三轴稳定卫星扫描镜伺服系统的谐振抑制

本文针对三轴稳定卫星中的扫描镜伺服系统在运行时产生的机械谐振现象,采用在反馈回路中加入加速度观测器的方法抑制此类机械谐振.首先针对大惯量扫描镜伺服系统的机械传动结构建立研究模型,通过数学推导和仿真分析谐振产生的原因及谐振对系统控制性能的影响;然后采用加速度观测器方法,将观测出的加速度反馈到伺服系统电流环的前端对谐振进行补偿,并分析了噪声对观测器性能的影响与限制;最后的仿真结果表明,相比于采用陷波滤波器抑制谐振的方法,采用加速度观测器能更为有效地抑制三轴稳定卫星中扫描镜伺服控制系统中的机械谐振,并提高系统的控制性能,且设计的观测器对噪声具有良好的鲁棒性.     

滑模观测器在大惯量扫描镜系统中抗谐振的应用

针对扫描镜伺服控制系统中柔性连接所导致的机械谐振问题, 本文提出一种结合电机加速度反馈以及负 载速度反馈的滑模观测器控制方法. 首先建立伺服系统柔性连接的数学模型并分析谐振对系统性能的影响; 然后 给出滑模观测器的设计过程; 随后将观测出的电机加速度以及负载速度反馈到伺服系统中进行补偿; 最后分析了 位置传感器对伺服系统控制性能的影响, 系统的鲁棒性, 并与相似被控条件下的其他控制方法进行了比较. 仿真结 果表明: 与未采用观测器时相比, 本文所提出的方法有效地抑制了基于柔性连接的伺服系统中的机械谐振问题, 提 高了系统的控制性能, 且具有较高的鲁棒性.     

基于负载转矩反馈的机械谐振抑制方法

柔性环节带来的机械谐振是制约伺服系统性能提升的一个关键问题。通过对伺服系统机械谐振的原理阐述,分析引起伺服系统机械谐振的两种原因。利用加速度反馈的方法可以等效增大电机惯量,从而抑制机械谐振。本文提出一种基于卡尔曼滤波器的惯量比可调负载转矩反馈方法,并通过确定最优惯量比进而计算得到负载转矩反馈系数。基于卡尔曼滤波器设计负载转矩观测器,再将观测到的负载转矩反馈到电流环给定中。通过matlab对观测器及负载转矩反馈抑制机械谐振效果进行仿真验证。     

QFT在高速线性电机直接驱动平面运动定位控制系统中的应用

研究定量反馈理论(QFT)在高速直线电机直接驱动平面运动定位系统控制中的应用问题.该系统采用三闭环(即电流,速度,位置)串级反馈控制加前馈补偿结构.基于8台不同机器上实际测得的频域特性,所设计的QFT高阶鲁棒控制器可以大大降低该系统在大加速度运动状态下所呈现的谐振不确定性.同时,该控制器对传感器噪声和干扰也具有较好的抑制能力.在最大加速度达到6.8g的给定运动轨迹条件下,通过在批量生产的打线机(用于半导体封装)平面运动定位系统的实验结果证实了该方法的有效性.     

大惯量扫描镜的滑模自抗扰控制

针对大惯量扫描镜伺服系统中因柔性连接所导致的机械谐振问题,本文提出一种非线性滑模自抗扰控制方法对机械谐振加以抑制.首先建立了伺服系统谐振数学模型,并分析了自抗扰控制抑制谐振的原理;然后建立了速度环滑模自抗扰控制器,并在计算机仿真软件中针对连续–离散混合模型进行仿真;最后在大惯量扫描镜机构上进行控制实验.仿真结果表明,采用滑模自抗扰控制后,机械谐振得到了抑制,系统的动态性能得到了提高,系统更接近于刚性连接系统.实验结果表明,扫描镜摆动过程中匀速段及反向加速段的机械谐振得到了有效抑制,位置跟踪精度得到了有效提高,达到了设计要求(<1′′).     

感应电机高阶终端滑模磁链观测器的研究

提出了基于高阶非奇异终端滑模的感应电机转子磁链观测方法,用于实现感应电机的按转子磁链定向控制. 设计了非奇异终端滑模面及观测器的控制策略,利用所设计的控制策略推导出电机转子磁链信息. 为了抑制常规滑模存在的抖振现象,设计了定子电流观测器的高阶滑模控制律,可将控制信号直接用于电机转子磁链的估计. 较常规滑模观测器,所提方法具有较高的观测精度,并对电机参数变化具有良好的鲁棒性.仿真结果验证了方法的有效性.     

基于未知动态观测器双惯量伺服系统低频主动谐振抑制

针对双惯量伺服系统存在的机械谐振, 本文提出了一种基于扰动观测器的滑模主动低频谐振控制方法. 利 用可测量的电机端的位置信号, 对其进行滤波操作得到位置的滤波变量, 根据不变流形原理设计未知扰动观测器, 实现对传递力矩的在线估计, 并将估计值融入到控制器设计中对其进行补偿. 为了消除传统滑模存在颤振现象, 基 于正切函数提出了一种新颖滑模面设计方法. 在此基础上, 设计了滑模控制器实现了对期望信号的准确跟踪, 并利 用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统稳定性. 最后通过实验对比, 验证了本文提出的控制策略有效性, 此外该 算法建构简单不需要计算电机加速度的信息, 利于在实际中应用.     

一种改进的双馈风力发电网侧变流器控制策略

针对不平衡电网中负序分量对双馈式风力发电机组输出电压产生二倍频扰动的影响,该文提出了比例积分谐振控制和变结构滑模变结构控制策略相结合的网侧变流器控制策略。将比例积分谐振控制器作为主控制器,抑制电网电流中的负序分量。滑模变结构作为辅助控制器,通过对实时功率控制,实现输出功率稳定输出。并在Matlab/Simulink平台进行仿真验证,结果表明可有效抑制负序分量对风力发电机组的影响。     

二阶动态滑模控制在移动机械臂输出跟踪中的应用

针对移动机械臂的输出跟踪问题,结合高阶滑模控制和动态滑模控制的设计思想为其设计了一种二阶动态滑模控制器.首先给出了包括驱动电机动态特性的移动机械臂的简化动态模型,然后通过微分同胚和输入变换将其分解为四个低阶子系统,并给出了其输出跟踪的二阶动态滑模控制器的设计方法.仿真结果表明,所设计的二阶动态滑模控制器不仅能很好地跟踪给定轨迹,而且能有效地削弱滑模控制系统的抖振.     

永磁同步电机伺服系统的自适应滑模最大转矩/电流控制

为了增强永磁同步电机(PMSM)伺服系统的抗干扰能力,本文设计了一种基于最大转矩/电流(MTPA)原理的自适应滑模控制器.控制器根据MTPA控制方法确定定子直轴和交轴电流,并利用滑模控制增强了系统的抗干扰能力,但同时给系统带来抖振.为了削弱系统抖振,设计了一种改进的自适应滑模趋近律用于位置控制.为了增加控制器的实用性,MTPA控制采用函数曲线拟合法.仿真结果表明,所提出的控制器有效增强了系统的动态性能、稳态性能及鲁棒性,并有效削弱了滑模控制带给系统的抖振.     

一种用于异步电机矢量控制的新型滑模转子磁链观测器研究

针对异步电机矢量控制需要实现定、转子电路解耦的一个关键问题是准确地观测转子磁链.提出了一种以异步电机在两相同步旋转坐标系下的定子电流和转子磁链为状态变量的基于滑模变结构思想的转子磁链观测器,对滑模变结构输入控制信号的设计使得滑模运动速度与轨迹和滑模面的距离相关联,并利用李亚普诺夫理论证明了算法的收敛性.通过仿真表明,该方法具有较高的转子磁链观测准确度,对转子电阻的变化具有很强的鲁棒性,能够改善异步电机矢量控制调速系统的动静态性能.     

基于GFTSM的永磁同步电机驱动系统单相电流传感器模型预测转矩控制

针对仅有单相电流传感器的永磁同步电机（PMSM）驱动系统,提出了基于全局快速终端滑模（GFTSM）的模型预测转矩控制（MPTC）策略.通常情况下MPTC系统必需两个相电流传感器,考虑PMSM系统仅有一相电流传感器以及定子电阻变化情况,本文设计了一种既能观测剩余两相定子电流又能观测定子电阻变化的新型自适应观测器.此外,考虑系统参数变化及外部扰动,设计了一种新型的基于GFTSM的转速调节器以此来增强系统鲁棒性.本文基于滑模控制理论的GFTSM,在到达阶段和滑动模态阶段同时采用了快速终端滑模.所设计的基于GFTSM的PMSM单相电流传感器MPTC系统具有同基于GFTSM的PMSM两相电流传感器MPTC系统几乎一致的优良动态性能.此外,同基于PI和基于SM转速调节器的PMSM MPTC系统相比,当出现负载变化时,本文所设计的系统具有更好的动态响应、更强的鲁棒性以及更小的三相定子电流THD值.仿真结果验证了所设计系统的正确性和有效性.     

基于新型趋近律的双定子电机控制系统研究

为了提高双定子永磁无刷(DS-PMBL)电机调速系统的动态品质,在纯指数趋近律的基础上,结合终端吸引因子与系统状态变量的幂函数,进而提出一种新型的趋近律,有效抑制了滑模控制抖振,显著提高滑模趋近速度.以该新型趋近律为基础,设计了DS-PMBL电机的数学模型与滑模速度跟踪控制器,采用id=0的矢量控制方法确定DS-PMBL电机的动态性能,并与常规指数趋近律进行仿真比较.结果表明,提出的改进控制系统与传统的控制方法相比,提高了滑模趋近速度,减小了抖振,明显地提高了系统的动态特性与鲁棒性.     

Design of first- and second-order sliding mode observers for induction motors using a stator-flux model

We extend current research in the area of ‘sensorless’ control of induction motors by presenting two observers based on first- and second-order sliding mode control theories for the simultaneous estimation of flux and speed. We base the observers on the stator-flux model of the motor instead of the usual rotor-flux model mainly because of the uncertain rotor resistance that plays a significant role in the latter. By designing the observers as if they are sliding mode controllers, we lend the properties of parameter insensitive closed-loop dynamics and finite time convergence to the stator flux and speed estimation schemes. We also present simulation and experimental results to validate the operation of the observers.     

A New Full‐Order Sliding Mode Observer Based Rotor Speed and Stator Resistance Estimation for Sensorless Vector Controlled Pmsm Drives

Sensorless control of a permanent magnetsynchronous motor (PMSM) at low speed remains a challenging task. In this paper, a sensorless vector control of PMSM using a new structure of a sliding mode observer (SMO) is proposed. To remove the mechanical sensors, a full‐order (FO‐SMO) is built to estimate the rotor position and speed of PMSM drives. The FO‐SMO, which replaces a sign function by a sigmoid function, can reduce the chattering phenomenon. In order to overcome time delay, we cancel the low pass filter. This sensorless speed control shows great sensitivity to stator resistance and system noise. To improve the robustness of sensorless vector control, a full‐order SMO technique has been used for stator resistance estimation. A novel stator resistance estimator is incorporated into the sensorless drive to compensate for the effects of stator resistance variation. The validity of the proposed FO‐SMO with a 1.1 kw low‐speed PMSM sensorless vector control is demonstrated by experiments. In this paper, experimental results for FO‐SMO, back‐EMF SMO and MRAS techniques were obtained with fixed point DSP‐based (TMS320F240).     

Robust speed control of induction motors using position and currentmeasurements

A nonlinear robust output feedback control is designed for a sixth-order model of an induction motor. The control uses only measurement of the rotor position and stator currents. It contains two observers, a second-order observer to estimate the rotor flux from the stator current and a third-order high-gain observer to estimate the rotor speed and acceleration from its position. The control is robust to uncertainties in the rotor and stator resistances, and a bounded time-varying load torque. It guarantees that the speed tracking error can be made arbitrarily small by choice of certain design parameters. Moreover, when the speed reference and load torque are constant, it ensures asymptotic regulation. Simulation results agree well with the analysis     

基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

本文提出了一种基于滑模变结构控制原理的无位置传感器控制方法。通过分析永磁同步电机的模型,应用滑模变结构控制原理,提出了一种针对永磁同步电机的无位置传感器控制策略。它利用电机中容易测得的定子电流、直流母线电压,通过滑模变结构控制原理来估算转子位置。利用Matlab／Simulink对系统进行了仿真,仿真结果表明,转子位置估算结果基本与实际位置一致。     

永磁同步电机的高阶终端滑模控制方法

提出一种基于高阶终端滑模的永磁同步电机转速控制方法, 提高了系统的鲁棒性和响应速度. 根据矢量控制原理, 设计了非奇异终端滑模面, 使得电机转速、直轴电流、交轴电流在有限时间内达到给定值. 同时, 采用高阶滑模消除抖振, 保证系统的稳定性. 仿真结果表明, 和PI控制方法相比, 电机转速能够更快地跟踪给定值, 并且, 系统对于负载扰动具有较强的鲁棒性.     

ON STABILITY AND PERFORMANCE OF INDUCTION MOTOR SPEED DRIVES WITH SLIDING MODE CURRENT CONTROL

A novel inner loop sliding mode current control scheme for induction motor speed drives is proposed in this paper. The controller design is based on the nonlinear mathematical model of an induction motor in a coordinate system oriented along the rotor flux. The parameters of the PI speed controller are taken into consideration in the inner loop sliding mode current control. Rigorous stability verification for the overall system is provided in this paper. The chattering in sliding mode control is attenuated using the reaching law design method. The experimental results show that the proposed approach exhibits robust tracking performance in the presence of motor parameter variations and load disturbances.