产生的死区进行补偿。首先，提出了一种四臂桥变换器驱动电路拓扑结构，分析了臂桥产生的死区电压规律。提出齿隙死区模型，分析齿隙死区对系统的影响；其次，将扩张状态观测器与内含内模原理的观测器串联，设计出可降阶的新型死区补偿控制器；最后，将改进的自抗扰控制策略应用于四臂桥驱动伺服电机齿隙死区模型，改善系统性能。结果表明，引入改进自抗扰控制器后，死区效应对伺服系统的影响降低了约40%,系统抗干扰能力增强，补偿效果稳定。     

Tracking control and active disturbance rejection with application to noncircular machining

Control systems are usually required to track reference signals while operating under the influence of disturbances. A fast tool servo system for noncircular machining application works under such conditions, resulting in large control efforts. This paper presents a linear active disturbance rejection controller design for a voice coil motor-driven fast tool servo system for noncircular machining application. The controller is designed through an extended state observer to estimate and compensate the variant dynamics of the system, nonlinearly variable cutting load, and other uncertainties. Then, a simple proportional derivative controller produces the control law. To improve the tracking performance of the fast tool servo, the tracking error from the trial-cutting workpiece is added to the reference input and used as feed-forward error compensation. In such a combined control arrangement, the active disturbance rejection controller provides active disturbance rejection ability for the controller, and the feed-forward error compensation controller improves the tracking precision. Both the tracking control and disturbance rejection performances are thus enhanced. In real-time control and implementation, the effects of finite word length, position feedback resolution, and short sampling period are analyzed and addressed. Machining experiments are conducted, and the results illustrate the control system synthesis procedures and a substantial improvement over the tracking error generated by the linear active disturbance rejection controller alone.     

Theory and application of a combined feedback–feedforward control and disturbance observer in linear motor drive wire-EDM machines

This paper presents a combined two-degree-of-freedom controller and disturbance observer design for a direct drive motion control system actuated by permanent-magnet linear synchronous motors (PMLSM). A feedback controller based on pole-placement design method is proposed to achieve desired tracking performance as well as stabilize the closed-loop system. A newly designed feedforward controller is proposed to reduce tracking errors based on an inverse model of the direct drive system. A digital disturbance observer is implemented to be included in the proposed feedback–feedforward control structure to compensate for nonlinear friction, cogging effects, and external load disturbance. Furthermore, the proposed control scheme has been verified as being internally stable. Experimental results indicate that the proposed controller can achieve a high contouring accuracy of ±0.3 μm as well as provide disturbance rejection and robustness. The maximum contour error of circular trajectory was reduced from 8.5 to 3.2 μm in comparison with proportional-integral-derivative (PID) controller.     

精密六自由度平面悬浮平台悬浮位置控制

介绍了一种由三套悬浮线圈悬挂的精密六自由度平面磁悬浮平台。针对具有非线性和强耦合系统的平面磁悬浮平台的悬浮系统,提出了一种改进的二阶自抗扰控制器（ADRC）。该控制器不仅能对内部干扰和外界干扰进行观测和补偿,而且克服了常规ADRC的非线性状态误差反馈中非线性函数的粗糙性。仿真和实验结果表明：采用改进的二阶自抗扰控制方案,平面悬浮级悬浮高度控制系统具有较好的鲁棒性、动静态性能。     

电液伺服系统的预设性能自适应抗扰控制

针对电液伺服系统中的扰动抑制问题,提出一种预设性能自适应抗扰控制器。在所提出的控制架构中,针对所考虑的电液伺服系统动态模型设计一种自适应扩张状态观测器,对系统中所存在的内外集总干扰进行估计,并利用自适应的形式动态调节观测器增益。设计一种预设性能的自适应反步控制器补偿干扰,并控制系统输出误差在预期的区间内收〖JP2〗敛。在反馈控制器的设计中,利用神经网络逼近未补偿扰动及虚拟控制律的导数。利用Lyapunov理论分析系统的稳定性。通过仿真试验验证所提方法的有效性,并与传统控制方法进行比较。结果表明：所提出的控制方法具有更好的伺服和抗扰性能。     

直线电机进给系统摩擦自适应补偿控制

为消除非线性摩擦干扰对直线电机进给系统定位精度的不利影响,提出一种基于LuGre摩擦模型的自适应补偿控制方法.建立直线电机进给系统的动力学方程,并在系统建模中引入基于自适应因子的改进LuGre模型;采用反步设计法的思想,利用李雅普诺夫第二法推导了自适应控制律;最后进行了半物理仿真实验.仿真结果表明:该自适应控制器应用于...     

高速运动平台的快速精密定位控制

针对高速运动平台到位阶段的惯性振动造成的运动平台调节时间长、定位精度差等问题,提出了一种结合速度-加速度前馈控制、增益调度PID控制及扰动观测器(DOB)的复合控制方法。其中速度-加速度前馈用于实现平台的高加速运动特性;增益调度PID控制可以有效改善平台定位阶段由于非线性摩擦力对平台定位性能的影响,使平台的跟踪误差快速衰减到设定的定位精度范围内;扰动观测器用于对运动过程中的内外部扰动进行抑制。通过实验验证,该复合控制方法在保证定位精度的前提下可有效减小高速运动平台到位阶段的惯性振动,并且减小运动平台的调节时间,提高高速运动平台的定位性能。     

基于扩张状态观测器的伺服加载模糊滑模控制

针对电动伺服加载测试台存在的间隙、摩擦等非线性控制问题,以滑模变结构控制（SMC）为主体进行了加载控制器设计。分析伺服加载测试台整体结构,提出一种基于扩张状态扰动观测器（ESO）的模糊滑模控制（FSMC）策略。该策略在使用ESO针对伺服加载系统的外部干扰进行观测的基础上,设计了模糊控制对滑动模态面和滑模趋近律进行自适应调节,提高了系统的动态实时跟随能力和干扰补偿能力,并减小SMC控制器稳定时的抖振现象。仿真结果表明：所设计的基于扩张状态观测器的模糊滑模控制器（FSMC-ESO）对比传统SMC及PID控制具有更好的快速响应性和鲁棒性。     

磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统H_∞鲁棒控制器的设计

为消除直线电动机驱动的数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,采用一种新型的磁悬浮永磁直线同步电动机,将矢量控制分别应用于两套绕组可以实现推力与悬浮力的解耦,进而可以对电动机的悬浮子系统进行独立控制。针对悬浮子系统为非线性被控对象,以及存在不确定性未知扰动的特性,对悬浮系统数学模型进行输入输出解耦线性化,通过设计H∞鲁棒控制器来满足悬浮系统控制高精度,高鲁棒性的要求。仿真结果表明,该控制器能起到良好的抗干扰作用,系统的跟踪误差小,可以保持悬浮系统的稳定性。     

同心不等径非圆截面数控车削系统研究

为了提高同心不等径非圆截面零件加工的质量和效率,对实现该类零件加工的方法进行了研究,提出了一种快速高精度加工同心不等径非圆截面的数控车削方法。设计了数控车削系统的结构,快速刀具进给伺服机构(FTS)采用基于自抗扰控制的直线电机系统。数控系统采用PMAC(Pro-grammable multi-axis controller)多轴运动控制器的时基控制法,实现刀具驱动进给和工件旋转的协调控制,完成该型零件的自动车削。结果表明该型零件的加工精度和加工效率得到了提高。