基于MPC的无传感器永磁同步电机NFTSMC仿真研究

为了提高注塑机中永磁同步电机控制系统的运行可靠性,优化永磁同步电机的调速系统动态性能,提出了一种基于模型预测电流控制的无速度传感器永磁同步电机非奇异快速终端滑模控制策略.以模型预测电流控制作为电流控制内环,取代传统的PI调节器,能够有效地抑制电流纹波,提高电流的动态跟踪性能.根据非奇异终端滑模的设计原理,构造外环速度控制器,从而生成期望的q轴电流,提高了系统的稳定性.设计无速度传感器对电机运行转速进行在线辨识,实现对转速和转子位置准确地估计.并与传统的PI调节器进行对比,仿真与实验结果表明该控制策略具有较高的可靠性和快速性.     

高性能永磁同步电机位置伺服系统建模与仿真

永磁同步电动机由于其优越的性能而广泛应用于精确的伺服控制系统中,但其绕组相电流和转速具有强耦合性,而且永磁同步电机的模型的不确定性影响了控制器的精度.文中首先建立了基于PID控制器的交流伺服系统,在此基础上又提出了一种基于自抗扰控制器的高性能永磁同步电动机位置控制器,并建立了基于该控制器的永磁同步电动机伺服系统仿真模型.仿真实验证明,与基于PID控制器的交流伺服系统相比较,基于自抗扰控制器的交流伺服系统的优越的跟踪性能和抗扰性能.     

基于统一PCHD 建模的永磁同步电机无源控制

针对表面式永磁同步电机( SPMSM) 驱动系统的非线性特点,着眼于调速系统的 高性能要求,基于互联和阻尼配置的能量成形方法和端口受控耗散哈密顿( PCHD) 系统原理, 研究了SPMSM 系统的统一PCHD 建模和速度控制问题。首先,从能量平衡的观点,建立了逆 变器、考虑铁损的SPMSM、机械负载一体的不确定系统统一PCHD 数学模型,然后在此基础 上,设计了SPMSM 驱动系统的无源控制器,逆变器非线性扰动由扩张状态观测器进行补偿, 最后利用自抗扰控制设计了速度调节器得到q 轴期望的电流,所得控制器更加简单和容易实 现。仿真结果表明,所提方法实现了全局稳定性控制、鲁棒性强; 调速系统具有优良的动、静 态性能。     

Extended state observer‑based pressure control for pneumatic actuator servo systems

A pneumatic actuator is a fast and economical tool that converts compressed air into mechanical motion. In this paper, an extended state observer (ESO)-based sliding mode controller (SMC) is developed to adjust the air pressure of the actuator for accurate position control. Specifcally, an impedance control module is established to produce desired air pressure based on the relationship between forces and desired positions. Then, the ESO-based SMC is implemented to adjust the air pressure to the required level despite the presence of system uncertainties and disturbances. As a result, the position of the actuator is controlled to a setpoint through the regulation of pressure. The performance of ESO-based SMC is compared with that of a classic active disturbance rejection controller (ADRC) and a SMC. Simulation results demonstrate that the ESO-based SMC shows comparable performance to ADRC in terms of precise pressure control. In addition, it requires the least control efort necessary to excite valves among the three controllers. The stability of ESO-based SMC is theoretically justifed through Lyapunov approach.     

基于优化模型补偿自抗扰的伺服控制方法研究

在永磁同步电机(PMSM)自抗扰控制器(ADRC)系统中,扩张状态观测器(ESO)在扰动较多且幅值变化大时难以保证估计精度,而普通的模型补偿自抗扰控制器的性能又受到参数辨识精度和辨识算法复杂度的限制.针对该问题,提出一种伺服系统优化的模型补偿自抗扰控制方法.以交轴电流和实际转速作为线性扩张状态观测器(LESO)输入,采用二阶LESO对系统总扰动进行观测,将此观测值作为补偿模型补偿到速度环ADRC的ESO中,并在控制量的扰动补偿项中去除该补偿模型,实现模型补偿的目的.仿真和实验结果表明,该方法显著降低了ADRC中ESO要估计量的变化幅度,提高了扰动估计精度,同时不需要进行额外的参数辨识,可实时在线获取补偿模型,具有较好的动态特性与抗扰动能力.     

Design of uncertain multi-input systems with state delay and input deadzone nonlinearity via sliding mode control

The problem of robust stabilization of a class of uncertain multi-input time-delayed systems with deadzone nonlinearity in the actuator is considered. To achieve a stable uncertain multi-input system, sliding mode control (SMC) is adopted in the controller design. The proposed controller guarantees the global reaching condition of the sliding mode in the uncertain multi-input system. In the sliding mode, the investigated time-delayed systems with deadzone nonlinearity still possess the insensitivity to the uncertainties and/or disturbances, which can be seen in the systems with linear inputs. In addition, the proposed controller can work effectively for systems no matter whether sector nonlinearity and/or deadzone exists in the actuator or not. However, such property cannot be obtained by the controller design through traditional SMC for the systems without input nonlinearity. Besides, the traditional SMC controller might produce limit cycles once the system contains deadzone in the input. Furthermore, the presented controller ensures the system trajectories globally exponentially converged in the sliding mode. Finally, two examples are illustrated to demonstrate the effectiveness of the proposed sliding mode controller.     

具有死区补偿的自抗扰控制下PMSM转矩脉动抑制方法

空间矢量脉宽调制死区效应对永磁同步电机(PMSM) 的调速控制系统及转矩脉动有一定影响, 为了削弱其不利作用, 在永磁同步电机矢量控制基础上, 提出一种新型的具有死区补偿的自抗扰PMSM控制方案, 针对传统自抗扰控制策略下电机转矩脉动较大的缺陷, 在原有的自抗扰控制策略中加入死区补偿. 仿真及实验结果表明, 具有死区补偿的自抗扰PMSM驱动系统, 谐波含量明显减少, 速度驱动系统更加平稳, 有效抑制了转矩脉动.

     

基于自抗扰控制的伺服系统摩擦补偿研究

伺服系统中由于摩擦的非线性和不确定性,严重影响了系统的控制性能。为抑制摩擦对系统性能的影响,设计了一个线性的自抗扰控制器进行摩擦补偿控制。该控制器无需任何系统的模型信息,可将摩擦作为扰动实时估计,并加以补偿。算法简单,鲁棒性强,易于工程实现。对某炮控伺服系统的仿真结果表明,该算法是有效的。     

非匹配不确定系统的滑模控制及在电机控制中的应用

针对具有匹配与非匹配不确定的非线性系统,设计基于干扰观测器和多幂次趋近律的滑模控制策略.首先,通过干扰观测器估计系统的不确定,实现估计误差在有限时间内收敛;其次,基于积分型滑模面,并结合多幂次趋近律,设计了连续滑模控制律,避免了传统滑模的抖振问题.与基于单幂次和双幂次趋近律的滑模控制策略相比,所设计的基于多幂次趋近律的控制策略,提高了系统的收敛速度.最后,通过数值仿真和永磁同步电机控制仿真验证了所设计的控制策略的有效性.     

基于RENN 的柔性关节机械臂自适应动态面控制

针对面贴式永磁同步电机驱动的柔性关节机械臂动力学模型具有非线性、不确定性和未知外部扰动等特点,提出一种自适应动态面控制方法来实现其关节轨迹跟踪控制．控制律由动态面技术得到,降低了反推控制器的复杂性．模型不确定因素由递归Elman神经网络在线补偿,神经网络权值自适应律通过Lyapunov稳定性分析推导得到．仿真研究表明,该方法对于载荷不确定和外界扰动具有较强的鲁棒性,与传统动态面法相比,大大提高了柔性关节的位置跟踪精度．     

基于自抗扰速度调节器的矩阵变换器驱动 永磁同步电机直接转矩控制

针对永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor,PMSM）系统,采用矩阵变换器（matrix converter,MC）驱动方式,提出了基于自抗扰技术（active disturbance rejection control,ADRC）的直接转矩控制（direct torque control,DTC）策略．用MC替换常规交—直—交变换器,以提高系统输入侧功率因数（power factor,PF）;用ADRC替换常规电机调速系统中的PI速度调节器,以提高系统的鲁棒性．首先,建立MC驱动PMSM系统的数学模型,并给出ADRC速度调节器和MC驱动PMSM的DTC设计思路和方法．基于ADRC的DTC策略能够使MC驱动的PMSM系统稳定运行,具有较好的转速和转矩控制效果,且输入侧PF能够达到1．然后,将其与基于PI的DTC策略相比较,该策略具有更强的抗负载干扰能力和跟踪给定转速变化的能力．最后,通过仿真实验验证该方法的正确性和有效性.     

基于EKF和SMC的永磁同步电机无传感器矢量控制

采用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法估计永磁同步电机(PMSM)转速和转子位置,构成转速、电流双闭环的无传感器矢量控制系统.针对扩展卡尔曼滤波为有偏估计、对模型误差鲁棒性差等问题,提出了基于指数趋近律的滑模转速控制器.为提高转速环抗负载转矩扰动能力,设计负载转矩观测器并将观测结果引入到电流控制器的输入端,作为速度控制器前馈补偿的控制输入.仿真实验结果表明,与传统采用PI(proportional-integral)转速控制器的系统相比,文中所提控制策略具有转速跟踪误差小、响应快、无超调、抗负载扰动能力强等优点.     

基于改进ADRC的PMSM无位置传感器转速控制

永磁同步电机(PMSM)是一个非线性、多变量、强耦合系统,具有不确定的外部干扰。为了提高对其转速控制精度,采用改进自抗扰控制代替传统自抗扰控制(ADRC)。通过插值法构建一个新的函数来代替ADRC中原有的最优控制函数,并用线性误差反馈控制率代替非线性误差反馈控制率(NLSEF)以此来降低调参难度。同时建立基于脉振高频注入法和滑模观测器法的位置辨识系统,以满足PMSM转子位置的辨识精度要求。仿真结果表明,改进ADRC能够在无位置传感器控制方法中取得较好的控制效果,转子位置估计的误差小于0.002rad,转速估计误差小于0.02rad/min,转速超调量小于4%,最大振荡不超过60rad/min,与传统ADRC控制器相比系统抗扰动性更强,电机位置和速度辨识效果也更优。 关键词：自抗扰控制;无位置传感器;永磁同步电机     

永磁同步电机高效非线性模型预测控制

永磁电机控制器要求电机有很强的转速跟踪能力,并且要保证系统参数变化及负荷扰动下系统的鲁棒性. 永磁电机包含很多不确定因素,是强耦合的非线性系统,传统的线性控制器很难对其进行控制. 针对永磁电机的转速控制构造非线性模型预测控制方法. 非线性永磁电机模型通过输入-输出反馈线性化策略解耦成为新的线性系统. 为保证可行解的收敛性,提出一种迭代二次规划方法来处理由输入-输出反馈线性化导致的非线性约束. 仿真结果表明,控制器能有效降低计算负担,具有很好的动态控制性能,能抑制转矩脉动,并保证在参数变化和负荷扰动下控制系统的鲁棒性.     

Adaptive fuzzy robust control of PMSM with smooth inverse based dead-zone compensation

It is a challenging work to design high precision/high performance motion controller for permanent magnet synchronous motor (PMSM) due to some difficulties, such as varying operating conditions, parametric uncertainties and external disturbances. In order to improve tracking control performance of PMSM, this paper proposes an adaptive fuzzy robust control (AFRC) algorithm with smooth inverse based dead-zone compensation. Instead of nonsmooth dead-zone inverse which would cause the possible control signal chattering phenomenon, a new smooth dead-zone inverse is proposed for non-symmetric dead-zone compensation in PMSM system. AFRC controller is synthesized by combining backstepping technique and small gain theorem. Discontinuous projectionbased parameter adaptive law is used to estimate unknown system parameters. The Takagi-Sugeno fuzzy logic systems are employed to approximate the unstructured dynamics. Robust control law ensures the robustness of closed loop control system. The proposed AFRC algorithm with smooth inverse based dead-zone compensation is verified on a practical PMSM control system. The comparative experimental results indicate that the smooth inverse for non-symmetric dead-zone nonlinearity can effectively avoid the chattering phenomenon which would be caused by nonsmooth dead-zone inverse, and the proposed control strategy can improve the PMSM output tracking performance.     

高阶不确定系统的线性串级自抗扰控制

自抗扰控制是我国著名学者韩京清原创的先进控制技术,本文针对自抗扰控制(ADRC)在高阶系统应用中控制器设计和参数整定问题,提出了串级自抗扰控制(CADRC). CADRC把高阶被控对象分解为含确定性部分和含总扰动的低阶部分的串联组合,采用由内环和外环组成的串级控制系统来完成控制.该CADRC方案的内环采用内模控制,外环采用经典ADRC.外环ADRC的被控对象是一个等效的低阶系统,可以采用带宽法进行整定,而内环的内模控制采用高阶低通滤波器进行回路成形设计和参数整定.仿真研究表明,所提出的方法是有效的,具有良好的工程应用前景.     

级联式滑模观测器的永磁同步电机鲁棒滑模控制

提出了一种基于无速度传感器运行的永磁同步电机非线性控制方法。针对电机速度和位置观测,设计了一种新颖的级联式滑模观测器,解决了传统滑模观测采用低通滤波器的相位延迟问题。前级电流滑模观测器得到反电动势,后级反电动势滑模观测器获取转速和位置信息,利用李亚普诺夫理论进行了稳定性分析。针对速度控制,提出了带扩张状态观测器的滑模速度控制器取代PI调节器,提高了系统的鲁棒性。在滑模观测和控制中均利用双曲正切函数取代符号函数,削弱了系统抖振。将上述方法应用到永磁同步电机矢量控制系统中,通过仿真验证方法的有效性。     

基于模糊PI的永磁同步电机矢量控制

针对永磁同步电机矢量控制系统中,传统PID控制器对永磁同步电机控制性能效率不高以及对工作环境变化的适应性能不良等问题,首先,在两相旋转坐标系下采取双轴理论建立永磁同步电机数学模型;接着,采用模糊控制理论对永磁同步电机矢量控制系统中转速环传统的普通PID控制器进行改进研究,深入地从理论层次研究分析建立得到模糊PI控制器。在Matlab/Simulink环境下建立基于模糊PI控制器的永磁同步电机矢量控制系统仿真模型,并且将建立得到的模糊PI控制器引入永磁同步电机矢量控制系统进行仿真实验。实验结果表明,模糊PI控制器相对于传统的PID控制器具有更加优越的动态性能和稳态性能。     

无位置传感器的永磁同步电动机反演控制

设计了一种基于无位置传感器的永磁同步电动机(PMSM)反演控制器.该控制器包括基于定子电流检测的速度观测器与反演速度控制器.速度观测器代替位置传感器实现转速的在线估计;反演控制器的设计确保速度控制系统具有快速的转速跟踪与转矩响应.通过设计全局Lyapunov函数保证了控制系统的稳定性.仿真和试验结果表明:基于速度观测器...     

凹印机多色套准系统自抗扰解耦控制

针对凹版印刷机对套准控制高精度和高稳定性的要求,提出了一种利用自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)技术设计多色套准系统解耦控制器的方法.首先,根据无轴传动模式下多色套准系统的工作机理,建立了多色套准系统的非线性耦合数学模型,并根据ADRC解耦规则推导了套准系统的解耦模型,得到了套准系统的阶数和静态解耦模型.其次,在套准系统阶数和静态解耦模型的基础上,利用ADRC策略对套准系统解耦控制器进行了设计.最后,仿真结果表明,所设计的ADRC解耦控制器能够很好地对各种系统干扰进行补偿,实现了多色套准系统的高精度控制,具有比PID控制器更好的控制性能.