一种抑制永磁同步电机转速脉动的方法

在永磁同步电机驱动的单转子压缩机变频空调系统中,脉动并呈周期性的负载转矩使得永磁同步电机的转速也产生同周期的脉动.在低速运行时,速度脉动引起的整个系统框架的振动、高噪声等现象尤其明显,同时降低了系统的效率.本文在分析这类周期性扰动对系统速率稳定度的影响的基础上,基于重复控制原理的动态补偿方法提出了在永磁同步电机速度控制环上采用一种重复控制和PI控制相结合的控制方案,以抑制周期性扰动引起的转速脉动.该方案在稳态时采用重复控制加PI控制以获得较好的稳态性能,在非周期扰动时采用PI控制以获得良好的动态响应.仿真和实验结果证明了该控制方案的可行性、正确性并具有很强的工程实用意义.     

高精确度伺服转台控制系统中的扰动力矩补偿

摩擦力矩和电机波动力矩是影响高精确度伺服转台控制系统位置跟踪精确度的主要因素。针对系统中摩擦力矩和电机波动力矩等扰动力矩补偿问题,提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。基于摩擦观测器提出一种PD前馈控制方法,对系统中的动态摩擦力矩进行了补偿,并利用Lyapunov稳定性理论对所提出的方法进行了系统稳定性分析。结合基于重复控制器的扰动观测器进一步提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。一方面,摩擦补偿方法可以对系统中的摩擦力矩进行补偿;另一方面,插入的重复控制器可以很好地抑制系统中的周期性波动力矩,而扰动观测器则用来补偿重复控制及摩擦补偿时给系统带来的不确定性。仿真结果证明了所提出的方法的有效性。     

重复控制算法在转台伺服系统中的应用

针对转台伺服系统中周期性波动力矩扰动抑制问题,利用重复控制算法能以十分简单的控制器形式高精确度地完成跟踪或抑制周期性参考信号或扰动信号的优点,提出了一种基于扰动观测器的鲁棒学习控制算法.给出了基于扰动观测器的转台伺服系统结构图,并将重复控算法引入到基于扰动观测器的扰动补偿策略中.L2稳定性定理证明该方法保证了闭环系统的稳定性和对期望信号的渐近跟踪;仿真结果也表明,该方法较传统方法既有效地抑制了系统周期性波动力矩,又提高了系统运动曲线的跟踪性能.     

采用复合控制的直流力矩电机摩擦补偿

针对陀螺漂移测试转台直流力矩电机系统中存在的非线性动态摩擦和负载扰动,为提高转台位置跟踪精确度,采用复合控制方法进行摩擦补偿研究.在转台直流电机系统中,电机模型采用简化的二阶线性直流电机模型,摩擦模型采用摩擦参数为非一致性变化的动态摩擦模型.补偿方法包含一个参数自适应律和CMAC神经网络,用于估计未知模型参数、辨识位置周期摩擦扰动并给与补偿.仿真结果表明,复合控制补偿方法保证了闭环系统全局稳定性和对期望位置信号的渐进跟踪,提高了转台位置跟踪精确度.     

基于重复控制的高精度转台齿槽力矩波动抑制方法

齿槽力矩波动是有槽无刷直流电机固有的特性,其对高精度测试转台的速率平稳性造成很大影响.针对齿槽力矩波动周期性的特点,基于内模原理,提出了一种改进型离散重复控制方法来抑制力矩波动,提高速率平稳性性能.仿真结果表明基于改进型离散重复控制的控制方法可有效抑制高精度转台控制系统的周期性齿槽力矩扰动.     

基于摩擦补偿的伺服转台自抗扰控制策略研究

摩擦非线性扰动是影响伺服跟踪系统控制性能的主要因素之一。为提高转台伺服系统的跟踪性能,提出了一种基于Elastoplastic摩擦模型的改进自抗扰控制方法。首先,建立了转台伺服系统的状态空间模型;其次,采用Elastoplastic摩擦模型描述系统中的非线性摩擦扰动,并用遗传算法辨识了模型参数;最后,基于辨识获得的Elastoplastic摩擦模型,将位置误差和速度误差作为不同的参数分别应用到扩张状态观测器,设计了一种改进型自抗扰控制器。未引入摩擦补偿时的速度跟踪误差平均值约为0.0024 rad/s,而加入补偿后的速度跟踪误差平均值减少为0.00147 rad/s。仿真和实验结果表明,本文提出的控制方案能够提高转台伺服系统的跟踪性能,验证了所提出控制方法的有效性和鲁棒性。     

扰动观测器和等价性

为了克服控制系统中摩擦等随机扰动的影响，研究了扰动信号模型，给出其随机游走的状态空间模型，设计了有限拍扰动观测器和状态反馈加积分控制两种扰动补偿方案对扰动进行了补偿。通过对这两种方案的对比，证明了二者的等价性。仿真结果表明了这两种方案均能够实现一拍补偿。如果使二者的特征方程也相等，则这两个等价系统的扰动响应也完全相同，但从实际控制系统考虑，由于控制输入信号受限，用扰动观测器进行扰动补偿的效果更佳。以球一杆控制系统为例，给出了以上两种方案的设计过程，并进行了实验验证。     

一种基于转矩扰动观测器+重复控制的船舶永磁同步电机矢量控制技术

船舶永磁同步电机(PMSM)在海洋复杂环境下运行时,容易受到转矩扰动,严重影响电机的控制性能,这一问题在PMSM中低速运行时更为明显。针对这一问题,提出一种基于转矩扰动观测器+重复控制的PMSM矢量控制方案。设计了一个基于转子位置的转矩扰动观测器,用于估测PMSM扰动转矩,并在此基础上结合重复控制的思想,周期性地补偿并缩小由扰动转矩而产生的误差。通过MATLAB/Simulink仿真和试验,验证了该方案具有较强的抗转矩扰动能力和较好的调速性能。     

基于双环控制和重复控制的逆变器研究

研究了一种基于双环控制和重复控制的逆变器控制技术，该方案在电流环和瞬时电压环之外附加了一个重复控制环：在实现输出电压解耦和扰动电流补偿后，根据无差拍原理设计的双环控制器使逆变器达到了很快的动态响应速度；位于外层的重复控制器则提高了稳态精度。该方案在一台基于DSP TMS320F240控制系统的PWM逆变器上得到验证。     

逆变器数字多环控制技术研究

本文提出了一种逆变器数字多环控制技术,该方案在电流环和瞬时电压环之外附加了一个重复控制环。在实现输出电压解耦和扰动电流补偿后,根据无差拍原理设计的电流环和瞬时电压环控制器极大地改善了逆变器的动态性能,位于外层的重复控制器则提高了稳态精度。该方案在一台基于DSPTMS320F240控制系统的PWM逆变器上得到验证。     

Reliable nonfragile tracking control for switched systems with external disturbances

With the assistance of reliable control technique, the nonfragile tracking problem has been proposed in this paper for a class of switched systems with external disturbances under the aegis of modified repetitive controller. Notably, the designed repetitive controller is used to improve the tracking performance of the addressed switched systems. Preciously, the influence of external disturbances are estimated through the improved equivalent-input-disturbance strategy, wherein the effect caused by the external disturbances to the output channel are reduced by the aid of modified repetitive control strategy. The fundamental intention of this control synthesis is that the output of the system precisely tracks the reference signal even in the presence of external disturbances and gain fluctuations. For that cause, Lyapunov stability technique in conjunction with average dwell time approach is implemented to obtain adequate conditions in the shape of linear matrix inequalities which insists the exponential stability for the addressed system. Ultimately, the efficiency and supremacy of the proposed control schemes are justified via two numerical examples, wherein it is exposed to view that the developed control strategy is capable of good tracking performance and also estimates the external disturbances efficiently.     

不平衡工况下链式D-STATCOM的控制策略

对工作在不平衡条件下的星型连接的链式D-STATCOM提出一种控制策略。通过等效变换,考虑未知干扰和参数摄动,建立abc坐标系下精确的数学模型。一种无源性控制与重复控制相结合鲁棒L2增益性能的新方法用于实现电流控制,重复控制用于补偿周期性干扰,无源控制用来保证重复控制的收敛性和对控制目标的跟踪,同时也补偿非周期干扰对系统的影响。直流电压控制由三层组成,第一层通过注入正序有功电流,第二层通过注入零序电压,第三层基于H桥单元之间有功能量的交换。控制策略的有效性通过仿真和在10 k V,±5 MVar的链式D-STATCOM装置工程测试所验证。     

Demonstration of the internal model principle by digital repetitive control of an educational laboratory plant

A key topic in classical control theory is the Internal Model Principle (IMP). A particular case of the IMP for tracking periodic references or attenuating periodic disturbances in closed-loop control systems is a technique called repetitive control. This work proposes and describes an educational laboratory plant to show the students the advantages of repetitive controllers in systems with periodic references or disturbances. The plant has been designed to be low cost, easy to build, and subject to periodic disturbances with a clear physical explanation. More specifically, it consists of a pulsewidth modulation (PWM) electronic amplifier, a small dc motor, and a magnetic setup that generates a periodic load torque under constant mechanical speed operation. The control objective for the closed-loop control system is to regulate the mechanical speed to a constant value in spite of the periodic load torque disturbance. In order to accomplish this performance specification, a detailed design of a digital repetitive controller is presented, and some basic experimental results are provided to prove its good behavior. The paper also includes some repetitive control concepts and facts that teaching experience shows as essential to understand the design process.     

一种快速重复控制策略在APF中的实现和分析

重复控制和谐振控制在并网电压源型逆变器中应用广泛,本文介绍了一种在APF中使用的新型重复控制策略,它的重复周期只有传统重复控制的一半,可以消除所有的奇次谐波。相比传统的重复控制,本文所提的控制策略具有更快的响应速度和更小的稳态误差;相比传统的谐振控制,它更容易由数字处理器实现。理论分析、仿真和实验结果都证明了这种快速重复控制的有效性和优越性。     

单相有源电力滤波器L2增益重复控制新方法

提出一种适合于单相有源电力滤波器的L2增益重复控制新方法。这种方法在所建立的考虑干扰和参数摄动影响的单相有源电力滤波器端口受控哈密顿系统平均化模型基础上，首先通过对误差系统方程的等价变换，将参数摄动的影响转化为周期干扰的一部分；而后设计L2增益重复控制方法，利用重复控制对周期干扰进行补偿，利用L2增益控制确保重复控制的收敛性和对控制目标的渐近跟踪，并抑制非周期干扰对控制效果的影响；此外，该方法还采用在大电容情形下忽略波动量影响的方式克服了准确在线计算直流电容参考电压波动量的困难。仿真实验中通过与采用传统PI控制策略和L2增益控制方法时的结果进行对比，验证该文所提出方法的正确性和有效性。     

并联有源电力滤波器典型重复控制策略的分析与改进

目前并联有源电力滤波器采用的典型重复控制通常由PI控制与重复控制并联构成,存在中频段开环增益不足的缺点,且PI控制器同时存在于前向通道与反馈通道中,动态补偿效果不佳。提出了改进的重复控制策略,利用PI控制构成电流内环,对控制对象的中低频段特性进行校正,提高控制系统鲁棒性。利用前向通道中的重复控制器提供对谐波信号的高增益,提高了有源电力滤波器的中频段带宽。同时利用参考电流信号前馈至PI控制电流内环,充分保证控制系统的动态性能。仿真和实验结果验证了所提出控制策略的正确性和有效性。     

基于迭代滑模和扰动观测器的永磁同步电机转速控制

为了提高永磁同步电机（PMSM）控制系统的转速跟踪精度和鲁棒性,抑制其周期性转矩脉动,提出了一种基于积分滑模控制和迭代学习方法的PMSM单环控制策略。控制器采用单环滑模控制策略替代了传统的转速-电流级联控制,简化了控制系统的结构,提高了系统动态响应,通过引入迭代学习控制有效抑制了因电流谐波而导致的转矩脉动,提高了转速稳态控制精度。此外,针对系统存在的外部负载扰动、模型和参数不确定性等,设计了双重扰动观测器估计系统扰动量,提高了系统的鲁棒性。最后,针对所提复合控制策略进行了试验验证。试验结果表明,所提出的控制方法具有良好的动态性能、抗干扰能力和稳态控制精度。     

无刷直流电机的指数趋近律滑模变结构控制

为了提高无刷直流电机(BLDCM)控制的抗负载扰动和快速响应能力,利用滑模变结构原理设计了一种指数趋近律的滑模变结构控制策略,并对该控制策略的可行性进行理论分析。通过设计BLDCM控制系统的速度环节,使控制性能得到很大改善。仿真试验表明,该控制策略具有响应速度快、无超调、抗负载扰动能力强等优点,提高了BLDCM的鲁棒性,从而验证了指数趋近律的滑模变结构控制策略的有效性。     

永磁直线同步电机伺服系统的分段变论域模糊迭代学习控制

针对执行重复任务的永磁直线同步电机(PMLSM)在迭代学习过程中易受负载扰动、参数变化等非重复性扰动的影响而难以实现高性能跟踪控制的问题,提出了一种迭代学习控制(ILC)与变论域模糊控制相结合的分段变论域模糊ILC方法。在误差较大的时间段,采用变论域模糊控制实时地改变ILC的学习增益,并智能地调整模糊控制的论域,抑制不确定性因素对系统的影响,提高控制精度;在误差较小的时间段,采用PD型ILC,使学习增益稳定,进一步减小位置误差。实验结果表明,该控制方法可以有效地加快收敛速度,提高位置跟踪精度,并增强系统的鲁棒性。