微分反馈控制在永磁伺服系统中的应用研究

PI调节器用于伺服系统闭环控制时,为保证伺服系统有快速响应,超调是不可避免的.本文研究微分控制(微分调节,微分反馈)对抑制系统响应超调的作用.通过求解微分方程的实时解,分析微分控制对闭环系统阻尼比及闭环零、极点的影响.分析表明,对实际的永磁同步伺服系统引入微分反馈控制,可使系统既有较快的响应速度,又明显地抑制伺服系统响应超调,从而使系统具有优异的响应性能.仿真和实验均证实了微分反馈对伺服系统控制的有效性.     

基于微分反馈控制的无刷直流电动机调速系统仿真研究

PI调节器广泛用于系统闭环控制,但不能满足高性能的要求.在研究速度反馈中加入微分反馈对抑制系统响应超调和闭环系统零、极点的影响,提出应用比例一微分反馈控制,对无刷电机速度控制系统进行调节.利用Madab/Simulation进行了系统仿真实验.结果表明,该控制方法与传统PID控制系统相比,具有瞬态响应性能快,无超调,并有很强的抗扰动能力.     

永磁伺服系统基于微分自适应补偿的快速无超调控制策略

高性能永磁位置伺服系统要求无超调且快速的动态响应性能,一般控制策略往往无法同时满足其要求,对此提出反馈微分和前馈微分自适应控制的新型控制策略。分析了伺服系统反馈微分的作用,表明其能有效减小响应超调,但同时会降低响应速度。通过引入前馈微分,根据位置误差信号自适应调节,在保证反馈微分有效减小超调的前提下,抵消了其速度抑制作用;同时,前馈微分根据位置给定指令进行速度和电流预测,预测值补偿至速度和电流给定,从而做到提前响应。仿真和实验验证了新型控制策略自适应的有效性,解决了位置伺服系统响应超调性和快速性之间的矛盾,能实现无超调快速自适应响应控制。     

考虑饱和运行时永磁同步伺服系统速度调节器的设计与调整

按经典控制理论设计的速度调节器与实际调试结果差距大,阶跃时,速度调节器会出现饱和,为此,借助于线性二次型状态反馈,实现伺服系统速度调节器的设计.速度调节器饱和时,采用棒-棒控制实现响应时间最小化.为保证动态过程中系统速度调节器的平稳过渡,合理选择调节器的转换阀值,并将速度微分反馈引入速度调节,保证在不影响系统响应快速性的前提下抑制超调与振荡.全状态反馈控制所引入的微分控制,可以预见系统响应趋势,它的引入可以有效地抑制速度响应超调.数字仿真和实验证实了分析与设计的有效性.     

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。     

基于双向全桥DC-DC变换器增广状态控制系统研究

双向全桥DC-DC变换器广泛应用于电动汽车、新能源发电等具有能量双向流动的储能系统中。首先,在双向全桥变换器单移相控制模式基础上,应用离散采样建模方法建立了双向全桥变换器的离散小信号模型;然后,根据变换器的离散小信号模型,设计了具有无静差的增广状态反馈控制系统,通过配置系统的闭环期望极点位置使系统的阶跃响应无超调,通过仿真,验证数字闭环控制器的有效性;最后,分析了状态反馈系数矩阵对变换器系统中主要参数的敏感程度,仿真结果表明相同反馈系数下,不同系统参数对系统输出瞬态响应的影响。     

无刷直流电机模糊控制系统的建模及仿真分析

为提高无刷直流电机控制系统的精度，根据电机的数学模型和运行原理．基于MATLAB／Simulink仿真平台并结合S-函数构建了无刷直流电机电流、转速模糊控制的双闭环控制系统的仿真模型，并详细介绍了模型的部分子模块。仿真结果表明，与一般的比例积分与微分控制相比，系统响应时问快、无超调，具有较强的鲁棒性和自适应能力。     

永磁同步电机转速环的一种变结构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,对时变输入的跟踪性能变差。为此,本文提出了一种变结构PI(Variable Structure PI,VSPI)控制器,在传统PI控制器的基础上引入输入微分前馈,并将误差比例环节与误差积分环节并联的结构改为误差的比例微分环节与积分环节串联的结构。结合遇限停止积分的抗积分饱和环节,VSPI控制在时变输入时等效于PI控制,在阶跃给定时等效于IP控制,因此,VSPI控制在解决阶跃响应的超调问题的同时提高对时变输入的跟踪精度。实验结果验证了所提控制方法的有效性和实用性。     

直流电机伪微分反馈位置控制参数优化方法

针对电枢控制式直流电机的位置控制，依据伪微分反馈（PDF）控制理论设计控制系统结构形式。采用状态方程有约束最速下降法（CSDSE）对控制系统控制参数进行优化，建立了直流电机位置控制系统性能优化的数学模型，结合具体的位置控制系统推导CSDSE优化方法，并给出优化程序的编制步骤。伪微分反馈直流电机位置控制系统计算机仿真和实验结果表明，对阶跃参考输入其输出响应速度快、无超调、无振荡，控制性能对被控对象参数变化不敏感，并具有优越的负载性能或抗外界干扰能力。     

基于自抗扰控制器的永磁同步电机位置伺服系统

设计了一种新颖的基于自抗扰控制器的永磁同步电动机位置伺服系统。该系统通过跟踪-微分器为给定位置信号提供一个过渡过程,克服了系统响应速度和超调之间的矛盾,使得系统响应快且没有超调;通过扩展状态观测器将系统的负载、转动惯量和定子电阻等参数变化带来的扰动观测出来并加以补偿,提高了系统的抗干扰能力;通过非线性状态误差反馈律实现了"小误差大增益,大误差小增益"的非线性控制,提高了控制精度。仿真结果表明,该系统具有响应快、无超调、稳态精度高的特点,对负载、转动惯量和定子电阻的变化具有很强的鲁棒性。     

含位置给定轨迹优化的位置伺服复合控制系统研究

位置动态响应速度快和响应无超调是目前高性能位置伺服系统的两个重要指标。单纯的比例或比例微分位置调节器无法同时满足这两个要求,所以提出了一种新型定位复合控制策略。首先为保证运动过程柔滑无冲击而设定速度余弦函数曲线给定,从而根据平滑变化的速度给定对位置给定信号进行轨迹优化,避免了加速度突变带来的冲击。系统控制结构上提出在前馈控制的基础上引入位置伪微分负反馈控制环节,该环节增加了系统阻尼,减少位置超调量,同时结合前馈控制保证了位置快速跟踪性能。由于采用了伪微分结构代替位置微分运算,避免了微分带来的量化噪声干扰,进一步提升了系统跟踪性能。最后给出了结构参数的取值范围。仿真和试验结果验证了该控制策略的可行性和有效性。     

快速定位伺服系统的控制器设计

提出一个用于实现快速和准确的伺服定位的控制方案.此控制方案是在近似时间最优控制(PTOC)的框架中嵌入了一种复合非线性反馈(CNF)控制律,并引入一个扩展状态观测器(ESO).其中,CNF控制律包含线性和非线性反馈两部分,分别实现快速的响应和抑制超调,从而提高短距离定位时的瞬态性能;而PTOC控制律则用于在定位误差较大的时候进行最大的加速和减速;通过ESO对伺服系统中的未知速度和扰动进行估计及补偿,以消除稳态误差.针对双积分模型的伺服系统,设计了一个参数化控制器,并用于球杆系统的定位控制.实验结果表明控制系统可以实现对目标位置的快速和准确的定位,并具有较强的性能鲁棒性.     

链式静止同步补偿器电流控制策略

在链式静止同步补偿器(static synchronous compen-sator,STATCOM)小信号交流模型的基础上,提出简化的STATCOM电流控制闭环系统;分别对典型Ⅰ型、典型Ⅱ型控制系统的电流调节器进行参数优化及比较,分析表明,对于电流阶跃响应,系统处于线性控制状态时超调量相对百分比不变,处于限幅非线性状态时超调量绝对值不变;采用比例调节器的典型I型系统稳态精度稍差,但动态控制精度较高,适合用于链式STATCOM工程装置;在a-b-c坐标系下仿真表明,应用优化设计的典型Ⅰ型系统控制参数,链式STATCOM输出电流可以快速跟踪参考值变化,具有良好的稳定性和跟踪精度。     

永磁交流伺服系统中速度环的优化设计

针对永磁交流伺服系统中速度环的设计,分析了采用传统PI调节器的不足之处,进而引出变结构思想以提高伺服系统的快速响应能力。该方法虽能保证系统的快速响应,但速度超调不可避免,为此引入了微分负反馈,以提高抑制超调量的性能。但微分负反馈的引入会影响伺服系统的制动效果,使电机出现"爬行"现象。利用变结构与微分负反馈结合的方法可避免"爬行"现象的发生。仿真和实验均证明,采用带微分负反馈的变结构PI调节器,可使系统既有较快的响应速度,又能明显地抑制伺服系统的速度超调,还能解决电机制动时的"爬行"问题。     

基于鲁棒非线性控制的无刷直流电机调速系统

设计了一种基于鲁棒非线性控制的无刷直流电机速度伺服系统。控制律中包含线性反馈、非线性反馈和扰动补偿三部分,分别实现快速响应、抑制超调和消除稳态误差的功能,采用一个降阶观测器对系统的不可量测状态和未知常值扰动进行估计。通过Matlab/Simulink进行仿真研究,结果表明所设计的控制系统可以对目标转速进行快速平稳和准确的跟踪,且对负载扰动和系统参数差异具有较好的性能鲁棒性。     

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。     

永磁交流伺服系统速度控制器优化设计方法

针对永磁同步电机数字控制系统中,电机转速动态过程中出现的由于通常采用PI控制器串联校正来设计速度环而导致的超调和振荡问题,提出了一种速度控制器优化设计方法.在分析了永磁交流伺服系统速度环数学模型的基础上,调整了速度控制器中比例增益的作用位置,构成IP控制器局部反馈校正来设计速度环.根据稳定性和跟随性要求,选取转速偏差指标函数,优化控制器参数设计,同时在控制器设计中增加了anti - windup策略.所设计的控制器,可以获得电机转速的无超调、无振荡快速响应,并具有较强的抗扰动能力.仿真和实验结果验证了设计方法的有效性和可行性.     

三电平直流变换器混杂系统建模与控制

建立了三电平直流变换器的混杂自动机模型,并提出了相应的闭环控制算法,算法核心是使系统进入周期循环稳定的工作中并对输出电压进行调节,能够同时满足电感电流连续模式和不连续模式,具有宽负载范围。将输出电压稳压调节问题转化为离散状态转换条件选择问题,推导了离散状态转换条件。使用Matlab/Simulink中的状态流程图实现了基于混杂自动机的三电平直流变换器控制系统,并进行了详细的仿真以检验闭环控制算法的正确性。仿真结果表明,三电平直流变换器在4种工作模式下稳态性能均良好,模式切换过程中动态响应快超调小。