考虑误差和时间最优的柔性关节驱动电机抗饱和控制

针对PID控制下柔性关节驱动电机的饱和问题，研究了一种考虑误差和时间最优的抗饱和控制方法。构建以系统跟踪误差和调节时间为优化目标，以驱动电机饱和上限为约束条件的优化模型，提出基于多目标模拟退火算法(MOSA)和莱文贝格-马夸特算法(LM)的MOSA-LM-PID组合优化方法；先利用MOSA的全局收敛能力得出PID参数最优解所在区域，再利用LM的局部快速收敛能力将近似最优解拟合为全局最优解，避免了MOSA的无效搜索，提高了收敛速度和精确度；针对MOSA算法一次随机权重可能造成优化偏重的问题，设计了一种考虑当前周期各目标优化情况的目标函数权重赋值方法。仿真与实验结果表明，MOSA-LM-PID的调节时间小于0.5 s,最大跟踪误差小于1.5%,且控制力矩的饱和度小于50%,均优于PID和MOSA-PID控制，有效改善了柔性关节的动态性能，提高了系统抗饱和能力。     

复合扰动下双足机器人位姿修正解耦控制研究

双足机器人在驱动步行中受到活动部件的复合扰动作用容易产生耦合误差,导致解耦控制的稳定性不好,为了提高双足机器人驱动步行中的解耦控制的稳定性,提出一种基于变步长动态平衡反馈调节的双足机器人驱动步行位姿修正解耦控制方法。采用分布式传感器阻力力学采集方法进行双足机器人的姿态参量测量和动态融合处理,构建双足机器人驱动步行位姿修正解耦控制的约束参量模型和控制目标函数,采用Kalman滤波方法进行双足机器人驱动步行的地面环境适应校正和误差修正,采用变步长动态平衡反馈调节方法确定精准的驱动步行姿态参量,实现双足机器人准确的姿态定位和参量解算。仿真结果表明,采用该方法进行双足机器人驱动步行姿态定位控制的准确度较高,环境适应性较好,实现零误差驱动步行,提高了双足机器人的控制品质。     

柔性关节机器人奇异摄动控制

传统的奇异摄动控制方法仅适用于关节柔性较小的机器人.针对这一问题,设计了关节柔性补偿器,以提高关节的等效刚度、消除关节柔性对该方法的限制,并将奇异摄动方法推广应用于具有一般关节柔性的机器人系统中.设计了自适应控制规律完成对慢子系统的控制,以保证轨迹误差的渐近跟踪.该控制策略不限制关节柔性大小,并且不需要连杆加速度及其微分信号,便于工程应用.以柔性关节机器人为研究对象进行了实验研究.实验结果表明,对于慢子系统采用PD、计算力矩和自适应控制,本文的控制策略比传统的奇异摄动方案更有效.     

超声电机非线性建模和广义预测控制

针对超声电机输出速度与驱动频率、相位差和电压幅值呈很强的非线性,很难建立完整而精确的控制数学模型并用于高精确控制的问题,将超声电机模型分解为一个稳态非线性环节和一个动态线性环节组成的Hammerstein模型。为了辨识驱动频率、相位差和电压幅值与超声电机稳态速度的关系,提出采用均匀设计进行实验设计,通过对电机稳态速度和阶跃响应的辨识,建立旋转超声电机多变量非线性Hammerstein模型,并验证该模型的有效性。基于超声电机Hammerstein模型提出了两步法广义预测控制算法,分别以驱动频率、相位差和电压幅值作为调节变量,对电机进行速度控制仿真,结果表明该算法能够准确地跟踪设定速度,证明所提出的超声电机的辨识建模方法和广义预测控制的可行性。     

基于虚拟电机技术的直流微电网与主电网柔性互联策略

直流微电网接口变换器大多采用"刚性"的变流控制策略,由于直流微电网缺乏与主电网柔性互联的机制,导致接口处惯性与阻尼不足,且无法主动参与主电网功率调节。本文提出一种基于虚拟电机技术的直流微电网与主电网柔性互联策略,接口变换器采用级联型电力电子变压器,交流侧和直流侧融合统一的虚拟电机控制,两侧同时模拟电机运行特性。通过模拟电机的阻尼和惯性,使直流微电网呈现出柔性特性,降低了其内部功率波动对主电网的冲击,且提升了直流母线电压的稳定性。同时,还可主动调节接口处的有功和无功功率,对主电网频率和电压给予一定的支撑。利用PSCAD/EMTDC的仿真结果证明了所提柔性互联方法的正确性和有效性。     

基于失谐量的消弧线圈跟踪调谐方法

为实现消弧线圈的跟踪调谐,提出基于失谐量(ωCΣ-1/(ωL))的消弧线圈跟踪调谐方法。对于消弧线圈并阻尼电阻接地的配电网,改变消弧线圈并联阻尼电阻的大小,测量中性点电压的幅值和相位。通过相位的变化便可判断消弧线圈的补偿状态,根据中性点电压的幅值、阻尼电导和现有的消弧线圈电感值即可计算失谐量,以此失谐量作为反馈量可求出线路对地电容的大小,进而调节消弧线圈可实现电网无功电流的跟踪控制补偿。通过Matlab进行相应的仿真计算,表明变阻尼测量对系统运行影响小,在预调式和随调式消弧线圈中均可使用。     

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。     

双连杆柔性臂机器人的模糊补偿滑模控制

提出了宏微双重驱动双连杆柔性臂机器人递阶控制系统结构，下层为根据柔性臂刚性模态设计的实现关节角位置控制的滑模算法和压电陶瓷抑振器，上层为根据关节角误差信号和滑模函数变化趋势建立的模糊推理表用以确定对滑模控制律的修正。借助自动机模型分析了系统的稳定性，将控制律在包含柔性模态的完整柔性臂机器人模型上进行计算机仿真，取得了满意的结果。     

基于振荡暂态能量下降的VSC-HVDC双侧模糊无功阻尼控制器设计

目前柔性直流输电系统中低频振荡阻尼控制主要是利用柔性直流的有功功率进行调制。为不影响柔性直流输送的直流功率并充分利用换流站的调制能力,基于振荡能量下降原理提出一种同时利用柔性直流整流侧和逆变侧无功抑制低频振荡的阻尼控制器设计方法。首先推导出无功控制规律,依据此规律采用模糊逻辑方法设计出双侧模糊无功阻尼控制器。在控制器设计过程中,无需对系统进行辨识,因此控制器不依赖于系统特定运行状态对应的精确模型,具有较强的鲁棒性。最后,设计传统极点配置阻尼控制器进行对比。仿真结果表明,基于文中方法设计的双侧模糊无功阻尼控制器能有效抑制系统低频振荡,鲁棒性好,而且无需专门的参数协调方法也能达到两侧控制器协调输出的效果,严重故障时能充分利用2个换流站的调制能力。     

机器人灵巧手柔性关节自适应阻抗控制

针对具有柔性关节的HIT/DLR Ⅱ五指仿人机器人灵巧手,研究了基于关节力矩反馈和非线性补偿的关节空间和笛卡尔空间阻抗控制。通过建立柔性关节机器人灵巧手的控制模型,在HIT/DLR Ⅱ型灵巧手上实现基于无源性控制的柔性关节机器人阻抗控制策略。针对非线性摩擦力和重力对灵巧手阻抗控制的影响,基于扩展卡尔曼滤波器提出了自适应摩擦力观测器,实现了具有摩擦力补偿和基于最小二乘法优化重力补偿的机器人灵巧手自适应阻抗控制。实验结果表明,在具有谐波减速器等柔性环节的机器人灵巧手中,所提出的自适应阻抗控制器提高了位置控制的精确度,并获得了稳定的抓取力。     

双馈风电机组传动系统扭振抑制自抗扰控制

扭振是造成风电机组传动系统零部件疲劳损伤的主要原因之一。为了通过控制减小风电机组传动系统疲劳载荷,本文在分析风电机组传动系统中非线性不确定因素作用的基础上,设计了一种扭振抑制自抗扰控制器。该控制器将传动系统中的非线性不确定因素作用和外界扰动归结为系统总扰动,通过扩张状态观测器进行实时估计,并在发电机转矩控制中给予补偿,增强了控制器的适应性和鲁棒性。以3MW双馈风电机组为控制对象的试验结果表明,该控制器可以在不影响机组发电量的前提下抑制传动系统扭振,明显减小齿轮箱的转矩波动,从而减轻扭转载荷对主要零部件的疲劳损伤。     

差模有源阻尼在PWM变流器中的应用分析

PWM变流器应用LCL型滤波结构来获得高的滤波性能。无源元件之间相互作用导致的谐振现象需使用无源阻尼或有源阻尼来抑制。相对于无源阻尼来说使用有源阻尼,采用合适的控制策略,能在保证滤波器性能的同时能耗也有所减少。提出了用有源阻尼控制策略去抑制两线间的振荡。该有源阻尼控制策略依据状态反馈的极点配置方法达到抑制共振的目的,并使用加权导纳函数来分析和选择合适的有源阻尼增益来抑制PWM变流器的低次谐波。给出了容量为10 k VA PWM变流器原型机的实验结果,实验结果验证了有源阻尼方法的有效性和设置阻尼增益方法的正确性。     

Intelligent stretching of ankle joints with contracture/spasticity

An intelligent stretching device was developed to treat the spastic/contractured ankle of neurologically impaired patients. The device stretched the ankle safely throughout the range of motion (ROM) to extreme dorsiflexion and plantarflexion until a specified peak resistance torque was reached with the stretching velocity controlled based on the resistance torque. The ankle was held at the extreme position for a period of time to let stress relaxation occur before it was rotated back to the other extreme position. Stretching was slow at the joint extreme positions, making it possible to reach a larger ROM safely and it was fast in the middle ROM so the majority of the treatment was spent in stretching the problematic extreme ROM. Furthermore, the device evaluated treatment outcome quantitatively in multiple aspects, including active and passive ROM, joint stiffness and viscous damping and reflex excitability. The stretching resulted in considerable changes in joint passive ROM, stiffness, viscous damping and reflex gain. The intelligent control and yet simple design of the device suggest that with appropriate simplification, the device can be made portable and low cost, making it available to patients and therapists for frequent use in clinics/home and allowing more effective treatment and long-term improvement.     

一种新颖的电力用复式滤波器

介绍一种新型的用于补偿配电系统高次谐波的复合型有源滤波器。它能有效的抑制配电变压器附近设备产生的高次谐波。滤波器是由有源滤波器 (AF)和无源滤波器 (PF)串联组成。根据自动调整反馈放大系数K ,AF将根据高次谐波电阻的大小动作 ,从而实现控制。复式滤波器与通常的AF相比 ,能使PWM变换器的容量大幅度降低。因AF依电阻的正负而动作 ,能够有效减小流入PF中的高次谐波电流 ,从而避免了PF过负荷 ,经实验和仿真确认了PF的补偿效果     

步进电动机有源阻尼控制方法研究

对基于激磁磁势进行电流补偿的两相混合式步进电动机有源阻尼控制方法进行了深入的研究,该方法利用步进电动机的非线性模型,在细分控制的基础上引入位置或者速度反馈形成电流补偿,以达到改善系统阻尼特性的目的.首先阐述了该方法的控制原理,然后详细计算和分析了由位置偏差的比例调节,速度偏差的比例调节以及位置偏差的PID调节3种形式构成补偿电流时,补偿电流对系统阻尼特性的影响,并且给出了极点配置的方法和调节系数的选择依据.     

LCL并网逆变器的单逆变器侧电流控制性能分析

对LCL滤波并网逆变器来说,单逆变器侧电流闭环控制实现较为方便,但是控制延迟导致系统仍存在欠阻尼谐振甚至不稳定。无源阻尼方法虽可实现优良的电流控制性能,但会导致额外的功率损耗;附加数字滤波器的有源阻尼方法具有改善系统稳定性的能力,但是数字滤波器在非谐振频率处的幅值以及相位特性影响控制性能。以无源阻尼方法下系统性能为基准,对比了已有的逆变器侧电流闭环控制有不同的谐振频率同控制频率的比值条件下的性能,结果表明在一拍采样与计算延迟下,已有的单逆变器侧电流闭环控制难以兼顾系统稳定性、动态特性以及鲁棒性,附加数字滤波器的有源阻尼方法具有较大的局限性。     

三相APF非线性解耦控制的建模与仿真

有源电力滤波器(APF)是电力系统谐波的有效治理手段之一,但APF主电路为电压源逆变器(VSI),由于开关频率的限制,是一个强非线性耦合系统,给控制器设计及应用带来困难。为此,首先建立了三相电压型有源滤波器系统仿射非线性模型;然后基于微分几何理论,提出该模型的状态反馈精确线性化方法以建立其线性化模型;最后对有源滤波器三相进行解耦并实现了精确解耦控制器的设计。仿真结果表明了所建模型及设计控制算法的有效性,经该控制算法补偿,谐波畸变率限制在2%以下。     

双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的混合非线性控制系统

针对传统PWM变换器及PID控制器存在的很多缺点,提出一种基于双级矩阵变换器(TSMC)驱动永磁同步电机(PMSM)的混合非线性控制方案。首先,针对系统易受电网和负载扰动的问题,建立TSMC-PMSM系统整流器端口的受控耗散哈密顿模型(PCHD),证明其严格的无源性,设计TSMC-PMSM系统整流器端口的基于互联与阻尼分配(IDA)的无源性控制(PBC)器,并理论证明该闭环系统的稳定性;另外,针对转速外环PID控制器自我调节能力差的问题,利用自抗扰控制器(ADRC)非线性光滑反馈的特点,设计变积分系数PI-ADR非线性控制器。仿真和样机实验结果都表明,采用混合非线性控制的TSMC-PMSM系统具有良好的网侧性能、很强的抗扰动能力和很好的动、静态性能。     

离散伺服定位系统的复合非线性控制

针对带有扰动和执行器幅值受限的伺服系统,提出一种离散时间复合非线性控制方案,用于实现快速和准确的定点跟踪。此控制方案是在复合非线性反馈控制的框架中嵌入一个扰动估计与补偿机制。其中,复合非线性反馈控制律包含线性和非线性反馈两部分,分别实现快速响应和抑制超调,从而提高瞬态性能;采用一个降阶观测器对系统中的不可量测状态和未知常值扰动进行估计,并用于补偿,从而消除稳态误差。对该控制方案下的闭环系统稳定性进行理论分析。将提出的控制方案应用于一个双积分模型的伺服系统,进行仿真研究,并与一种采用积分控制来消除扰动的复合非线性反馈控制方案进行比较。结果表明所提出的控制方案在定点跟踪任务中具有更好的性能鲁棒性。     

并网逆变器系统的谐振抑制研究综述

总结了并网逆变器系统谐振抑制方法的国内外研究现状。分别针对单机型和多机型两个类型进行综述。建立了并网逆变器系统等效模型,并据此分析了单机和多机并网系统的谐振机理;分析了各无源阻尼方法的阻尼特性、滤波特性以及损耗特性,指出了影响单电流闭环控制系统稳定性的因素,从系统降阶、串联滤波器以及状态反馈3种不同的谐振抑制思想总结了现有有源阻尼方法,并从系统性能方面分析了各有源阻尼方法的优点和不足。依据多机并网谐振机理归纳和探讨了谐波源消除法和阻抗重塑法的谐振抑制思路,指出两者均具有全局性的特点,并展望了多机并网系统谐振抑制的进一步研究方向。