基于扩张状态观测器的永磁同步电机二自由度PI控制

针对永磁同步电机(PMSM)系统速度环采用传统的PI控制时,无法兼顾转速超调量与响应快速性要求的问题,提出采用二自由度(2-DOF)PI控制策略设计速度环控制器。同时,为减小负载转矩、电机参数变化等扰动因素的影响,将其作为总扰动,利用扩张状态观测器(ESO)进行观测,并基于观测值进行前馈补偿。仿真结果表明,采用所设计的2-DOF PI控制,可以有效减小转速的超调量,提高转速的跟随性能和系统的抗扰动性能。采用基于ESO的2-DOF PI控制,进一步提高了系统的抗负载扰动性能,同时可以实现转速的快速响应和无超调控制。所提控制策略的正确性和有效性得到了验证。     

基于改进自抗扰的风力发电系统最大功率控制

针对永磁同步风力发电系统(PMWS)存在的非线性、参数摄动、不确定性、多干扰等问题,采用一种基于最佳叶尖速比的最大功率跟踪控制方法,将最大功率捕获问题转换为最佳速度跟踪问题,分别针对速度环和电流环进行自抗扰控制器的设计;考虑到大干扰环境中,系统受内、外扰动的影响,转速跟踪精度有所下降,为提高控制精度和鲁棒性,针对速度环设计了一种基于扰动观测的降阶自抗扰控制器。通过扰动观测器对系统的总干扰进行在线观测,然后利用自抗扰控制器进行干扰补偿,从而提高转速的跟踪能力。仿真结果验证了所设计的复合控制器能有效地抑制系统扰动对转速的影响,提高了系统的鲁棒性和抗干扰性能。     

基于负载观测的永磁电机驱动系统自抗扰控制

针对永磁同步电机(PMSM)的车辆驱动系统在负载变化过程中转速受到较大影响的问题,结合自抗扰控制器(ADRC),采用对负载扰动进行观测并补偿来抑制外部扰动的方法,设计了基于负载观测的二阶ADRC速度控制系统。对负载观测ADRC的控制方程进行了推导,并将负载观测控制量作为速度环的补偿控制输入。同时与未加入负载扰动的ADRC系统作对比研究。仿真与实验结果表明,带有负载观测的ADRC调速系统具有更强的抗扰动能力,提高了PMSM变频调速系统的动态稳定性能和响应能力,证明了带有负载观测的ADRC控制系统能够更好地满足电传动履带车辆的控制系统要求。     

电动汽车永磁同步电机滑模低速控制

针对采用永磁同步电机i_d=0矢量控制调速的电动汽车电机驱动控制系统,为了改善其抗负载扰动能力,并且当电动汽车处于低速运行时,能够输出大转矩,将滑模变结构控制中的变指数趋近律进行改进,设计了一种滑模速度控制器。为了减小滑模变结构控制的抖振问题,引入饱和函数来代替符号函数,同时考虑到滑模速度控制器中存在滞后问题,将饱和函数与经过积分环节后得到的信号相乘,在提高了响应速度的同时增强系统的抗扰动能力。经过仿真验证,不同负载工况下,滑模速度控制器具有较强的鲁棒性和抗扰动能力,满足电动汽车低速运行工况下输出大转矩的要求。     

电动汽车用PMSM带滤波补偿三阶滑模自抗扰控制

针对电动汽车用永磁同步电机运行于复杂工况,存在干扰性大以及电机特性受环境影响剧烈的问题,提出一种带滤波补偿三阶滑模自抗扰控制方法.首先,在转速环中设计了一种考虑未知扰动的滑模控制器,避免了使用最大转矩电流比控制策略所引起的计算模型复杂以及抗扰性能差等问题.然后,将滑模控制与自抗扰控制结合,无需建立精确数学模型即可实时估计补偿系统总扰动,在最大程度上减小了使用滑模控制所带来的抖振大的问题.同时,对转速环中使用低通滤波器滤除各种信号干扰造成的相位延迟进行补偿,提高系统控制精度,并利用Lyapunov定理验证了所提控制系统的稳定性.仿真和实验结果表明,所提方法与滑模控制以及滑模自抗扰控制方法相比具有更好的抗扰性能以及更快的响应能力,更加适用于电动汽车用永磁同步电机的应用中.     

电动汽车调速系统加速度变结构鲁棒控制

针对电动汽车调速系统负载转矩的未知时变特性,设计了一种扰动观测器对负载转矩扰动进行观测及补偿。在此基础上,设计了滑模变结构控制器对预定的速度及加速度曲线进行跟踪控制,并利用其对扰动不敏感特性来抑制各种干扰的影响,以提高系统的鲁棒性和控制性能。仿真试验表明,所设计的控制器具有较高的速度、加速度跟踪精度和较好的动态性能,且对负载变化、参数摄动等内外扰动的鲁棒性较好,满足电动汽车调速系统的控制要求。     

二阶自抗扰控制器在三电机同步系统中的应用

分析了三电机同步控制系统数学模型,结合自抗扰控制理论特点,提出了一种新的基于二阶自抗扰控制器(ADRC)的三电机同步系统控制方案。设计了三个二阶ADRC分别对速度控制回路和两张力控制回路进行控制,实现了系统速度和张力之间的动态解耦。在二阶ADRC中,扩张状态观测器将系统模型内扰、外扰以及速度张力之间的耦合影响统一视为系统总扰动,对系统总扰动进行实时观测和补偿。结合西门子S7?300 PLC构建了实验平台,进行了解耦特性、跟踪性能和抗负载扰动能力测试实验。结果表明:二阶ADRC控制器不仅实现了三电机同步系统中速度和张力的解耦控制,还提高了系统的抗干扰能力,使系统具有较强的鲁棒性。     

永磁同步电机的自抗扰控制方法研究

针对永磁同步电机速度控制中存在超调量大,抗负载扰动能力差,采用负载转矩补偿和自抗扰相控制结合的方案,给出一种改进的自抗扰补偿方式,不仅可以发挥经典自抗扰的优点,同时也对负载扰动进行补偿。通过对所给方法的仿真和试验结果分析可得,与传统的PID控制器相比,改进的线性自抗扰补偿控制系统具有较小的超调和稳态误差、较快的响应速度等性能,同时具有好的抗负载扰动能力,提升永磁同步电机的鲁棒性的同时使得动态性能与静态性能也提高很多。     

复杂交流多电机系统的研究

针对多变量非线性耦合的多电机同步系统,建立了按转子磁场定向的物理模型,设计了基于自抗扰控制器的多电机同步系统。利用扩张状态观测器对外界的扰动进行观测和补偿,将多电机系统进行确定化和近似线性化处理。基于PLC构建的多电机实验平台,进行了抗扰、解耦特性测试实验。结果表明,采用自抗扰控制方法可以实现系统中速度和张力的解耦控制,系统具有良好的动静态性能和鲁棒性能。     

基于改进自抗扰的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

四旋翼无人机具有较强的非线性特性，容易受到内外部不确定性扰动的影响，因此精准的轨迹跟踪控制成为挑战。本文针对上述问题提出了一种基于改进自抗扰控制和模型预测控制结合的分层控制架构以提高系统的鲁棒性及跟踪精度。首先，基于非线性自抗扰控制设计了外环位置控制器，同时针对自抗扰控制存在的相位滞后问题，设计了相位补偿器；然后基于模型预测控制设计了内环姿态控制器。本文所采用的控制方法不依赖于精确的数学模型，能够在满足系统约束的条件下对给定的轨迹进行精确的跟踪，具有较强的抗干扰能力。通过典型工况的仿真实验表明本文所提控制方法在轨迹跟踪精度上较传统自抗扰控制提升了40%以上，且具有较强的鲁棒性。     

基于二阶积分滑模的永磁同步电动机速度控制方法

针对永磁同步电机在速度控制中容易受到机械参数变化、外部扰动等影响,以及传统的PI抗饱和控制方法的控制精度低、传统的滑模控制中容易产生"抖振"等问题,提出了一种基于二阶积分滑模的永磁同步电动机速度控制方法。该控制方法通过Lyapunov函数法对二阶滑模控制律进行了设计,针对传统的PI抗饱和在电机速度控制中补偿随意性大、补偿精度低,对传统的PI抗饱和进行了改进;并基于二阶积分滑模控制律,设计了二阶积分滑模控制器,针对二阶积分滑模会造成系统饱和现象,对二阶积分滑模控制器进行了抗饱和设计。仿真实验结果表明:改进后的抗饱和控制器能够有效抑制饱和现象发生,提高了电机控制精度,滑模控制的响应速度明显要比PI控制响应快。     

抗饱和PI控制器在含分布式电源配网电压优化中的应用

随着分布式光伏发电在配电网中渗透率的增加,配电网电压波动越限问题愈发严重,并导致其电压控制越来越复杂。提出了一种抗饱和PI控制策略,通过柱上式磁控电抗器(MCR)进行无功电压综合控制,给出了新型抗饱和PI控制器的算法设计和系统框图。理论分析和实验结果表明,新型抗饱和PI控制器可有效降低柱上式MCR控制系统的超调量,极大地提高动态性能,有效抑制电压波动,并对负载扰动具有较好的响应性和鲁棒性。     

永磁同步电机的自抗扰滑模复合控制器设计

为了提高永磁同步电机控制系统的稳定性,针对滑模控制存在的抖振现象以及系统运行时易受参数变化的扰动问题,提出了一种基于自抗扰的滑模电流复合控制方案.首先,建立考虑扰动的永磁同步电机动力学模型.其次,基于自抗扰控制架构,设计扩张状态观测器和改进滑模控制律,以降低模型依赖程度,提高永磁同步电机驱动系统的响应速度和抗扰性能.由仿真对比分析,所设计的自抗扰滑模复合控制器改善了稳态和瞬态电流跟踪性能,增强了对内部干扰的鲁棒性.     

永磁同步电机的改进快速终端滑模控制

针对线性滑模控制永磁同步电机不能实现有限时间控制以及终端滑模控制不能实现快速收敛的问题,提出了一种改进快速终端滑模控制方法。所提控制方法经理论证明能实现更快的收敛速度。滑模控制律通过Lyapunov稳定性定理计算得出。对所提方法进行了仿真验证,并与终端滑模控制作对比,结果证明了所提改进快速终端滑模控制能有效地提高系统的起动性能和抗扰动性能。     

永磁直线同步电机ADRC控制系统

纹波推力扰动、负载扰动、摩擦力扰动和其他不确定性扰动严重影响永磁直线同步电机(PMLSM)控制系统的性能,对控制系统的抗干扰能力提出了更高的要求。本文采用自抗扰控制(ADRC)方法,利用扩张状态观测器估计所有未知扰动作用量并给予实时动态补偿,从而抑制未知扰动实现"自抗扰"控制,同时估计出速度及其微分;跟踪微分器给出了一种计算微分的有效方法,并根据PMLSM的承受能力安排速度指令过渡过程;采用更合适的非线性PD误差反馈率计算控制量。利用基于Matlab/Simulink的xPC Target构建控制系统实验平台,实验结果表明,采用ADRC的PMLSM控制系统具有很强的抗扰性和静动态特性。     

表贴式永磁同步电机转速环复合PI无位置传感器控制

针对传统永磁同步电机转速环PI控制下转速跟踪性能差的问题,设计一种复合PI无位置传感器应用于表贴式永磁同步电机转速环控制系统。在传统PI控制的基础上,转速环采用积分钳位型抗积分饱和方法,增加给定输入微分前馈环节和控制增益环节,增强转速环系统跟踪响应性能。分析无阻尼自然频率和阻尼比两者参数选取对系统转矩扰动和角速度测量噪声抑制能力的影响,证明系统抗转矩扰动性能与抑制噪声性能之间存在矛盾。针对该问题,设计以电机转子角速度为状态变量的新型滑模观测器对角速度进行观测,将其直接引入至转速闭环系统反馈,避免角速度反馈噪声对转速跟踪性能造成影响。实验结果验证了该理论分析的正确性与控制策略的可行性。     

基于模型补偿的逆变器交流电压自抗扰控制

三相逆变器系统是一个非线性、强耦合、负载扰动剧烈的系统,传统基于PI调节器的双环控制效果不尽人意。自抗扰控制(ADRC)将上述影响系统控制的不利因素视为总扰动,予以估计和动态补偿,然后施以合适误差反馈律,以获取理想的控制性能。针对三相逆变器交流电压控制问题,考虑到工程实用性,以交流电压及其一阶导数为状态变量设计二阶线性自抗扰控制器,并结合被控对象LC滤波器电感电流可测的特点,引入模型补偿项,以降低扩张状态观测器扰动观测压力,进一步提高自抗扰控制系统的跟踪精度。对传统自抗扰控制、模型补偿自抗扰控制和电压电流双环PI控制进行了对比实验,结果证明了所提策略在跟踪性能及抗扰性能方面的优势。     

基于负载转矩观测器的直驱式永磁同步电机新型速度控制器设计

为减小采用传统PI速度控制器控制时直驱式永磁同步电机转速的超调量,提出了一种新型速度控制器。同时,针对负载转矩和电机参数变化等扰动因素对系统控制性能的影响,设计了负载转矩观测器,并将观测的转矩值转换为负载电流引入到电流调节器的输入端,对新型速度控制器的输出进行补偿。仿真与实验结果表明,所提出的新型速度控制器可有效减小转速的超调量,提高转速的跟踪性能和系统的抗负载扰动能力;设计的负载转矩观测器能够对负载转矩进行准确的观测;采用的负载转矩前馈补偿控制方法进一步提高了系统的抗负载扰动能力,验证了该文所提基于负载转矩观测器的新型速度控制器的正确性和有效性。     

基于等效负载扰动观测器的直流电机转速鲁棒控制

针对直流电机速度控制系统负载的未知时变特性和被控对象参数的不确定性，设计了一种等效负载扰动观测器，并通过构造速度误差的Lyapunov函数，设计了一种新的基于等效负载扰动观测器的变结构鲁棒控制器。仿真研究结果表明，所设计的速度控制系统对负载扰动的变化和参数的时变性具有较好的控制效果和鲁棒性，对不同形式的速度给定信号具有较好的跟踪性能。     

结合电流应力优化的双有源全桥DC-DC变换器自抗扰控制

针对微电网系统中双向直流变换器需同时具有良好的稳态特性和动态响应这一问题,该文提出一种结合电流应力优化的双有源全桥（DAB）DC-DC变换器自抗扰控制方案,并对DAB变换器在扩展移相调制下的传输功率和电流应力数学模型、电流应力优化与自抗扰控制相结合等关键技术展开分析研究。在扩展移相调制基础上,利用条件极值法求解不同工作模式的电流应力最优解。同时构建自抗扰闭环,通过扩张状态观测器对系统状态进行实时估算,将输入电压突变、负载投切、电流应力优化策略导致传输功率波动等视作系统扰动并进行补偿。最后设计并研制一套200W实验样机,对比不同控制方案的性能,样机动稳态实验结果验证了所提出控制方案的可行性和先进性。