基于状态观测器的直流伺服系统摩擦补偿

针对直流伺服系统中非线性摩擦干扰问题,提出了一种基于状态观测器的滑模变结构控制补偿方法,并给出了稳定性证明.对动态摩擦模型中的不可测状态变量设计了一闭环状态观测器,对动态摩擦力矩进行实时估计.在此基础上,对滑模变结构控制器增益通过RBF(Radial Basis Function)网络进行自适应控制,削弱系统抖振.仿真结果表明滑模-RBF网络控制可对非线性摩擦干扰进行有效的补偿,系统的动态、静态性能得到改善.     

白噪声干扰下电动舵机等效滑模跟踪控制器设计

深入研究了电动舵机在实际工作中的高斯白噪声干扰问题,将强跟踪滤波器理论和等效滑模跟踪控制技术结合起来,提出了一种基于强跟踪滤波器的等效滑模跟踪控制器,给出了控制器的设计方法,分析了系统的稳定性.仿真结果表明采用该跟踪控制器可以有效地消除高斯白噪声的影响,提高电动舵机的跟踪性能.     

磁悬浮反作用飞轮电机滑模变结构控制

针对反作用飞轮大惯量、受多种干扰力矩综合作用的特点和采用传统控制方法很难满足其动态品质和扰动抑制能力要求的问题,对卫星高精度姿态控制系统中的磁悬浮反作用飞轮电机进行系统分析与建模,并依据变结构控制理论提出一种双滑模面变结构控制方法,控制器的设计满足以李导数形式表达的到达条件.仿真结果表明:与经典PID控制器相比双滑模面变结构控制器具有超调量、稳态误差小,响应速度快、扰动抑制能力强的优点;与单滑模面变结构控制器相比双滑模面变结构控制器有效的抑制了滑模抖振,减小了系统的超条量和稳态误差.双滑模面变结构控制提高了磁悬浮反作用飞轮电机的动态性能和控制系统的抗干扰能力,对于实现卫星高精度、高稳定度控制具有重要意义.     

高精确度速率转台伺服控制系统波动力矩的抑制

针对高精确度速率转台调试中存在的波动力矩干扰问题,在分析了干扰产生机理的基础上,通过实验测试确定了波动力矩的频率成分,并给出了具体的数学表达式.采用重复控制方法,分析了系统的稳定条件,设计重复控制器,实现对此类波动力矩的有效抑制.实验测试结果表明,设计的重复控制器能够克服周期性的波动力矩干扰,速率稳定性能优于常规的控制器.     

基于观测器的风力发电系统滑模变结构控制

为了改进风力发电系统浆距角的控制性能,文中采用带观测器的滑模控制理论设计出了一种新型滑模控制器.该控制首先建立系统的数学模型,然后设计了常规滑模变结构控制器.为了减小控制抖振,设计基于观测器的滑模控制器,该控制包含两个观测器,其中一个用于估计风速波动信号的干扰,另一个用于观测当风速波动时引起的风轮转子转速波动干扰.该控制器与传统滑模控制器相比,不仅减小了系统的控制抖振,还使风力机在高于额定风速阶段的桨距角控制更具有稳定性能.最后通过仿真研究,证明了该设计方案的合理性和控制器的鲁棒性.     

基于比例谐振控制的被动式力矩伺服系统

当被动式力矩伺服系统动态加载时,由于承载系统的主动运动,轴上输出的负载力矩中含有较大的干扰力矩,降低了被动式力矩伺服系统的加载性能。为了提升加载精度和加载频宽,提出基于比例谐振的控制方法。通过构建相应频率的比例谐振控制器,实现对期望正弦转矩信号无静差跟踪及有效抑制干扰力矩;提出了单位比例谐振控制器的结构,结合根轨迹及频域设计方法实现了单频率和多频率谐振控制器稳定性参数设计;加入承载系统速度前馈控制,降低加载起始阶段干扰力矩对整个系统及转矩传感器的瞬时冲击。仿真及实验结果验证了所提方法能够在有扰加载条件下,实现对20 Hz单频率正弦力矩的无静差加载及周期负载力矩的高精度跟踪。     

电动式位置扰动型力矩伺服系统的单神经元自适应PID控制

在位置扰动型力矩伺服系统中，由于受力对象的运动给系统带来很大的位置干扰，给系统的校正和优化带来了困难，位置扰动型力矩伺服系统设计的主要任务就是消除它的多余力矩。本文建立了电动式位置扰动型力矩伺服系统的数学模型，并提出了一种新的控制方法：采用单神经元自适应PID控制来抑制多余力矩和提高系统的控制性能。仿真结果表明这种控制方法有效地抑制了多余力矩的干扰，提高了系统的鲁棒性和跟踪性能。     

自校正PID方法在水轮发电机调速系统中的应用

建立了水轮发电机调速系统的CARMA模型 ,给出了模型参数的在线辨识方法 ,设计了调速系统的极点配置自校正PID控制器。仿真研究表明 ,这种控制方法能够有效地克服系统时变、非线性及干扰对控制性能的影响 ,使调速系统的动态性能及鲁棒性都得到明显地改善。     

多输入离散时间系统滑模预测控制

研究多输入不确定离散时间系统的滑模控制器设计问题。提出一种新的设计思路,利用极点配置方法设计理想滑模面,并以系统名义模型作为滑模预测模型,将预测控制中滚动优化、反馈校正的思想引入离散准滑模控制器的设计。理论分析和仿真结果表明,本文方法可较好地消除抖振现象,并能够保证闭环系统的鲁棒稳定性。     

带干扰补偿的转台模糊滑模控制

针对包含摩擦力矩、建模误差等不确定性的转台系统,提出一种带干扰补偿的模糊积分滑模控制策略。首先设计非线性干扰观测器对系统中的复合干扰进行估计,并利用非线性干扰观测器的估计值对系统进行补偿;其次设计具有积分项的滑模切换函数,积分项的引入提高了系统的静态性能,并将切换函数作为输入设计了单输入模糊控制器,有效减少了模糊规则的数量。仿真结果表明,此控制策略提高了系统的控制性能和抗干扰性,同时有效削弱了滑模控制引起的系统"抖振"。     

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。     

基于快速等效电纳计算的静止无功补偿器复合控制方法

提出了一种静止无功补偿器(static var compensator,SVC)的不平衡补偿方法。针对不平衡情况下的功率补偿需求,提出了基于佛布迪(fryze-buchholz-depenbrock,FBD)算法的等效电纳检测方法,有效减小了系统的计算量;为了提高SVC的补偿性能,提出了一种开环和闭环复合控制方法,并利用单纯形算法对控制参数进行动态调整,提高了系统的鲁棒性,大大提高了SVC的补偿精度和补偿性能,实现了三相系统的功率平衡。最后,仿真和实验验证了所提出方法的有效性和正确性。     

基于七阶EKF的永磁直线伺服系统变质量估计和扰动补偿

永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统易受摩擦力和推力波动等外部扰动的影响,为保证系统按照期望轨迹运动,需要对这些扰动进行补偿,而且系统质量信息的准确性对扰动补偿能力有很大影响。针对这一问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的变质量估计和扰动补偿方法。首先,建立与电机位置有关的扰动模型,作为扰动补偿器。然后,采用七阶EKF计算电机初始位置、估计质量的变化并反映到扰动补偿器中,同时通过自适应律整定扰动模型系数确保扰动模型与实际扰动保持同步,实现对系统的变质量估计和扰动补偿。实验结果证明了所提控制方案的有效性与可行性,明显提高了系统的位置跟踪性能和抗扰性能。     

具有谐振抑制功能的新型SVC拓扑设计及控制方法

提出一种新型静止无功补偿器的拓扑结构及相应的控制方法。为了提高装置的补偿性能,引入了重复控制。针对10kV电网系统的10MVA不控整流负载,设计了新型静止无功补偿系统。仿真结果表明:新型静止无功补偿器能有效抑制无源滤波器与电网发生的谐振,具有谐波补偿精度高、响应快的特点,适用于高压大容量无功功率和谐波补偿的场合。     

永磁同步电机转速伺服系统鲁棒控制器设计

利用基于信号补偿的鲁棒控制原理提出一种永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motors,PMSM)鲁棒转速伺服控制器设计方法。将d-q轴下的PMSM模型转换为标称模型与不确定项和的形式,将模型参数偏差、负载转矩变化等均作为扰动包含在不确定项中,并称之为等价扰动。针对所建立的模型设计控制器,包括标称控制器和鲁棒补偿器两部分：标称控制器中包含了参考模型的信息,指定了系统的转速跟踪特性;鲁棒补偿器通过对等价扰动进行补偿来抑制转速跟踪误差。该文证明了闭环控制系统中的状态都会收敛到一个有界区域,且该收敛域的大小可通过鲁棒控制器的参数进行设定。通过在实际永磁同步电动机伺服系统上进行实验,验证了所提出的方法的有效性。     

Model‐based feedforward compensation for disturbance during inching and reciprocating motions

This paper presents a feedforward compensation approach for nonlinear disturbances in ball‐screw‐driven table positioning systems. The compensator design is focused on minimizing the effects of nonlinear disturbances on positioning performance. This is achieved through the use of a mathematical model of precise micrometer disturbance characteristics produced by nonlinear spring behaviors during inching and reciprocating motions. Based on this model, feedforward disturbance compensation is applied in order to improve the disturbance suppression capability. The effectiveness of the proposed positioning control approach has been verified by experiments using a table drive system on a machine stand. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 174(3): 34–44, 2011; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21054     

基于频域分析的挠性卫星姿态高稳定度控制

在考虑外界干扰和挠性振动的影响下,针对卫星姿态的高稳定度控制需求提出了一种控制方案,并给出控制参数的整定方法。采用传统的PD控制结合干扰补偿器的控制方法完成姿态稳定任务。干扰补偿器的设计运用了鲁棒模型匹配的原理,并通过减小干扰输入到角速度输出的幅频响应以提高姿态控制的稳定度。分别给出了挠性影响化作广义干扰和未化作广义干扰时的传递函数模型,然后用频域分析的方法分析了引入干扰补偿器后系统的开环特性以及干扰抑制的性能,并证明了系统的鲁棒稳定性。仿真表明,所采用的姿态控制方法有效抑制了挠性振动,并提高了姿态控制的精确度与稳定度。方法设计简单,容易实现,适于工程应用。     

基于扰动观测和补偿的PMSM伺服系统位置跟踪控制

针对存在参数摄动和外部扰动力矩的PMSM伺服系统位置跟踪控制问题,提出一种基于扰动观测和补偿的滑模控制方法。采用扰动观测器估计系统参数摄动以及负载力矩,并在此基础上对等效扰动进行补偿,减小了模型不确定性对系统控制性能影响,系统的位置跟踪误差由0.85 rad减小到0.35 rad;在保证系统稳定性的前提下,去除了常规滑模控制中的不连续控制项,有效地减小了抖振。实验结果表明,与工程上常用的PID算法相比,基于扰动观测和补偿的滑模控制算法不仅能够显著提高PMSM伺服系统的位置跟踪精度,而且能有效地削弱抖振。     

一种用于逆变电源的新型重复控制器设计

针对重复控制器设计复杂,参数难设置的缺点,提出了一种全新的重复控制器设计思路。用零阶有限脉冲响应(Finite Impulse Response,简称FIR)数字低通滤波器来代替传统的重复控制补偿器,借助于数字信号处理(DSP)的理论和工具直接得到所需的控制器参数,从而设计出性能优良的控制器。新方法具有设计简便,参数精度高的优点。仿真和实验结果表明,该设计方法应用于逆变电源是可行的,它能有效地消除各次谐波干扰,获得较理想的电压、电流波形,具有明显的优势。     

基于模糊和预补偿的多电机控制系统的研究

针对传统固定增益补偿器同步精度低和补偿速度慢等缺点,提出一种模糊与预补偿函数同时作用的新型同步补偿器。同时,改变以往只针对同步补偿策略进行改进的局限性,采用提高跟踪控制器性能来改善同步性能的方法,设计了带有负载转矩反馈的滑模控制器。仿真实验表明,新型同步补偿器相对于固定增益补偿器具有更高的同步精度和更快的补偿速度;设计的带有负载转矩反馈的滑模控制器对整体系统的鲁棒性及同步精度都有较大改善。