采样系统快时变扰动比例积分观测器鲁棒H2/H∞控制

针对控制系统存在快时变扰动或噪声使传统观测器存在较大观测误差问题,依据鲁棒控制理论,采用线性矩阵不等式(LMI)方法,设计鲁棒H2/H∞全维状态比例积分观测器.研究系统在快时变扰动情况下,采样系统基于改进比例积分观测器的状态观测效果及鲁棒稳定性,得到一类充分条件,给出快时变扰动观测器比例增益、积分增益、控制器增益以及鲁棒H2性能指标的求解方法.仿真结果表明:所设计的观测器鲁棒性强,提高了状态观测精确度.     

基于扰动观测器的永磁同步电机电流谐波抑制方法*

在永磁同步电机控制系统中,dq轴电流通常存在多种谐波干扰,例如逆变器死区时间、电机本体磁场分布谐波、电流采样误差等都会引起电流产生谐波。为此提出一种扰动观测器,根据电机dq轴电压方程,观测电压扰动项,并对其补偿,以抑制各类电流谐波。通过对提出的扰动观测器的分析,说明了该方法电流谐波抑制机理,同时也给出了观测器的参数选取和稳定性证明。研究结果表明加入扰动观测器后,A相电流的5次、7次谐波及THD较没加入扰动观测器分别减小了68%、80%和30%,验证了所提扰动观测器的电流谐波抑制效果。     

基于鲁棒扰动观测器的交流电力弹簧反馈线性化解耦控制

交流电力弹簧(ACES)可有效抑制由高渗透率可再生能源发电引起的交流微电网有功功率波动,但ACES是典型的强耦合、非线性对象,而依赖于模型局部线性化的传统矢量控制难以实现存在不确性扰动情形下的宽范围功率精确控制.为此,文中提出一种基于鲁棒扰动观测器的ACES反馈线性化解耦控制方法.针对ACES的强耦合特性,构建了ACES两输入/两输出李导数仿射模型,设计了解耦矩阵,解耦矩阵与ACES耦合模型联合观测,可等效为全解耦的dq两相电流积分器,简化控制器设计.针对ACES的非线性特性,采用精确反馈线性化控制方法,设计状态变换矩阵,反馈线性化控制律与ACES非线性模型联合观测,可等效为完全线性化对象,采用简单线性控制,即可实现期望功率轨迹准确跟踪与系统全局渐进稳定运行.针对参数摄动影响精确反馈线性化控制性能的问题,设计了形式简单的鲁棒扰动观测器,消除不确性扰动对精确反馈线性化控制跟踪性能的影响.基于MATLAB/Simulink的仿真结果和基于dSPACE的实验结果表明所提方法具有结构简单、动态性能好、稳定域宽、鲁棒性强的特点.     

一种平台运动误差纠正复合双环控制方法

对于非线性系统提出一种新型双环复合控制方法,一是利用干扰观测器实时观测外部扰动,进而引入补偿消除外部扰动,二是引入速度观测器观测出电机的速度作为速度环上的反馈信号,降低了测量带来的高频干扰;其次,证明了干扰观测器和速度观测器能有效提高系统的稳定性;最后,对于一个实际系统进行单独加入干扰观测器、速度观测器和同时加入二者进行实验仿真,结果表明,在控制系统中同时使用二者能有效提高系统的性能.     

采样系统慢时变扰动比例积分观测器鲁棒控制

针对控制系统存在扰动或噪声使传统观测器存在较大观测误差问题,依据鲁棒控制理论,采用线性矩阵不等式(LMI)方法,设计了鲁棒H2/H∞全维状态比例积分观测器。研究了系统存在慢时变扰动情况下,采样系统基于比例积分观测器的状态观测效果及鲁棒稳定性,得到了一类充分条件,给出了观测器比例增益、积分增益、控制器增益以及鲁棒H2性能指标的求解方法。仿真结果表明,所设计的观测器计算量小,鲁棒性强,提高了状态观测精确度。     

基于鲁棒非线性控制的无刷直流电机调速系统

设计了一种基于鲁棒非线性控制的无刷直流电机速度伺服系统。控制律中包含线性反馈、非线性反馈和扰动补偿三部分,分别实现快速响应、抑制超调和消除稳态误差的功能,采用一个降阶观测器对系统的不可量测状态和未知常值扰动进行估计。通过Matlab/Simulink进行仿真研究,结果表明所设计的控制系统可以对目标转速进行快速平稳和准确的跟踪,且对负载扰动和系统参数差异具有较好的性能鲁棒性。     

PMSM位置伺服系统的鲁棒复合非线性控制

为实现永磁同步电机伺服系统的快速与准确位置控制,提出一种鲁棒复合非线性控制方案。控制方案中包含线性反馈、非线性反馈和扰动补偿3部分,其中线性反馈可实现快速响应,非线性反馈用于抑制超调,而扰动补偿机制则采用线性扩展状态观测器对系统不确定性和未知扰动加以估计和补偿,以消除系统稳态误差。针对PMSM位置伺服系统模型,设计了一个参数化控制器,并从理论上分析了闭环稳定性。基于TMS320F2812进行了实验测试,结果表明控制系统可以实现快速、平稳和准确的定点位置控制。这种控制方案可方便地应用于相关的伺服系统。     

无传感器内置式永磁同步电机低速运行转子位置鲁棒观测器

低速运行控制是无位置传感器内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)控制系统的关键技术。为了改善无传感器IPMSM矢量控制系统的低速性能,研究了一种基于高频信号注入的转子位置鲁棒观测器,以使位置观测环节具有较强的抗负载扰动能力。在分析扰动转矩可能导致观测器收敛到磁极相反位置问题基础上,针对扰动转矩特性对转子位置鲁棒观测器的结构进行设计。根据阶跃式和斜坡式扰动转矩特性及位置观测误差期望指标,采用极点配置的方法对观测器反馈增益矩阵参数设计进行分析。通过IPMSM无传感器矢量控制系统验证了该转子位置鲁棒观测器的有效性。     

变增益策略在PMSM自抗扰控制中的应用与研究

本文采用一阶线性自抗扰控制(LADRC)作为永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统的调速算法,针对传统LADRC固定的扰动观测增益难以同时实现抗噪与抗扰双优化的问题,本文提出了根据扰动进行自适应调整的线性扩张状态观测器(LESO)变增益策略,设计出实用简单的变增益线性扩张状态观测器(VLESO),并分析了其收敛性和参数特性。最后通过Simulink搭建控制系统模型并进行仿真,得出结论,基于变增益策略的线性自抗扰控制(VLADRC)兼具出色的噪声抑制和抗干扰能力,将其运用于PMSM的矢量控制调速系统,有效提高了调速系统的抗负载与抗噪性能,验证了该方法的可行性。     

基于谐波抑制和扰动观测器的磁通切换永磁直线电机联合控制方法

为解决磁通切换永磁直线(LFSPM)电机驱动系统推力波动较大的问题,研究其定动子双凸极结构引起的与位移相关的定位力以及参数摄动、外部扰动等非线性因素对电机运行稳定性的影响,提出了一种将谐波抑制算法和扰动观测器相结合的联合控制策略。首先,在分析磁通切换永磁直线电机定位力的基础上,通过注入谐波电流产生的电磁推力抵消定位力的主要谐波分量,从而实现对定位力的补偿;同时将参数摄动引起的电机模型误差和外部干扰视为系统扰动,利用扰动观测器对其进行观测,并将观测值作为补偿信号反馈到输入端以抵消扰动对系统的影响,在保证对系统扰动有较强鲁棒性的同时,提高系统的动态性能。最后,搭建了基于AD5435半实物装置的实验平台,并通过实验研究验证了所提控制算法的可行性和有效性。     

单相级联H桥整流电路非线性控制策略

针对电力电子牵引变压器输入级单相级联H桥(CHB)整流电路的非线性及扰动工况,提出一种基于静止坐标系的非线性优化控制策略。根据系统仿射非线性模型及微分几何理论,提出基于部分反馈线性化的零动态设计方案,对其线性部分采用二次型最优方法以确定反馈增益,并引入谐振环节以实现零相差跟踪;对于零动态则采用基于扩张状态观测器的自抗扰控制策略,以提高系统在负载大范围扰动时的控制品质。实验结果表明,该控制策略能提高CHB系统在电网电压及负载扰动时的动态响应速度,保证网侧电流及直流电压快速稳定调节,同时使网侧在单位功率因数下运行,各模块直流电压均衡。     

采用自抗扰控制器的永磁直线电动机速度控制

设计了一种基于自抗扰控制原理的永磁直线电动机调速系统。将系统内部模型的不确定性与系统的外部扰动统一视为系统的未知干扰，通过扩张状态观测器来估计，根据估计状态设计非线性反馈控制律进行直接反馈线性化补偿，使直线电动机速度调节转化为解耦的线性系统的控制。仿真结果验证了该控制策略对状态的正确估计，以及对摩擦力和纹波推力扰动对速度精度影响抑制的可行性和鲁棒性。     

基于线性自抗扰控制的微网逆变器时-频电压控制策略

微网是一个非线性、强耦合、多约束、负载扰动大的系统,传统比例-积分(PI)双环控制已经无法满足需求,自抗扰技术通过补偿扰动可使微网逆变控制系统的性能显著改善。据此,文中提出了基于线性自抗扰控制(LADRC)的微网逆变器时-频电压控制策略。为了提高微网逆变器的抗扰性能和动态性能,在时域上,设计和分析了dq轴解耦环节、带电容电流反馈的降维扩张状态观测器以及线性状态误差反馈控制律;为了提高微网逆变器在各谐波频率处的跟踪精度和抗扰性能,分析了时域LADRC系统的频率响应特性,并据此设计和分析了频域上的实部/虚部解耦环节和时-频域LADRC策略。最后,针对工作在孤岛模式下的微网逆变器,对所提策略进行了实验验证。实验结果表明,与PI双环控制对比,基于LADRC的微网逆变器时-频电压控制策略具有更好的解耦、抗扰、动态性能,并能精确控制谐波电压以达到抑制谐波的效果。     

离散伺服定位系统的复合非线性控制

针对带有扰动和执行器幅值受限的伺服系统,提出一种离散时间复合非线性控制方案,用于实现快速和准确的定点跟踪。此控制方案是在复合非线性反馈控制的框架中嵌入一个扰动估计与补偿机制。其中,复合非线性反馈控制律包含线性和非线性反馈两部分,分别实现快速响应和抑制超调,从而提高瞬态性能;采用一个降阶观测器对系统中的不可量测状态和未知常值扰动进行估计,并用于补偿,从而消除稳态误差。对该控制方案下的闭环系统稳定性进行理论分析。将提出的控制方案应用于一个双积分模型的伺服系统,进行仿真研究,并与一种采用积分控制来消除扰动的复合非线性反馈控制方案进行比较。结果表明所提出的控制方案在定点跟踪任务中具有更好的性能鲁棒性。     

Composite adaptive disturbance observer‐based control for a class of nonlinear systems with multisource disturbance

Antidisturbance control and estimation problem are introduced for a class of nonlinear system subject to multisource disturbances. The uncertain multisource disturbances consist of not only a single harmonic or constant disturbance but also another unexpected nonlinear signal described as a nonlinear function. The composite adaptive disturbance observers are constructed separately from the controller design to estimate the disturbance with partial known information. By integrating disturbance observer‐based controller with robust adaptive control, a novel type of composite adaptive disturbance observer‐based control scheme is presented for a class of nonlinear system with multisource disturbances. Simulations for a flight control system are given to demonstrate the effectiveness of the results compared with the previous schemes. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于干扰观测器的永磁同步直线电机自适应PID控制

针对永磁同步直线电机精确速度跟踪的问题,提出一种基于干扰观测器的自适应PID控制器。针对基于矢量控制的直线电机模型设计非线性干扰观测器进行干扰观测。同时,基于李雅普诺夫稳定性设计超限补偿控制器以及在线更新的投影自适应律使PID控制律始终跟随反馈控制律。最后通过试验分析结果,证明了该控制策略有更好的动态性能及鲁棒性。     

锅炉过热蒸汽温度系统的串级自抗扰控制

针对过热蒸汽温度系统是一个非线性、时滞系统,而且它本身又有大惯性、大延迟的特点,提出了串级自抗扰控制的方法.在过热蒸汽导前区的内环控制中,应用扩张状态观测器、状态误差的非线性反馈、扰动估计补偿相结合的控制方法;在惰性区的外环控制中,应用高阶自抗扰控制对其进行控制.仿真实例表明,此控制方法具有很好的抗干扰能力,能对过热蒸...     

基于三相变流系统的级联改进自抗扰控制策略

针对LCL型变流系统存在的谐波谐振现象和系统稳定运行问题,提出一种基于级联改进自抗扰的变流器控制策略。首先,建立三相LCL型变流器在dq坐标系下的数学模型;然后,在线性自抗扰控制（LADRC）策略基础上引入观测器解耦设计方法,形成改进自抗扰控制策略,提升系统对谐波谐振现象的抵抗能力;最后,形成改进自抗扰和传统自抗扰相结合的双闭环控制策略,并搭建仿真模型进行验证。仿真结果表明,相较于传统三阶自抗扰和比例积分控制,级联改进自抗扰控制下的系统具备更佳的谐波谐振抑制效果与稳定能力。