真空泵用多台屏蔽电机模式切换与位置补偿偏差耦合同步控制

针对真空泵用多台屏蔽电机起动、突加随机扰动、突加周期性负载及单/多电机不同时刻故障停机过程,设计了模式切换与位置补偿偏差耦合同步控制系统,创新性地在速度补偿器中引入位置补偿器,同时在故障瞬间将偏差耦合控制方式切换为主从控制。将所提出的控制系统与传统的虚拟电机控制系统进行了对比。结果表明:当发生单电机故障以及双电机不同时刻故障时,在相同的模式切换和位置补偿条件下,所提出的控制系统位置误差分别为4.6°和4°,在5°的误差允许范围内,而传统虚拟电机控制系统的位置误差分别为15°和20°。     

基于极点配置二阶LADRC的多电机同步控制系统研究

在多电机同步控制系统起动时,由于负载不同和稳态时负载突变,会造成同步误差大、系统的跟踪性能与抗扰性能差,针对以上问题,提出了改进型的偏差耦合控制结构,改进了速度补偿器结构和二阶线性自抗扰控制器结构。在MATLAB/simulink环境下搭建了三台永磁同步电机同步控制仿真实验模型,在实验中把改进型的偏差耦合控制结构与传统的偏差耦合控制结构、基于二阶线性自抗扰的传统偏差耦合控制结构进行对比分析,研究结果表明:改进型的偏差耦合控制结构比其它两种结构具有精度高、抗干扰性能好、收敛速度快等特点。     

三相PWM整流器的反馈线性化直接电压控制

为了提高整流器在负载大扰动范围内的电压响应速度,在现有的反馈线性化控制方法基础上,提出一种直接电压控制的方法及算法。该算法突破传统的双环级联的控制方式,由电压误差直接控制输入变量,从而达到母线电压快速镇定的目标。论文对现有的反馈线性化方法进行综述和分析,并对控制律进行适当的修正,建立一种由电压误差和负载电流误差并行的直接控制规律。利用整流器模型和电压误差方程对系统的稳态,以及不同负载扰动下的动态性能进行定量分析,给出系统参数存在误差时的影响。通过仿真对比及实验结果,验证系统的稳定性和收敛速度及理论分析的正确性。结果表明,论文提出的直接电压控制方法,在简化控制变量表达式和减少计算变量的同时,能够保证全局稳定收敛,并进一步提高电压在负载大范围扰动下的响应速度。     

PLL与ADRC在PMSM中的应用研究

利用锁相环作为永磁同步电机的速度观测器,能够有效解决经位置差分法测量伺服电机转速时产生的相位滞后问题。将锁相环与自抗扰控制相结合,把锁相环观测到的速度信号作为转速环的反馈。采用线性自抗扰控制器设计永磁同步电机控制系统的转速环和电流环。将负载作为外部扰动,将d-q轴的耦合项和电源波动作为内部扰动,该方法能估计出总的扰动量然后加以补偿。仿真和实验结果表明该方案速度观测准确,系统的动态性能和抗扰动能力良好。     

基于改进型偏差耦合的PMSM自适应反推同步控制

针对双电机控制系统同步控制性能受负载扰动影响较大的问题,设计模糊PI补偿器器代替偏差耦合控制中增益速度补偿以尽快消除因扰动而引起的电机之间的速度误差,实现电机间的速度同步。设计基于模糊参数逼近的自适应反推控制器实现电机对给定转速的快速跟踪响应,借助于MATLAB/Simulink软件仿真表明,该控制策略同步稳定性高,系统响应速度快,抗干扰能力好。     

基于状态约束的PMLSM固定时间控制策略研究

针对永磁同步直线电机(PMLSM)速度与电流双闭环控制系统，提出基于状态约束的永磁同步直线电机固定时间控制策略。构造非对称障碍Lyapunov函数约束系统的速度跟踪误差，不使用复杂切换项设计固定时间滤波器，克服传统反步控制中的“微分爆炸”问题；构造固定时间干扰观测器对电机的负载扰动进行观测，将扰动补偿到控制系统中增强鲁棒性。理论分析证明系统在固定时间内有界收敛，能够将速度误差约束在合理的区间。基于Matlab仿真实验在给定速度0.5 m/s突加负载时，速度跟踪精度超过98%,相比较固定时间控制策略提高2%;扰动观测器的跟踪范围偏差不到1%,具有较高的观测精度。仿真和实验结果验证了本文控制策略的有效性。     

交流伺服系统负载扰动补偿控制

针对未知负载扰动对伺服系统动态性能的影响,提出一种基于降阶扩展卡尔曼滤波器(EKF)的负载转矩在线辨识及补偿方法。根据交流永磁同步电机(PMSM)机械运动方程,建立了负载转矩辨识数学模型,研究了在同一组PID参数控制下,负载转矩补偿前后系统位置误差的变化。仿真与实验结果均表明,所提出的降阶EKF能有效辨识负载转矩,采用转矩补偿控制后,明显减小了系统中由于负载扰动引起的位置误差,提高了系统的抗负载干扰能力。     

无刷直流电动机伺服系统的容错性能

应用于下一代多电飞机电伺服系统的双通道永磁无刷直流电动机控制系统,双通道绕组间存在互感的影响,使得系统参数变化具有不确定性,同时舵面负载的动态特性使负载扰动有很大的随机性。根据系统这一特点,采用三闭环模糊滑模控制策略,外环为速度和位置闭环,内环为电流闭环的方法设计控制器,并进行了仿真实验研究。结果表明该方案对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性,在容错运行模式下,经过控制参数容错重组后,没有稳态误差,系统动态特性有所下降,满足容错控制性能要求。     

永磁同步电机偏差解耦控制策略研究

永磁同步电机在运行过程中存在参数变化、突加负载等时变性干扰,影响了偏差解耦控制策略的动态解耦效果。为了改善偏差解耦控制策略的动态解耦效果,采用一种带干扰观测器的偏差解耦控制策略,该策略将d,q轴间的耦合电流和电感参数变化引起的电压误差视为系统扰动,利用干扰观测器对其进行估计,并将观测值作为补偿量反馈到电压输入端以减弱扰动对系统的影响,实现电流环的精确控制。理论分析和实验结果表明,引入了干扰观测器的偏差解耦控制策略提高了系统的动态解耦效果与鲁棒性。     

基于改进滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器I／F起动方法

针对传统的永磁同步电机无位置传感器开环起动过程中存在启动电流大、功率因数小、抗负载扰动能力弱的问题,提出了一种基于改进滑模观测器的无位置传感器电流闭环I/F起动策略。起动加速阶段,在电枢绕组中产生幅值固定、频率逐渐增大的旋转电流矢量,使转子加速起动。当转速达到设定值时,检测指令位置角与用改进滑模观测器估算的转子位置角之间的偏差角,当该偏差角低于设定的阈值时,立刻切换至基于改进滑模观测器的无位置传感器电流解耦控制阶段。仿真和实验结果表明,采用所提起动策略后,起动电流可控,切换时刻的电流、转矩平稳无冲击。实验结果也验证了该起动策略能有效避免过流的产生,具有良好的动态性能和一定的抗负载扰动能力。     

一类欠驱动Lagrangian系统的位置同步控制

针对多个单输入欠驱动Lagrangian系统的同步控制问题,根据所定义的同步运动系统的同步误差信号,将各轴的位置误差与位置同步误差的比例耦合项作为新的状态变量,采用递阶滑模控制方法设计了一种交叉耦合位置同步控制器。采用该控制策略,对由两部一级倒立摆实际设备构成的同步运动装置的实时控制实验结果和4部一级倒立摆同步运动系统进行了仿真。仿真结果表明,在闭环系统精确跟踪指令信号的同时保证了各子系统间协调同步运动,而且该同步控制器的同步性能优于积分耦合同步控制器的性能。     

基于相关耦合的并联四轴电动伺服平台鲁棒控制

4TPS-PS并联电动平台由4个伺服电机协同驱动,实现3个转动和1个移动自由度,为提高平台运动的位姿轨迹精度,需要实现四轴的非线性同步。该文推导非线性相关耦合误差,兼顾各轴的跟踪误差和同步误差,提出一种基于该误差的鲁棒控制方法,设计基于非线性相关耦合误差和滑模变结构控制理论的鲁棒控制算法。进行仿真和实验研究,结果表明,该控制策略具有较强的稳定性,提高了各轴的非线性同步特性,从而实现平台的高精度轨迹跟踪,平均位姿跟踪精度优于0.07°。     

基于自抗扰与观测器的环形耦合多电机协调滑模控制

在多电机控制系统中,参数摄动和负载转矩变化会影响系统的跟踪精度和同步性能,且传统的补偿方法难以有效的抑制系统的同步误差。针对以上问题,采用电流补偿的环形耦合结构,设置同步比例系数实现多电机的协调运行,设计自抗扰补偿器对电机进行电流补偿来减小同步误差,同时将非奇异快速终端滑模和扰动观测器用于单台电机的控制。仿真结果表明,所设计的控制策略使系统的鲁棒性和跟踪精度都有所提高;相比于固定增益补偿和PI补偿,系统的同步误差小,抗干扰能力强,实现了高精度的多电机协调控制。     

基于变摩擦负载的双电机同步控制系统设计

针对双电机同步控制系统在实际运行中存在摩擦负载的作用,首先建立双电机同步控制系统的数学模型和Stribeck摩擦模型。然后提出在偏差耦合控制方式下采用模糊PID控制算法对偏差进行调节的双电机同步控制方案,并与采用常规PID算法的控制方案进行比较。仿真结果表明,采用模糊PID控制算法的偏差耦合系统具有较好的抗干扰性和同步控制精度,优于常规PID控制系统的性能。     

带式输送机永磁驱动系统自抗扰同步控制策略

针对带式输送机永磁驱动系统采用PID控制器进行控制时电机的控制性能差和采用多电机驱动时电机间转速不同步、稳定性差等问题,提出了带式输送机多永磁电机驱动系统自抗扰同步控制策略。基于自抗扰控制(ADRC)技术设计了2种调速控制策略,并搭建仿真模型进行了对比试验;随后结合模糊PID控制技术对传统偏差耦合控制进行结构改进,并以矿用带式输送机多永磁电机驱动系统为控制对象,开展基于主从、传统偏差耦合和改进型偏差耦合同步控制结构的仿真。结果表明,基于二阶ADRC和改进型偏差耦合控制结构的带式输送机多永磁电机驱动系统同步控制策略具有更好的抗干扰能力、控制精度和同步性,有利于带式输送机平稳高效的安全运行。     

基于末端圆周标定的软体机器人刚度独立控制研究

软体机器人进行末端位姿调节时受到稳态误差干扰，导致软体机器人刚度独立控制问题性不好，为了提高软体机器人的末端位姿调节的稳定性，提出一种基于末端圆周标定的软体机器人刚度独立控制方法。采用刚体力学分解方法构建软体机器人的动力学分析模型，采用严格反馈控制方法进行软体机器人的末端位姿记忆性控制，利用比例－积分控制器进行软体机器人的末端圆周标定，采用机器人的逆运动学模型进行软体机器人的刚体独立性调节，在关节空间上通过纠偏量与编程轨迹的自适应镇定性调整实现机器人的末端位姿反馈修正，实现软体机器人的优化控制。仿真结果表明，采用该算法进行软体机器人刚度独立控制的稳态性较好，纠偏能力较强。     

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。     

交互式捷联惯导仿真系统的设计与实现

捷联式惯导系统在军事领域应用广泛,为便于对捷联惯导算法及各种组合导航算法进行研究,设计了一套捷联惯导仿真系统。系统基于模块化思想设计,包括运动状态建模、轨迹仿真模块、惯性器件仿真模块和惯导解算模块4部分,具有良好的可移植性和拓展性;系统采用图形交互界面,实时操控载体的运动状态,能便捷、高效的生成各种运动轨迹;利用等效旋转矢量算法对仿真数据进行了解算分析,仿真实验结果表明：解算的姿态、速度和位置误差与理论值相符,验证了仿真模型的合理性以及仿真系统的可用性。