具有不确定参数永磁同步电动机的自适应反步控制

针对永磁同步电动机系统的非线性耦合特性以及参数的不确定性,采用自适应反步控制实现永磁同步电动机的非线性控制,在补偿参数不确定性影响,提高系统的抗干扰能力的同时,实现了永磁同步电动机的高性能全局渐近稳定速度跟踪控制．采用二阶滤波环节平滑速度指令,实现了理想无超调的快速速度跟踪控制．仿真结果证明了所提出方法的有效性．     

基于自适应模糊反步法的永磁同步电机位置跟踪控制

研究具有参数不确定性的永磁同步屯动机位置跟踪控制问题.利用模糊逻辑系统逼近系统中非线性函数,采用反步设计方法实现永磁同步电动机的自适应模糊控制.所提出的自适应模糊控制器在电机参数不确定和负载扰动的情况下,实现了永磁同步电动机的高性能位置跟踪控制.仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

永磁同步电动机反推控制

永磁同步电动机是一个复杂耦合的非线性系统.针对永磁同步电动机的非线性特性,提出了反推控制的方法,将反推控制应用于永磁同步电动机位置伺服系统中,通过跟踪位置给定信号,实现系统输入输出的线性化和系统的解耦.Matlab仿真表明,反推控制相对PID控制而言,其设计参数少,便于工程实现;且反推控制能够保证系统的全局稳定,具有很好的位置跟踪能力,对外界负载的干扰具有一定的鲁棒性.     

基于自适应滑模电流控制算法的仿真研究

针对永磁同步直线电机具有的非线性,扰动敏感的特点,提出基于自适应滑模电流控制算法的滑模控制.通过在电流环引入自适应律,进行在线估计系统内部参数摄动以及模型不确定性扰动,来改善永磁同步直线电机驱动系统中的电流环响应速度、追踪性能,并将正弦饱和函数代替常规sign函数,来削弱系统抖振,提高系统的鲁棒性和稳定性.同时设计二阶扩张观测器预测系统的负载扰动,二阶扩张观测器中利用提出的新型sigfal函数,改善了传统扩张观测器的预测精度和稳定性,然后将预测值前馈到电流环对其进行补偿,来减小滑模控制增益.仿真结果证明,所提出的方法可以提高永磁同步直线电机驱动系统的抗干扰性和动态响应性能.     

基于SVPWM的永磁同步电动机控制系统的研究

介绍了永磁同步电动机控制系统的组成,空间矢量脉宽调制(SVPWM)的理论及其算法在系统中的实现过程,并对系统进行了Simulink仿真。仿真结果表明:采用SVPWM算法控制永磁同步电动机定子绕组电流谐波成份较少,控制效果较好,具有广阔的应用前景。     

基于滑模观测器的直线伺服系统反馈线性化速度跟踪控制

在许多高速、高精的直线伺服系统中,要求能实现对速度的快速精确跟踪,但其模型的非线性和变量间的耦合给控制带来难度.对高速、高精速度跟踪控制中,电流和速度的变化过程在时间尺度上相对接近,不能简单地采用磁场定向矢量控制方法实现静态解耦,否则电流和速度间的非线性耦合将破坏速度跟踪品质.采用状态反馈线性化方法来实现永磁直线同步电动机(PMLSM)模型的精确线性化和动态解耦.利用非线性坐标变换和非线性反馈将系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.通过扩展滑模观测器来实现对所需要的动子速度、加速度和负载扰动的鲁棒观测.并利用李雅普诺夫理论对由反馈线性化和滑模观测器构成的非线性闭环系统的稳定性进行了证明.仿真结果表明该方案使PMLSM伺服系统具有良好的鲁棒速度跟踪性能.     

永磁同步电动机的自适应神经网络动态面控制

研究永磁同步电动机的位置跟踪控制问题.针对参数不确定的永磁同步电动机系统,提出自适应神经网络动态面位置跟踪控制方法.根据Stone Weierstrass逼近定理,利用神经网络逼近电动机系统中的复杂非线性函数.采用动态面技术的自适应反步方法设计电动机的位置跟踪控制器实现电动机的位置跟踪控制.提出的控制策略不仅能够克服电机参数的不确定性和负载扰动,而且避免了传统反步设计方法存在的“复杂性爆炸”问题.根据Lyapunov稳定性理论,证明闭环系统具有半全局稳定性,位置跟踪误差收敛于原点的小邻域内.仿真结果表明了所提控制方法能够使电动机快速、准确地跟踪给定的位置信号;神经网络能够很好地逼近系统中的复杂非线性函数.     

一类永磁电动机的混沌反控制研究

研究了永磁同步电动机系统在不改变电机结构参数条件下的混沌反控制问题.该方法借鉴非线性系统模型跟踪控制的思想,利用电机系统和混沌系统状态变量之间的关系来设计控制器.根据误差的变化,控制器随时做出响应,强迫被控系统的状态变量从非混沌状态转化为混沌状态.实现了永磁同步电动机系统比较精确跟踪混沌系统的过程.本文方法中控制器参数的选取范围比较宽,为控制器设计带来很大方便.仿真结果验证了本文控制方法的有效性.     

无速度传感器永磁同步电动机反推控制

利用永磁同步电动机定子交轴电流和转速方程构造降维线性Luenberger观测器来获得电动机的转速,观测器简单易行,通过特征值的配置可以获得快速的收敛速度.采用新颖的非线性控制策略———Backstepping———来设计速度跟踪和电流控制器,系统具有快速的速度跟踪和转矩响应.给出了系统的稳定性证明,并通过Matlab仿真,验证了系统设计的有效性和可行性.     

永磁同步电动机中混沌运动的部分解耦控制

永磁同步电动机在参数处于特定区域时存在混沌现象,混沌的存在将使电机的性能变差,因此要设法消除其混沌运动.电机中混沌的现有控制方法的控制目标只能为周期点或平衡点,不能满足实际需要.为了解决这个问题,设计了基于非线性反馈的永磁同步电动机中混沌现象的部分解耦控制.该方法以直轴和交轴电压为控制变量,通过电机状态的非线性反馈将直轴和交轴电流方程中的耦合项解耦,同时使得直轴和交轴电流可以跟踪设定值.这种控制方式的结果是使系统具有唯一稳定平衡点,而这个平衡点的位置可以根据实际要求设置为任意点.在任意时刻对处于混沌状态的永磁同步电动机进行部分解耦控制,受控系统将稳定于设定平衡点,从而实现混沌的控制.文中分析了控制参数与系统响应快速性之间的关系,为参数选择提供了指导.仿真结果表明了理论分析的正确性和该控制方法的有效性.     

动态驱动神经网络辨识永磁直线同步电动机模型

永磁直线同步电动机(PMLSM)模型的建立对研究其稳态特性、动态特性和控制策略都是非常重要的．本文利用动态驱动神经网络对其进行建模,并在代价函数一致的基础上加入残差分析法来辨识模型的阶次,使得神经网络具有自动识别阶次的能力．为了克服神经网络结构依靠人工试凑的不足,使用基于Hession矩阵的修剪法来优化其结构．考虑到改进BP算法(学习速率自适应、动量项的方法)的一些固有缺点,使用NDEKF(基于节点的解耦扩展Kalman滤波器算法)来训练网络．实验证明,混合网络能够准确辨识出试验样机的阶次并且输出结果与实际结果十分接近;同时将NDEKF与改进BP算法进行对比,NDEKF算法具有收敛较快、泛化能力强等特点．     

用于永磁同步电机的一种非奇异高阶终端滑模观测器

本文提出一种高阶非奇异终端滑模观测器,用来估计永磁同步电机控制系统的转子位置和转速．采用高阶非奇异终端滑模观测器,使得控制系统不必外加低通滤波器,就可获得平滑的反电动势估计值,进而,根据反电动势方程,求解出转子位置和转速．和传统滑模观测器相比,高阶非奇异终端滑模观测器避免了反电动势估计值的相位滞后,提高了转子位置和转速的观测精度．仿真结果表明,高阶非奇异终端滑模观测器具有快速收敛性及更高的跟踪精度,同时消除了系统的抖振．     

Adaptive neural dynamic surface control for servo systems with unknown dead-zone

An adaptive neural controller is proposed for nonlinear systems with a nonlinear dead-zone and multiple time-delays. The often used inverse model compensation approach is avoided by representing the dead-zone as a time-varying system. The “explosion of complexity” in the backstepping synthesis is eliminated in terms of the dynamic surface control (DSC) technique. A novel high-order neural network (HONN) with only a scalar weight parameter is developed to account for unknown nonlinearities. The control singularity and some restrictive requirements on the system are circumvented. Simulations and experiments for a turntable servo system with permanent-magnet synchronous motor (PMSM) are provided to verify the reliability and effectiveness.     

A robust composite nonlinear control scheme for servomotor speed regulation

A parameterised design of robust composite nonlinear controller is proposed for typical second-order servo systems subject to unknown constant disturbance and control input saturation. The control law consists of a linear feedback part for achieving fast response, a nonlinear feedback part for suppressing the overshoot, and a disturbance-compensation mechanism for erasing the steady-state error. An extended state observer is adopted to estimate the unknown disturbance. The closed-loop stability is analysed theoretically. The control scheme is applied to the speed regulation of permanent magnet synchronous motor, and numerical simulations are carried out. The results confirm that the proposed control scheme can achieve fast, smooth, and accurate speed regulation, and has a certain degree of robustness with respect to the amplitude of disturbances and the perturbations of system parameters.     

Feedback linearization via state transformation using estimated states

This paper deals with the exact feedback linearization of nonlinear plants using estimated states. Under appropriate hypotheses, exact linearization can be achieved through transformation of states and feedback. We assume that the states cannot be measured so that a nonlinear observer, with exponential convergence, is included in the loop. We establish sufficient conditions to guarantee that the overall system trajectories asymptotically converge to those obtained with feedback linearization utilizing the true states. We apply our results to control an electrical drive using a permanent-magnet synchronous motor without mechanical and optical sensors. The behaviour of our control scheme is illustrated by simulations.     

无速度传感器PMSM混沌运动的非奇异快速终端滑模控制

针对永磁同步电机调速系统中速度传感器存在安装缺陷及在某些特定的参数下电机会呈现混沌特性,提出了无速度传感器永磁同步电机滑模控制混沌抑制方法．在无速度传感器运行的永磁同步电机矢量控制调速系统基本框架下,采用非奇异快速终端滑模控制方法来抑制电机的混沌运动．首先在永磁同步电机的混沌模型基础上通过仿真验证了混沌现象的存在;然后利用扩张状态观测器（ESO）估计转速,构成无速度传感器永磁同步电机矢量控制系统;在此基础上设计了非奇异快速终端滑模控制器,当电机在某些参数条件下呈现混沌现象,即刻通过控制器的切入来抑制永磁同步电机的混沌运动．最后通过仿真验证该方法的有效性,保证电机运行稳定和可靠.     

Smooth time-optimal tool trajectory generation for CNC manufacturing systems

An optimization approach is proposed in this paper for generating smooth and time-optimal path constrained tool trajectory for Cartesian computer numerical control (CNC) manufacturing systems. The desired smooth time-optimal trajectory generation (STOTG) problem is formulated as a general optimal control problem. And axis jerk (derivative of acceleration with respect to time) constraints are introduced into this problem to remove discontinuities of the acceleration profiles. The desired smoothness of the trajectory can be accomplished by adjusting the values of jerk constraints. A control vector parameterization (CVP) method is applied to convert the optimal control problem into a nonlinear programming (NLP) problem which can be solved conveniently and effectively. The third derivative of the path parameter with respect to time (pseudo-jerk) and jerk act as optimization variables. The pseudo-jerk is approximated as piecewise constant, thus for at least second-order continuous parametric path, the resulted optimized trajectory with respect to time is also at least second-order continuous. Sequential quadratic programming (SQP) method is used to solve the NLP problem, through which numerical solution is obtained. Non-smooth (i.e. without considering jerk constraints) time-optimal trajectory generation (non-STOTG) problem is also considered in this paper for the purpose of comparison. Solutions of time-optimal trajectory generation (TOTG) problems for two test paths are performed to verify the effectiveness of the proposed approach.     

Simultaneous stabilization and trajectory tracking of underactuated mechanical systems with included actuators dynamics

The paper deals with a novel control algorithm for simultaneous stabilization and trajectory tracking of underactuated nonlinear mechanical systems (UNMS) with included actuators dynamics. Simultaneous stabilization and trajectory tracking refer to arbitrary chosen actuated and unactuated degrees of freedom (DOF) of the system. The proposed control approach can be applied both to the second-order nonholonomic systems and the systems with input coupling, while a general model of actuators dynamics includes electrical, pneumatic, and hydraulic drives. Control law is based on linear combination of two control signals, where the first signal is designed to separately control only actuated DOF, and second to separately control only unactuated DOF. Simulation example of rotational inverted pendulum driven by electrical DC motor is presented, showing the effectiveness of the proposed approach.     

基于速度信息观测的无轴承永磁同步电机悬浮解耦控制

无轴承永磁同步电机以转子位置信息为媒介实现解耦控制,整个算法复杂且依赖速度传感器.本文研究电机无传感器运行及解耦算法简化的方法.首先将传统扩张状态观测算法简化为线性形式.然后将二、三阶线性扩张状态观测器分别加入转矩和悬浮系统电流环和位移环,并定义电角速度与转矩d-q轴电流乘积以及转矩系统q轴磁链与悬浮d-q轴电流乘积为扰动项,利用观测器辨识转速信息及悬浮扰动力.接着对转速信息进行处理、对悬浮扰动力进行补偿从而实现无速度传感器运行并简化悬浮解耦算法.最后通过仿真验证所提控制策略能够实现电机无速度传感器运行,保证额定转速下稳定悬浮.     

新型两相TFPM两种控制方式的建模与仿真研究

横向磁场永磁电机具有高转矩密度等优点,但其转矩脉动严重地影响了输出转矩特性。提出一种改进的直接转矩控制方法,通过增加电压矢量数量及磁链区域的进一步细分,并重新设计开关表,改变定子磁链和转矩的估测模型及磁链角的获取,使开关频率增加,模型更加精确,转矩脉动减小,电机得到平稳运行。构建横向磁场永磁电机控制系统仿真模型,并与电流滞环跟踪控制进行对比分析。研究结果表明,改进的直接转矩控制减小了转矩脉动,增加了负载转矩和转速最大值,使横向磁场永磁电机工作性能得到提升。