基于自抗扰控制器的交流位置伺服系统

提出一种新颖的基于自抗扰控制器(ADRC)的永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统。外环由AD-RC实现位置环调节器,内环由PI调节器实现电流闭环,共同组成新颖的位置伺服系统控制器。ADRC由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈率(NLSEF)组成。TD通过为目标信号安排合适的过渡过程克服了系统响应中快速性和超调之间的矛盾;ESO精确观测系统的扰动并把扰动作用补偿到ADRC的输出中,提高系统的抗扰动能力;NLSEF实现非线性调节器以提高系统的控制精度。仿真和实验结果表明,该位置伺服系统具有高控制精度、快速响应无超调、强鲁棒性的特点。     

基于改进自抗扰控制的永磁同步电机无传感器系统研究

针对永磁同步电机(PMSM)矢量控制无速度传感器系统的速度辨识问题,分别在系统的速度环、电流环设计自抗扰控制器替代传统的PI调节器。通过自抗扰控制(ADRC)中的扩张状态观测器(ESO)对扰动的准确估计进行速度辨识,实现系统的无传感器运行;对典型自抗扰控制器进行改进,简化模型结构并引入模糊控制算法对控制器参数进行优化。仿真结果表明:改进ADRC比PI调节更能满足PMSM系统的高性能控制要求;与模型参考自适应相比,采用ESO观测方法在电机低速运行时的转速估计效果更好,且对电机参数变化不敏感,鲁棒性更强。     

基于仿人智能控制的永磁同步电机调速系统设计

永磁同步电机作为高效电机的代表,在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服系统应用领域逐步推广。然而永磁同步电机是一个强耦合、非线性、变参数的复杂对象,针对传统PI控制器无法满足的永磁同步电机伺服系统的高性能要求的问题,采用仿人智能控制方法,在(e-.e)相平面设计理想轨迹曲线,设计了特征模型集、控制模态集及推理规则集,仿真实验结果表明,仿人智能控制方法永磁同步电机转速调节过渡过程的平稳性和q轴电流脉动等指标均优于传统PI调节器。     

基于自抗扰控制的双环伺服系统

为提高永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服系统的抗负载扰动和参数摄动能力,提出一种基于自抗扰控制的位置–电流双环控制策略。分析伺服系统的扰动机理,构建基于离散最速控制综合函数的跟踪微分器进行位移规划,通过引入三阶扩张状态观测器,得到位置和转速复合控制的非线性自抗扰控制器,优化了系统结构,降低了参数整定难度。为进一步提高系统刚度和对突变负载扰动的响应能力,设计电流环自抗扰控制器,引入二阶观测器估计扰动量并进行扰动补偿,给出电流环线性自抗扰控制器参数的确定方法。仿真和实验结果表明,该控制策略能够减小外部转矩干扰和电机参数摄动对系统性能的影响,验证了基于自抗扰控制的双环控制方法的有效性。     

基于电磁转矩反馈补偿的永磁同步电机新型IP速度控制器

为减小永磁同步电机传统PI速度控制器的速度超调,提高转速环的抗负载转矩扰动能力,提出一种基于电磁转矩反馈补偿的永磁同步电机新型IP速度控制器。采用IP速度控制器,减小了速度超调;将电磁转矩引入到电流调节器的输入端,作为IP速度控制器反馈补偿的控制输入,提高了转速环的抗负载转矩扰动能力。仿真和实验验证了该新型永磁同步电机速度控制器可以有效减小速度超调,提高转速环的抗负载转矩扰动能力,获得很好的速度控制性能。     

电动变桨伺服系统的自抗扰控制研究

针对变桨伺服系统非线性、多变量、数学模型难以建立的特性,在电流环和速度环设计了自抗扰控制器,有效解决了传统PI调节器的快速性与超调之间的矛盾。仿真结果表明,电动变桨伺服系统采用以上控制方法,可以保证伺服系统有较强的抗扰性能,同时实现了无超调、响应快,具有良好的动态控制性能。     

永磁同步电机伺服系统的变增益自抗扰控制器设计

针对传统的线性自抗扰控制技术中存在的初始峰值问题,设计了一种变增益自抗扰控制器,并应用到永磁同步电机伺服控制方案设计中,分别对永磁同步电机的转速环和电流环设计转速和电流控制器。采用变增益自抗扰控制器的永磁同步电机伺服控制方案,削弱了传统方法系统初始峰值问题以及抗负载扰动能力得到较大的改善,提高了系统的动态性能。仿真和实验结果表明,变增益自抗扰控制器解决了传统方法的峰值问题,且与传统的PID控制器比较,系统在负载转矩变化时响应速度快、超调小、控制精度高,具备较强的鲁棒性。     

永磁同步电机调速系统自抗扰控制器的设计北大核心

将自抗扰控制器(ADRC)运用到永磁同步电机(PMSM)调速系统控制中。电流环采用一阶非线性自抗扰控制器(NLADRC)抵消电流环反电势的影响,减小电流跟踪误差和相电流总谐波畸变(THD);转速环采用一阶线性自抗扰控制器(LADRC)对负载转矩和黏滞摩擦进行补偿,提高系统转速稳定性;最后利用基于带宽的参数整定公式整定控制器参数。仿真和实验结果表明系统具有良好的转速稳定及抗负载扰动能力,验证了控制器设计的有效性。     

参数自调整永磁同步电机伺服驱动控制器设计

运用模糊逻辑规则调整电流PI调节器参数,结合传动系统机械参数估计与极点配置算法在线调整速度PI调节器参数,设计出参数自调整永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)伺服驱动控制器。实验结果表明,所设计的伺服驱动控制器具有良好的速度控制能力和抗负载扰动能力。     

自抗扰控制在PMSM伺服控制系统中的应用

永磁同步电机伺服控制系统的非线性和不确定性的特点,给高性能位置伺服控制的实现带来了困难。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,本文采用自抗扰控制器设计了伺服控制系统的速度环和位置环。自抗扰控制将系统所有扰动量,包括负载扰动、控制跟踪误差、模型误差等等,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。     

电励磁直线同步电机磁悬浮系统自抗扰控制

电励磁直线同步电机(EELSM)磁悬浮控制系统能够实现直接驱动和无摩擦进给,有效提高伺服系统的稳态及其动态性能,考虑EELSM系统运行中受到不确定性扰动的问题提出自抗扰控制(ADRC)策略。根据EELSM的特殊结构和工作机理,推导EELSM系统的数学模型,包括励磁回路的电压方程、磁悬浮力方程和运动方程。设计三阶非线性自抗扰控制器(NLADRC),将悬浮方向上的外界扰动作为系统的“总扰动”,对总扰动进行估计和补偿,可以有效提高系统抗扰能力以及跟踪精度。由于NLADRC存在多参数的整定、以及物理意义不明确等问题,总结出非线性函数参数整定的规律。最后,建立ADRC系统的仿真模型。仿真结果表明,通过与PI控制器对比,采用ADRC的EELSM伺服系统具有良好的动态性能,并且能有效抑制扰动。     

基于非线性ESO的风电并网逆变器改进自抗扰控制

针对永磁直驱风电系统并网逆变器中传统双闭环PI控制策略抗扰性能和控制精度不足的问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器(NLESO)的改进型自抗扰控制(ADRC)技术用以提高直流母线电压的控制性能。通过将线性扩张状态观测器(LESO)中的误差增益矩阵变为随时间变化的非线性函数对传统LADRC进行了改进,提高了LESO的动态扰动观测性能,从而增强系统对集总扰动的补偿抑制能力,并对其进行稳定性证明。最后通过仿真对比分析改进NLADRC和传统LADRC控制下并网点电压和逆变器直流侧电压波形,验证了改进NLADRC的正确性和可行性。     

基于线性自抗扰控制的微网逆变器时-频电压控制策略

微网是一个非线性、强耦合、多约束、负载扰动大的系统,传统比例-积分(PI)双环控制已经无法满足需求,自抗扰技术通过补偿扰动可使微网逆变控制系统的性能显著改善。据此,文中提出了基于线性自抗扰控制(LADRC)的微网逆变器时-频电压控制策略。为了提高微网逆变器的抗扰性能和动态性能,在时域上,设计和分析了dq轴解耦环节、带电容电流反馈的降维扩张状态观测器以及线性状态误差反馈控制律;为了提高微网逆变器在各谐波频率处的跟踪精度和抗扰性能,分析了时域LADRC系统的频率响应特性,并据此设计和分析了频域上的实部/虚部解耦环节和时-频域LADRC策略。最后,针对工作在孤岛模式下的微网逆变器,对所提策略进行了实验验证。实验结果表明,与PI双环控制对比,基于LADRC的微网逆变器时-频电压控制策略具有更好的解耦、抗扰、动态性能,并能精确控制谐波电压以达到抑制谐波的效果。     

基于多目标粒子群算法的过热汽温自抗扰控制

针对火电机组过热汽温存在大惯性、大时滞和非线性的动态特性,以及扰动因素作用下参数不易整定的问题,提出自抗扰控制-线性自抗扰控制（ADRC-LADRC）串级控制策略,即外回路应用非线性自抗扰减小超调量,内回路应用线性自抗扰对扰动快速响应并加以抑制,同时采用多目标粒子群算法对自抗扰串级回路中的参数进行整定。测试与工程应用表明：基于多目标粒子群算法整定参数的ADRC-LADRC控制策略具有较好的控制性能和抗干扰能力,能够快速响应扰动并跟踪设定值,维持过热汽温的稳定。     

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。     

基于改进二阶线性自抗扰技术的微网逆变器电压控制

微网逆变系统具有非线性、强耦合、负载扰动强、并/离网模式切换灵活等特性,传统电压电流双环控制难以取得满意的控制效果。自抗扰策略将影响系统控制的不确定因素视为总和扰动予以估计和补偿,可将复杂系统校正为积分串联型以获取期望的控制性能。文中引入更具工程应用价值的线性自抗扰控制(LADRC)技术,设计以输出电压及其微分为状态变量的二阶LADRC。考虑到扩张状态观测器(ESO)是影响LADRC控制性能的核心环节,在ESO中引入输出电压误差微分项,以提高ESO的扰动观测能力;在总和扰动作用通道增加一阶惯性环节,避免观测带宽增加而引入噪声。对LADRC及典型双闭环控制系统的频率响应特性进行分析可知,改进后的LADRC较双环控制及传统LADRC具有更好的抗扰性能。仿真和实验结果证明了所提策略的有效性。     

基于PI观测器的永磁同步电机自抗扰电流解耦控制

为了提高永磁同步电机(PMSM)电流环的电流解耦效果,提出一种基于PI观测器(PIO)的自抗扰电流解耦方法。该方法将PIO和扩张状态观测器相结合,实时准确地估计系统中的扰动,并将观测出的扰动量作为补偿值反馈到输入端,从而实现d、q轴间电流解耦、抑制扰动。对改进前后自抗扰控制器(ADRC)的扰动跟踪性能,闭环控制系统的抗扰性及稳定性做了理论分析。仿真和试验结果表明,引入PIO后,ADRC的扰动观测能力和电流解耦效果得到了提高,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于自适应PSO的微电网双向DC-DC变换器前馈自抗扰控制

针对传统PI控制光储微电网系统双向DC-DC变换器存在的直流母线电压波动大、充放电有效性差、抗干扰能力弱等问题,设计了一种基于自适应粒子群优化(APSO)的双闭环控制策略。首先,建立双向DC-DC变换器的数学模型。其次,设计了包括电压环线性自抗扰控制（ADRC）、电流环PI控制的双闭环控制系统,并在电压环中加入前馈控制以增强控制系统的鲁棒性。然后,针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,提出了一种基于APSO算法的参数优化系统,该算法引入了自适应惯性权重因子,使惯性权重在粒子群迭代过程中可以动态调整以获得更佳的寻优效果。最后,设计一种带罚函数的时间乘以误差绝对值积分(ITAE)指标作为适应度函数,实现了前馈线性自抗扰控制(FF LADRC)系统控制参数的自主寻优。MATLAB仿真结果表明,所提控制策略能够有效减小直流母线电压波动,提升储能系统的充放电性能,解决了线性自抗扰控制器参数整定问题。     

永磁同步电机电流调节器动态特性分析及改进设计

建立了永磁同步电机复矢量模型，应用复矢量根轨迹法和复矢量频域分析法对复平面等价形式的永磁同步电机电流调节器性能进行了研究。使用以基频为中心一定带宽内频率响应状况及抗扰强度函数的方法对电流调节器性能进行了分析，结果表明建立在同步坐标系内一般形式的比例一积分电流调节器性能随着外部干扰及基波频率升高而恶化。采用基于小波多尺度解析的PI调节器技术对其进行改进设计，理论分析及仿真结果表明，改进后的电流调节器较之传统的调节器具有较好的抑制噪声及抗干扰的能力。     

The Sliding-Mode Control Based on a Novel Reaching Technique for Permanent Magnet Synchronous Motors

Abstract

In order to improve the robustness, disturbance rejection and dynamic response performance of permanent magnet synchronous motor (PMSM) speed servo system, a novel sliding mode control (NSMC) strategy is adopted to replace the traditional proportion integral (PI) regulator in the design of speed controller. The mathematical model of PMSM is analyzed and a sliding mode controller based on a novel reaching technique is proposed. The integral of speed error is introduced into sliding mode surface to avoid the requirements of acceleration signal and reduced the steady-state error of the system. Meanwhile, a variable speed reaching method is imported to make the approaching speed correlate with the change of system state |s|, so as to improve the dynamic quality. In addition, the sigmoid function is used to replace the sign function in the conventional SMC, which further reduces chattering phenomena. Simulation and experimental results show that the proposed NSMC method based on the new reaching technique can realize precise speed control. Compared with the conventional PI and SMC control, this method not only achieves a fastest and best response speed, but also has a strongest robustness of resisting the external disturbance.