永磁同步电机传动系统电流环非线性自抗扰控制器的设计与稳定性分析

高性能永磁同步电机伺服系统要求有快速响应的电流内环以保证系统的高动态性能,传统PI调节器容易出现超调及振荡调整过程。为实现对高性能永磁同步电机伺服系统电流环的精确控制,采用自抗扰控制器代替传统PI调节器,将电流环中电动势项和定子电阻压降项作为内部扰动量,其他未知扰动作为外部扰动量,设计了电流环非线性自抗扰控制器。与传统PI调节器相比,自抗扰控制器可以对系统内外部扰动量进行实时观测补偿,具有更好的系统抗扰动能力,可以更迅速、精确地跟随电流指令;为避免因控制器参数选取不合适而引起的电流环周期振荡,采用描述函数法对非线性自抗扰控制器取不同参数时电流环的稳定性进行了分析。通过仿真和实验验证了控制器设计的有效性。     

双三相永磁同步电机位置伺服前馈反馈复合控制

传统伺服系统的位置控制器只采用纯比例控制,不能兼顾系统的响应速度和稳定裕度,且对斜坡等输入信号不能实现无差跟踪。通过分析位置伺服系统的传递函数,设计了一种新型前馈反馈复合控制器。该复合控制器重构了系统的误差传递函数,使系统能够准确跟踪给定信号,提高了伺服系统的跟踪性能和稳定性。为了进一步提升电流环动态性能,在电流环添加反电动势前馈势补偿,用于减小反电动势对电流响应的影响。仿真和试验表明,该控制方法提高了位置伺服系统的动态性能和跟踪精度,验证了前馈反馈复合控制的有效性。     

永磁同步电机调速系统的一种变给定增益PI控制器

在永磁同步电机调速系统中,传统PI控制的阶跃响应存在超调的问题。采用IP控制虽可消除超调,但会使系统响应变慢。为此,提出带给定增益的PI控制器,在传统PI控制器的基础上,引入输入微分前馈,将误差比例环节拆成给定比例环节和反馈比例环节之差,并在给定比例环节中增加给定增益M。经优化设计,M在阶跃给定时取0.5,可实现阶跃响应的快速无超调;M在时变给定时取1,可实现无误差跟踪。为使系统能够对阶跃给定和时变给定同时具有很好的跟踪性能,在带给定增益的PI控制器的基础上,利用给定变化率判断给定类型并自动选择对应的最优增益,构成一种变给定增益PI控制器。实验结果验证了所提控制方法的有效性和实用性。     

带负载电流前馈的VIENNA整流器PR控制

针对三相VIENNA整流器传统PI控制器存在输入交流静差和抗负载扰动动态性能差的问题,提出一种适用于VIENNA整流器的负载电流前馈比例谐振(PR)控制策略。利用PR控制器有效消除输入电压电流相位差,实现无静差跟踪。并在电流闭环外嵌入负载电流前馈补偿环节,将负载扰动信息通过前馈环节直接作用于电流给定,提高抗负载扰动动态调节时间,增强系统抗扰性。并将所提方法与传统PI控制策略进行性能对比测试,实验结果表明所用方法可以有效提高负载扰动下的动态性能和改善输入功率因数。     

采用占空比前馈的VIENNA整流器平均电流PR控制

针对VIENNA整流器采用传统比例积分(PI)控制器跟踪正弦电流信号存在稳态误差及比例谐振(PR)控制器输入电流过零畸变问题,提出引入占空比前馈的平均电流PR控制策略,同时为进一步减少甚至消除网侧电流谐波分量,电流内环采用了基于PR控制器的并联多次谐波补偿器。结果表明所提控制策略系统响应快速、有效实现了三相三电平VIENNA整流器输入网侧电流无静差跟踪,直流输出电压平衡度好、抗扰性能优良。     

扰动电压下光伏最大功率跟踪控制器的设计

分析了扰动电压输出条件下的光伏最大功率跟踪系统构成,使用基于变步长电压扰动法作为功率/电压寻优控制器。设计了一种光伏MPPT系统电压复合控制器,采用光伏输出电压预调节控制+电压环PI调节器的方法实现。通过对光伏输出电压控制器进行数学建模得到电压闭环传递函数,确定了最佳预调节系数及PI调节器参数以得到快速稳定的MPPT控制,仿真分析了控制器阶跃响应及波特图。仿真以及试验结果表明此电压复合控制器能够快速、稳定的实现光伏MPPT响应。     

基于模型补偿的逆变器交流电压自抗扰控制

三相逆变器系统是一个非线性、强耦合、负载扰动剧烈的系统,传统基于PI调节器的双环控制效果不尽人意。自抗扰控制(ADRC)将上述影响系统控制的不利因素视为总扰动,予以估计和动态补偿,然后施以合适误差反馈律,以获取理想的控制性能。针对三相逆变器交流电压控制问题,考虑到工程实用性,以交流电压及其一阶导数为状态变量设计二阶线性自抗扰控制器,并结合被控对象LC滤波器电感电流可测的特点,引入模型补偿项,以降低扩张状态观测器扰动观测压力,进一步提高自抗扰控制系统的跟踪精度。对传统自抗扰控制、模型补偿自抗扰控制和电压电流双环PI控制进行了对比实验,结果证明了所提策略在跟踪性能及抗扰性能方面的优势。     

基于自抗扰控制的电流环控制器设计

电流环是影响基于永磁同步电机的三闭环串级位置伺服系统控制性能的关键环节,而其控制品质受多种因素影响。小惯量位置伺服过程具有位置给定小、速度变化快和电流响应要求高的特点,针对反电势干扰和环路延时的问题,对一阶通用自抗扰控制算法进行适当改进,设计了带输出微分预估器的电流环控制器。利用Matlab/Simulink搭建仿真模型,对控制算法进行验证,结果表明:设计的电流环自抗扰控制算法较传统PI控制算法能更好的补偿反电势干扰的影响,同时具有良好的输出滤波和预测效果。     

基于二自由度PI控制的PMSM的参数整定研究

针对传统单自由度PI控制系统难以兼顾抗扰特性和跟踪特性的缺陷,设计了一种基于误差判断的二自由度控制器并给出了参数整定方法.首先,通过简化电流环的数学模型得到转速环的控制目标;然后,采用多主导极点配置法和时域响应性能指标分别设计出二自由度控制器的PI参数;最后,在Simulink平台上搭建了仿真模型并采用基于模型设计(M...     

采用比例谐振调节器的三相VSC控制系统稳定性研究

在介绍基于LCL电容电流反馈有源阻尼算法的电流环控制策略基础上,在αβ静止坐标系下构建了三相变流器开关周期平均数学模型。为了消除系统交变量瞬态反馈时传统PI调节器难以达到无稳态静差输出,电流内环采用比例谐振控制器以实现无静差跟踪正弦电流基波给定,外环则采用基于瞬时功率模型的准直接功率控制环。通过闭环传递函数频域响应特性深入探讨了电流内环比例谐振控制器及有源阻尼LCL拓扑各参数对系统鲁棒性的影响。引入Delta算子以代替Tustin变换对控制器进行离散化实现,保证了离散结果较为接近于时域连续值,解决了z变换导致的数值计算不稳现象,从而实现了理想的电流正弦信号输出。仿真与实验结果验证了所提出的控制策略能够有效降低网侧输入电流谐波畸变率,实现单位功率因数运行,使得电能质量和系统瞬态响应得以明显改善。