卫星激光通信粗跟踪系统复合控制策略

针对卫星激光通信粗跟踪系统的跟踪稳定精度指标要求高的特点,建立了基于永磁同步电机直接驱动的粗跟踪系统模型并进行了跟踪稳定误差分析。在采用传统PID控制策略存在跟踪误差较大、动态性能较差等不足的基础上,提出了一种基于粗跟踪系统的改进型前馈复合控制策略。从理论上分析了前馈复合控制策略提高了粗跟踪系统的动态性能,为降低跟踪稳定误差提供了改善方案。地面实验验证结果表明,与传统控制策略相比,改进型复合控制策略极大地降低了系统的动态跟踪误差,动态跟踪误差由606μrad降低至13μrad(1δ)。进一步的在轨实验也验证了改进型复合控制策略的合理性和先进性,总体指标满足了卫星激光通信终端的极高精度要求。本文所提出的控制策略对其他高性能跟踪伺服系统设计也具有较大的借鉴意义。     

Robust Control of Permanent Magnet Synchronous Motors

In this paper, permanent magnet synchronous motors (PMSMs) are investigated. According to the feature of PMSMs, a novel state equation of PMSMs is obtained by choosing suitable state variables. Based on the state equation, robust controllers are designed via interval matrix and PI control idea. In terms of bilinear matrix inequations, sufficient conditions for the existence of the robust controller are derived. In order to reduce the conservation and the dependence on parameter, the control inputs of PMSMs are divided into two parts, a feedforward control input and a feedback control input, and relevant sufficient conditions for the existence of the controller are obtained. Because of the suitable choice of state variables, the proposed control strategies can cope with the load uncertainty and have robustness for disturbance. Finally, simulations are carried out via Matlab/Simulink soft to verify the effectiveness of the proposed control strategies. The performance of the proposed control strategies are demonstrated by the simulation results.      

Design and performance analysis of an iterative flux sliding-mode observer for the sensorless control of PMSM drives

To improve the performance of permanent magnet synchronous motor (PMSM) drives, a sensorless control scheme based on a novel iterative flux sliding-mode observer (IFSMO) is proposed in this paper. Two major drawbacks of the conventional sliding-mode observer (SMO), namely, chattering phenomena and high-order harmonics, are discussed. These drawbacks affect the estimation accuracy of the SMO and reduce the control reliability of the system. To eliminate high-order harmonics, a flux SMO is designed by expanding the PMSM state equations with the PM flux. The flux SMO estimates the rotor speed and position using the flux linkage instead of back-EMF information. Moreover, to reduce the chattering in the estimation results, the proposed flux SMO is iteratively used in one current sampling period to adaptively adjust the observer gain. An overall PMSM sensorless control system based on the proposed IFSMO is designed, and an experimental platform using the TMS320F28335 digital signal processor (DSP) controller is built. The superior chattering reduction and harmonic suppression characteristics of the proposed IFSMO are experimentally validated, and the experimental results verify the feasibility of using the proposed IFSMO-based PMSM sensorless scheme in practical applications.     

基于自抗扰控制原理的全电飞机用永磁同步电机转速闭环控制

采用永磁同步电机直接驱动全电飞机螺旋桨,为了抑制不稳定气流对输出转矩影响和提高螺旋桨抗扰动能力,对永磁同步电机实现基于自抗扰原理的转速闭环控制。分析不同飞行状态下螺旋桨的转速与转矩需求,建立基于自抗扰转速闭环控制模型并利用Dspace模拟飞行工况运行。仿真和实验验证了基于自抗扰转速闭环系统对负载变化具有抗扰能力,整个飞行工况下永磁同步电机转速响应平稳,转矩输出符合螺旋桨转矩需求。     

基于分形维数的PMSM局部退磁故障诊断

为了实现永磁同步电机(PMSM)永磁体局部退磁故障诊断,首先建立计及永磁体局部退磁故障的PMSM数学模型,实现永磁体局部退磁故障电气特性的定性与定量描述。在此基础上,提出了集成自适应基波提取和经验模态分解(EMD)于一体,基于分形维数的永磁体局部退磁故障诊断方法。最后,通过PMSM驱动系统稳态和动态运行工况对所提出的永磁体局部退磁故障诊断方法进行仿真测试和实验验证,综合系统仿真和实验验证结果证实了该方法的可行性和有效性。     

永磁同步电机传动系统电流环非线性自抗扰控制器的设计与稳定性分析

高性能永磁同步电机伺服系统要求有快速响应的电流内环以保证系统的高动态性能,传统PI调节器容易出现超调及振荡调整过程。为实现对高性能永磁同步电机伺服系统电流环的精确控制,采用自抗扰控制器代替传统PI调节器,将电流环中电动势项和定子电阻压降项作为内部扰动量,其他未知扰动作为外部扰动量,设计了电流环非线性自抗扰控制器。与传统PI调节器相比,自抗扰控制器可以对系统内外部扰动量进行实时观测补偿,具有更好的系统抗扰动能力,可以更迅速、精确地跟随电流指令;为避免因控制器参数选取不合适而引起的电流环周期振荡,采用描述函数法对非线性自抗扰控制器取不同参数时电流环的稳定性进行了分析。通过仿真和实验验证了控制器设计的有效性。     

低分辨率位置传感器永磁同步电机精确位置估计方法综述

伺服电机在装备制造、新能源和家电等领域有着广阔的应用,为得到高精度转子位置信息,通常采用旋转变压器或光电编码器等高分辨率位置码盘,但其价格普遍较高,增加了系统设计成本。而无传感器技术当前还很难全面满足工业及家电等领域的应用要求。低分辨率位置传感器永磁同步电机驱动技术是一种能够保证电机运行性能,同时能有效控制系统成本、提高系统可靠性的转子位置检测技术,受到国内外产业界的广泛关注。介绍开关型霍尔位置传感器的使用方法与工作原理,总结原始霍尔位置信息误差的来源与校正方法;重点讨论基于插值法、同步坐标系滤波器法和观测器法的转子位置/转速估算策略,从提高低分辨率位置传感器电机系统低速性能等方面分析和比较不同估算策略的原理、优缺点、适用范围及应用情况;最后,总结现有研究成果及有待解决的问题。     

分段式Halbach阵列永磁同步电机非理想气隙磁场建模分析

Halbach阵列是一种特殊的永磁体充磁方式,可以提供理想的气隙磁密,且转子无需采用铁磁材料。由于定子开槽,永磁同步电机定转子气隙不均,气隙磁密谐波增加,产生齿槽转矩。本文利用子域模型法建立了分段式Halbach阵列永磁同步电机空载磁场解析模型。其解析模型计算结果与有限元结果相比,两者气隙磁密波形吻合较好。该解析模型为进一步研究电枢反应、齿槽转矩等性能奠定了基础。     

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。