永磁同步电机抗干扰复合滑模控制器的设计

目的 在灌装、封口等包装作业过程中,提高永磁同步电机的快速响应和抗干扰能力,同时减少控制系统的抖振现象。方法 提出一种复合滑模控制策略,设计一种能适应滑模面和系统状态变化的分段速率滑模趋近律,将其与新型积分滑模面结合,设计一种带速度环的滑模控制器。同时,设计一个干扰观测器,用于估计闭环系统的扰动,并将估计后的扰动实时补偿到控制器的输出电流中,构建复合控制器。结果 仿真结果表明,设计的控制器能够显著提高收敛速度,并有效减少了控制系统的抖振,从而提高了动态质量。此外,干扰观测器与控制器结合的复合控制器可以提高系统的抗干扰能力,从而进一步提高了控制性能。结论 文中提出的复合滑模控制策略可以有效提高永磁同步电机调速系统的动态性能,减少控制系统的抖振,为实现高效、稳定的控制提供了有效的解决方案。     

基于双模态有限时间滑模的永磁同步电机抗扰动控制

目的 解决包装机工作过程中,因永磁同步电机的动态响应慢和抗扰动能力弱导致包装机精度不高的问题。方法 设计一种双模态有限时间滑模控制器,实现系统有限时间收敛。将双模态函数引入趋近律增益,不仅能实现“大误差大增益,小误差小增益”,而且趋近律增益切换为小增益的时间可调,从而使电机获得更快的响应速度和更小的抖振。同时,设计有限时间扰动观测器对扰动进行观测,并进行前馈补偿,以此来提高系统的抗扰性能。结果 实验结果表明,文中方法相较于另外2种对照方法,可以使电机的动态响应分别提升27%、37%,控制性能分别提升40%、70%,相较于超螺旋扰动观测器,可以使电机的抗扰性能提升58%。结论 所提控制策略可以明显提高系统的动态响应、控制性能、抗扰性能,使得永磁同步电机更符合包装机的要求。     

机载摄影稳定平台的自抗扰控制

针对航空摄影稳定平台中非线性、多干扰的控制问题,采用自抗扰控制方法对三框架稳定平台进行分散独立控制。利用拉格朗日定理建立了考虑外部干扰的三框架结构稳定平台的动力学方程。设计独立的扩张状态观测器对每个环架的未知模型动态与外部扰动进行动态估计和补偿,采取非线性状态反馈控制以提高系统的控制性能。通过仿真和实验证明采用该方法设计的控制器不仅能满足系统稳态精度的要求,而且有效抑制了负载变化和不确定性扰动对系统的影响,提高了系统的稳定性和适应性。     

包装机拉膜机构纠偏装置鲁棒控制系统设计

目的 为提高包装生产线纠偏机构控制精度，改善产品外观，提高产品合格率，结合转矩观测器和积分型滑模变结构算法设计一种纠偏装置控制系统。方法 在分析纠偏装置结构的基础上，以纠偏伺服电机为研究对象，提出一种电机控制方法。负载转矩观测器和积分型滑模控制器不但可以解决负载扰动对控制系统性能的影响，而且可以减小滑模控制器的抖振幅度，饱和函数则可以进一步减小系统抖振。通过实验验证所述方法的可行性和有效性。结果 实验结果表明，所述控制方法基本无超调量，达到稳定状态约耗时0.5 s;采用所述纠偏装置，包装薄膜跑偏量最大值只有0.70 mm，包装合格率均在97%以上。结论 在保证产品质量前提下，纠偏装置鲁棒控制系统可以提高产品合格率和包装生产线工作效率。     

基于无速度传感器直接转矩控制自抗扰交流调速研究

在感应电机直接转矩控制(DYC)调速系统中,常规PID速度调节器在电机受到扰动的情况下,需要花费较长时间才能使电机恢复到稳态值.为此,将一种新型的自抗扰控制器(ADRC)引入感应电机直接转矩控制调速系统中,设计速度ADRc调节器代替PID调节器,基于模型参考自适应控制(MRAS)方法设计速度观测器.对比分析了PID与ADRC两种方案下无速度传感器直接转矩控制交流调速系统性能.仿真试验结果表明,采用ADRC后,系统动态响应更快,抗扰动能力更强,在电机参数摄动的情况下,电机运行速度与指令速度偏差更小.     

一种转台伺服系统干扰补偿控制方法研究

为提高转台伺服系统的低速跟踪性能,提出一种结合LuGre摩擦模型和非线性干扰观测器(NDO)补偿非线性干扰的方法。使用LuGre摩擦模型补偿系统的摩擦干扰力矩,建立NDO模型消除系统建模不精确及其他未知干扰的影响,并采用反演法设计系统的自适应滑模控制律。通过仿真表明,基于LuGre+NDO模型自适应滑模控制能有效消除转台的低速"爬行"现象,位置稳态误差达到2×10–5 rad,速度稳态误差达到1.5×10–3 rad/s。且通过与传统控制方法结果对比,证明所提出的方法具有较好的控制性能和干扰抑制特性,提高伺服系统的跟踪性能。     

基于超螺旋滑模扰动观测器的永磁同步电机无传感器抗干扰控制策略研究

目的 提高包装行业中自动化设备的工作精准度,优化传统永磁同步电机无传感器控制系统的稳定性,提高电机遭遇内外扰动后的系统鲁棒性和抗扰动性能。方法 引入超螺旋滑模算法,设计一种超螺旋滑模MRAS观测器来提高系统的稳定性,同时利用滑模扰动观测器对电机良好的动态进行性能追踪,利用超螺旋滑模算法对其进行性能优化,提出超螺旋滑模MRAS观测器和超螺旋滑模扰动观测器对永磁同步电机复合控制的策略。结果 该方案有效降低了电机遭遇扰动时转速估计误差,误差在0.8r/min附近波动,明显提高了电机控制系统遭遇干扰后的响应速度。结论 在MATLAB/SIMULINK中进行实验仿真,结果表明所提控制策略提高了系统的鲁棒性和追踪精度,加强了系统的抗干扰能力。     

交流异步电动机直接转矩控制系统的一种新型设计方案

将模型参考自适应控制、滑模变结构控制和人工神经网络控制应用到交流异步电动机的直接转矩控制系统中，从而可以改善系统的动态和稳态性能，提高了系统的鲁棒性．     

基于MRAS观测器的PMSM无速度传感器模型预测电流控制

针对永磁同步电机无速度传感器控制系统中定子电阻随温升发生变化的问题,提出了基于定子电阻在线辨识的模型参考自适应观测器。该观测器不仅准确估计出转速,而且在线跟踪辨识定子电阻,降低了定子电阻对模型参考自适应观测器的影响;将辨识出的定子电阻用于电流预测模型当中,提高了模型预测电流控制器的控制精度。经仿真实验验证,基于模型参考自适应观测器的永磁同步电机无速度传感器模型预测电流控制系统具有较好的动静态性能和较强的鲁棒性。     

基于负载观测的PMSM滑模抗扰动自适应控制

实际转速值是转角微分得到的,基于转速的观测器设计会引入微分突变．本文在滑模变指数趋近率控制的基础上,针对实际应用的永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor, PMSM）提出了一种新的负载转矩降阶观测器设计方法,以可直接测量的转角为已知观测对象,避免引入微分突变,将观测到的负载转矩成比例地前馈补偿,以削弱负载扰动对控制性能的影响,实现滑模抗扰动自适应控制．一方面,通过理论推导,得出所提出策略的理论计算方法;另一方面,以一应用案例,建立了与实际逼近的离散仿真系统．仿真验证了观测器的无超调和快速响应特性,并通过与普通滑模控制对比分析,验证了采用该方法设计的PMSM调速系统具有动态响应快和抗外界干扰能力强的高鲁棒特性．     

Model reference adaptive control-based adaptive current control scheme of a PM synchronous motor with an improved servo performance

A model reference adaptive control (MRAC)-based current control scheme of a PM synchronous motor with an improved servo performance is presented. Although the predictive current control is known to give ideal transient and steady-state responses among various PWM inverter-fed current control schemes for a PM synchronous motor, its steady-state response may be degraded under the motor parameter variations. To overcome such a limitation, the disturbances caused by the parameter variations will be estimated using an MRAC technique and compensated by a feedforward manner. Thus, the steady-state control performance can be effectively improved, while retaining its good dynamic performance. The proposed control scheme does not require the measurement of the phase voltage unlike the conventional disturbance estimation scheme using observer. This can be an effective way considering the phase voltage contains much harmonics as well as noise. The asymptotic stability of the overall system is proved and the adaptation laws are derived by the Lyapunov stability theory. The proposed scheme is implemented using DSP TMS320C31 and the effectiveness is verified through the comparative simulations and experiments.     

基于改进型自抗扰控制的永磁同步电机伺服控制

目的 解决传统包装机械存在的包装速度慢、包装质量堪忧等问题,满足包装机械的高效率、高精度等要求,提高食品包装的自动化水平和包装企业的经济效益。方法 对具有较大潜力的永磁同步电机,进行控制器和控制方法的研究与改进,并最终选定自抗扰控制器,对自抗扰控制器中非光滑函数fal进行改进得到连续平滑的tal函数,使其减小在原点周围的颤振,并且基于tal函数重新设计非线性状态误差反馈率和扩张状态观测器,以取得对永磁同步电机更好的控制效果。结果 仿真表明,tal函数比fal函数具有更好的平滑性和连续性。基于改进型自抗扰控制的永磁同步电机具有更好的动态性能、稳态精度、抗扰能力和跟踪能力。结论 文中优化后的永磁同步电机伺服控制系统,适用于高精度、负载变动频繁的场合,能够有效地提高包装自动化水平,满足高效率、高精度的包装行业要求。     

电机无速度传感器控制技术在包装生产线中的应用

目的 为提高自动化包装生产线的产品效率和质量,简化传动系统结构,改善永磁同步电机控制系统性能。方法 提出一种基于滑模观测器的无速度传感器控制技术,建立永磁同步电机数学模型。在此基础上,设计一种滑模自适应观测器,可用于观测定子电流和转子磁链,同时给出一种I/F启动策略。通过仿真和实验对系统性能进行验证。结果 仿真和实验结果表明,所述控制方法不仅可以解决电机启动问题,而且采用滑模观测器能够较好地实现转速跟踪,进而确保转子位置准确性。在实际应用中,可将横封横切机构的切点偏差控制在0.4mm以内,平均偏差只有0.2mm。结论 无速度传感器控制系统具有响应速度快、调速性能好、鲁棒性强等特点,可以确保电机速度、位置控制精度,进而降低整个控制系统的冗余性、不稳定性,适合包装、仿真、印刷等场合使用。     

Adaptive fractional‐order blood glucose regulator based on high‐order sliding mode observer

Type I diabetes is described by the destruction of the insulin‐producing beta‐cells in the pancreas. Hence, exogenous insulin administration is necessary for Type I diabetes patients. In this study, to estimate the states that are not directly available from the Bergman minimal model a high‐order sliding mode observer is proposed. Then fractional calculus is combined with sliding mode control (SMC) for blood glucose regulation to create more robustness performance and make more degree of freedom and flexibility for the proposed method. Then an adaptive fractional‐order SMC is proposed. The adaptive SMC protect controller against disturbance and uncertainties while the fractional calculus provides robust performance. Numerical simulation verifies that the proposed controllers have better performance in the presence of disturbance and uncertainties without chattering.Inspec keywords: variable structure systems, biochemistry, blood, robust control, medical control systems, observers, sugar, diseases, calculus, adaptive control, cellular biophysicsOther keywords: fractional‐order SMC, adaptive SMC, fractional calculus, robust performance, adaptive fractional‐order blood glucose regulator, insulin‐producing beta‐cells, exogenous insulin administration, diabetes patients, Bergman minimal model, mode control, blood glucose regulation, pancreas, type I diabetes, state estimation, high‐order sliding mode observer, sliding mode control, degree of freedom, numerical simulation     

受饱和约束的车辆转向非线性鲁棒模糊分布控制

针对极限状态下车辆转向非线性和执行器饱和问题,研究主动前轮转向(active front steering, AFS)和直接横摆力矩控制(direct yaw-moment control, DYC)对横摆-侧倾稳定的集成控制。采用Takagi-Sugeon(T-S)方法建立车辆3自由度横摆侧倾模型,结合模糊观测器实时获取模型动态参数。为准确反映车辆转向稳态过程,在T-S框架下建立改进横摆理想参考模型。考虑到极限转向对前轮侧偏特性的影响,构建T-S框架下主动前轮输入的动态饱和阈值。引入松弛因子提高AFS和DYC的执行器利用率,将反馈输入的饱和影响作为有界扰动进行控制。基于分布补偿结构设计状态反馈模糊分布控制器(parallel distributed compensation-TS,PDC-TS),采用范数有界的侧翻稳定阈作为侧倾性能约束,将车辆横摆-侧倾稳定性的H;性能转换为线性矩阵不等式(linear matrix inequalities, LMIs)凸优化问题。最后联合Trucksim-MATLAB/Labview软件进行控制仿真和硬件在环验证,结果表明,PDC-TS方法对强非线性转向过程的控制更加准确,执行器能力利用更充分,并在输入饱和约束下保持控制稳定性。     

受饱和约束的车辆转向非线性鲁棒模糊分布控制

针对极限状态下车辆转向非线性和执行器饱和问题,研究主动前轮转向(active front steering, AFS)和直接横摆力矩控制(direct yaw-moment control, DYC)对横摆-侧倾稳定的集成控制。采用Takagi-Sugeon(T-S)方法建立车辆3自由度横摆侧倾模型,结合模糊观测器实时获取模型动态参数。为准确反映车辆转向稳态过程,在T-S框架下建立改进横摆理想参考模型。考虑到极限转向对前轮侧偏特性的影响,构建T-S框架下主动前轮输入的动态饱和阈值。引入松弛因子提高AFS和DYC的执行器利用率,将反馈输入的饱和影响作为有界扰动进行控制。基于分布补偿结构设计状态反馈模糊分布控制器(parallel distributed compensation-TS,PDC-TS),采用范数有界的侧翻稳定阈作为侧倾性能约束,将车辆横摆-侧倾稳定性的H;性能转换为线性矩阵不等式(linear matrix inequalities, LMIs)凸优化问题。最后联合Trucksim-MATLAB/Labview软件进行控制仿真和硬件在环验证,结果表明,PDC-TS方法对强非线性转向过程的控制更加准确,执行器能力利用更充分,并在输入饱和约束下保持控制稳定性。     

Design and implementation of an adaptive inverse controller for a micro-permanent magnet synchronous motor control system

An adaptive inverse controller design for a micro-permanent magnet synchronous motor control system is proposed. The adaptive inverse controller is constructed by using an adaptive model and an adaptive controller. The parameters of the adaptive model and adaptive controller are on-line tuned. By using the proposed adaptive inverse controller, the transient responses, load disturbance responses and tracking responses of the control system are improved. To detect the shaft rotor position, a micro-encoder is attached with the micro-permanent magnet synchronous motor. The micro-encoder provides only 100 pulses/revolution because of its space limitation. As a result, the resolution of the position signal and speed signal is not good enough. In order to improve the resolution, a state estimator is proposed here. By using the proposed state estimator, the control system can be operated from 1 to 25 000 r/min. The adaptive inverse control algorithm and the state estimation algorithm are executed by a digital signal processor, TMS320F28335. In addition, the proposed adaptive inverse control algorithm can be applied to the position control for the micro-permanent magnet synchronous motor as well. Several experimental results validate the theoretical analysis. The experimental results show that the proposed system has good performance including transient responses, load disturbance responses, and tracking responses.