基于模型扰动抑制的直线伺服系统设计

针对高精度、微进给永磁直线交流同步电机 (PMLSM )驱动系统 ,采用基于模型的扰动抑制 (MBDA)方法 ,对诸如摩擦力、切削力、负载变动之类的扰动进行抑制。MBDA是利用一个与系统并行的标称模型 ,通过输出反馈 ,将系统输出与标称模型输出进行比较 ,得出误差信号 ,并通过设计一个补偿器将误差信号反馈给被控对象的输入端 ,从而实现扰动抑制。同时 ,针对速度环设计了积分 -比例 (IP)控制器 ,以满足系统快速跟踪指令的要求 ,并且其具有较强的抗扰动能力。仿真结果表明 ,该控制方法响应速度快 ,抗干扰能力强     

基于复合控制的圆筒形永磁直线同步电机位置控制

针对圆筒形永磁直线同步电机,设计了一种位置控制系统。考虑到直线电机的推力脉动、摩擦力和系统模型的不确定性,采用干扰观测器(DOB)对其进行在线估算并进行补偿,经过补偿,系统模型近似等价其标称模型;基于标称模型设计速度前馈控制器,基于速度控制系统的模型设计位置前馈控制器,使得永磁直线同步电机控制系统的输出能够无误差地跟踪期望的速度和位置响应曲线;采用综合校正方法设计反馈控制器,保证系统的稳定性。最后给出了仿真结果。     

永磁同步电机转速伺服系统鲁棒控制器设计

利用基于信号补偿的鲁棒控制原理提出一种永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motors,PMSM)鲁棒转速伺服控制器设计方法。将d-q轴下的PMSM模型转换为标称模型与不确定项和的形式,将模型参数偏差、负载转矩变化等均作为扰动包含在不确定项中,并称之为等价扰动。针对所建立的模型设计控制器,包括标称控制器和鲁棒补偿器两部分：标称控制器中包含了参考模型的信息,指定了系统的转速跟踪特性;鲁棒补偿器通过对等价扰动进行补偿来抑制转速跟踪误差。该文证明了闭环控制系统中的状态都会收敛到一个有界区域,且该收敛域的大小可通过鲁棒控制器的参数进行设定。通过在实际永磁同步电动机伺服系统上进行实验,验证了所提出的方法的有效性。     

基于SSO多扰动输入机理分析的DFIG-GSC功率振荡抑制策略研究

电网次同步振荡(SSO)已成为桎梏新能源发展的主要问题之一,针对SSO下双馈感应发电机(DFIG)中网侧变流器(GSC)的功率振荡问题展开研究。首先,建立SSO对GSC的多扰动输入数学模型,探究不同扰动输入的性质以及其对GSC系统的影响,明确了针对物理量扰动以及信号扰动分别采用补偿与滤除两种不同的抑制方法。其次,针对锁相环(PLL)输出误差经过坐标变换产生耦合振荡的问题,建立PLL输出误差角度的频域数学模型,并通过设计一种改进PLL消除其输出误差对GSC的信号扰动影响。同时,设计一种准谐振控制器的自适应算法,并提出基于自适应准谐振控制器的DFIG-GSC功率振荡抑制策略,消除SSO对GSC的物理扰动影响;最后,通过搭建具有SSO模拟环境的DFIG实验平台,验证本文所提控制策略的有效性。     

基于迭代学习与小波滤波器的永磁直线伺服系统扰动抑制

针对迭代学习控制(ILC)算法抑制永磁直线同步电机(PMLSM)周期性扰动时存在非周期分量影响问题,提出一种迭代学习控制算法与小波滤波器相结合的扰动抑制方法。通过重构输入误差信号,剔除非周期分量,从而使设计的PMLSM伺服系统迭代学习控制器快速收敛,减少了迭代次数。提出通过实验确定ILC中L形滤波器参数的方法。实验结果表明,与不带小波滤波器及传统PID比较,所提出的控制方法能够使系统的跟踪效果更好,且保证了在较少迭代次数下,被控系统的输出轨迹能精确地收敛到期望轨迹。     

永磁同步电动机的转速跟踪控制

针对永磁同步电动机(PMSM)研究了其建模与转速控制问题。建立PMSM的机理模型,引入线性变换将所得时变模型转换为线性定常模型。为实现无静差跟踪控制,在闭环系统的内部重现一个扰动信号的不稳定模型,并将输出跟踪误差作为其输入与被控对象串联,从而使跟踪误差非零时,控制器总会输出一个信号作用于被控系统,如此实现无静差跟踪。给出了被控系统实现无静差地跟踪给定参考的充分必要条件,实验结果证明了所提方法的有效性。     

参数扰动下感应电能传输系统改进型鲁棒控制

感应电能传输(inductive power transfer,IPT)技术应用于移动负载供电时,由于其能量传输的方向性限制,不可避免的振动、偏转等机械扰动容易导致系统传输功率的不稳定。主要针对移动负载供电时外部扰动带来的互感扰动问题,设计了一种适用于参数动态扰动下的IPT系统改进型鲁棒控制方法。借助线性分式变换,结合标称IPT系统广义状态空间平均模型及其参数的扰动特征,用含摄动反馈的线性动力学模型表征系统扰动模型;同时跟据广义混合灵敏度指标,计算基于系统扰动模型及目标传递函数的改进型H_∞鲁棒控制器;仿真及实验结果表明,所设计的鲁棒控制策略具有对输出电压的快速跟踪控制能力,且对参数扰动影响具有较好的抑制作用。     

一类具有高增益观测器的非线性系统的输出调节

针对具有由非线性外部系统产生的未知不确定性函数和未建模动态的非线性不确定系统,研究了其跟踪和干扰抑制问题。首先运用状态变换将输出调节问题转化为非线性系统的镇定问题,接着引入动态信号解决了动态扰动,并设计出高增益的状态观测器去估计不可测的状态。然后根据外系统信息设计自适应的非线性内模,结合自适应控制理论、Backstepping设计方法、模糊控制方法和Lyapunov法给出了输出反馈的自适应模糊控制器和自适应控制律,所提出的输出反馈控制器和自适应律能够实现整个闭环系统的跟踪和干扰抑制,并使得跟踪误差能渐近收敛到给定的任意小的领域内。最后仿真结果验证了所提出的控制器的有效性。     

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。     

风力发电系统最大功率跟踪自适应鲁棒控制

为了提高风力发电系统最大功率跟踪(MPPT)运行的工作性能,针对系统未知建模误差和外部扰动等不确定问题,提出了一种MPPT自适应鲁棒控制方法。该方法建立在基于广义扰动的风力发电系统角速度跟踪动态模型基础上,不依赖于系统模型参数和外部扰动辨识。利用MPPT跟踪偏差的非线性状态反馈和扰动边界值的在线实时估计,自适应地调整切换控制项增益,以加快系统收敛的速度。实际控制律经过一阶积分输出,进一步削弱控制输出信号幅值的抖振,平滑发电转矩,提高跟踪精度。通过构造Lyapunov函数,验证了闭环系统的全局稳定性。通过与常规线性PID控制和非线性动态状态反馈控制(SFC)进行仿真比较,验证了该控制器实现最大功率跟踪控制的良好效果,具有较强的鲁棒性和自适应性。     

快速响应的多电平双向电源及高精度电压控制方法

提出了一种快速响应的多电平双向电源及高精度电压控制方法 ,通过负载电流的中高频分量前馈,有效提高了系统的动态响应速度,并降低冲击性负荷下电源输出电压的剧烈扰动,增强了多电平电源的抗扰性能;同时针对电压环提出准比例谐振QPR(quasi-proportional resonance)+重复控制的控制方式,实现了输出电压在基频和主要次谐波频率处的无静差控制,从而提高了多电平电源输出电压的控制精度。所提控制方法能够有效提高系统的动态响应性能及其输出电压的控制精度,增强系统稳定性,可用于解决海岛国防设施和民用设备可靠供电的难题。     

高速无刷直流电机的快速锁相控制方法

作为航天器姿态控制的关键执行机构,控制力矩陀螺(CMG)转子的稳速精度是决定其输出力矩精度的重要因素之一,高速电机通常采用锁相环技术实现高精转速,但电机驱动电流的饱和非线性大幅度延长了锁相跟踪收敛时间和扰动恢复时间,严重影响稳速精度.本文建立了包含驱动饱和特性的高速无刷直流电机锁相控制系统模型,采用相平面法分析稳定性和跟踪时间,提出基于串联PD校正的快速锁相控制方法,针对该方法进行了仿真分析,锁相跟踪时间减少了90％,而且不会影响系统稳定性.仿真和实验结果验证了该方法的正确性和有效性.     

基于粒子滤波前馈补偿的电机伺服系统控制

针对电机轨迹跟踪过程的非线性非高斯噪声，提出采用基于粒子滤波的前馈控制器。同时对电机伺服系统提出一种二自由度控制结构，基于闭环系统的鲁棒最优性能指标，设计给定值状态目标跟踪控制器，根据系统稳态运行时的抗扰动要求，在过程输入和控制对象输入之间设计前馈控制器、在对象输入和输出端之间设计负载干扰抑制闭环，利用粒子滤波的方法消除非高斯噪声对控制系统的干扰。仿真实例验证了该控制系统的可行性和优越性，可以有效提高电机轨迹跟踪精度。     

基于变结构理论的感应电动机模糊线性调速系统

运用变结构控制理论分析和设计感应电动机磁场定向变频调速系统的模糊速度控制器 ,并在此基础上提出了在模糊控制器的输出增加开关线的前馈项构成模糊线性复合控制的方法。理论分析和实验结果均表明 ,这种复合控制方法 ,不仅保持了模糊控制器原有的鲁棒性 ,而且提高了响应的稳态精度 ,改善了系统响应的快速性。     

基于功率预测的自适应变步长MPPT算法研究

最大功率点跟踪技术(Maximum Power Point Tracking,MPPT)是光伏发电系统中关键技术研究的热点之一。针对传统扰动观察法跟踪速度和精度无法兼顾的问题,文中提出了一种以功率变化量为步长控制量的自适应变步长扰动观察法,通过判断功率变化趋势,对远离最大功率点,采用大步长逼近;靠近最大功率点,采用小步长逼近。首先建立太阳能光伏电池数学模型得到其输出特性曲线,再利用Matlab/Simulink搭建基于Boost电路的MPPT仿真模型,最后经仿真验证了本算法的稳定性、快速性和准确性比传统算法具有更好的MPPT暂态性能。     

基于小波变换能量分布和神经网络的电能质量扰动分类

提出了基于小波变换能量分布和BP神经网络的电能质量扰动的自动分类方法.利用小波变换对电能质量扰动信号进行多分辨分析,计算各分解层能量分布,求出该能量分布与标准信号能量分布差值并将其作为信号特征量,通过一个3层BP网络得到扰动的类型.该方法将小波变换系数转化为能量分布,减少信号特征的数量,从而简化了神经网络结构.测试结果表明,即使在较强噪声信号背景下,该方法对电能质量扰动类型的识别率仍可达到94.5%,证明了该方法的有效性.     

正反馈有源频率扰动孤岛检测的一种改进算法

反孤岛保护是光伏并网发电系统的主要特性指标。这里结合周期性扰动的正反馈有源频率扰动(AFDPF)法和2N周期电流扰动法的优点,提出一种新型AFDPF孤岛检测法。该方法通过检测电流频率扰动后输出端电压频率的变化来判断扰动效果,实现了孤岛保护。基于PSIM和Matlab软件平台对孤岛保护效果进行仿真,而后在6 kW的并网逆变器实验平台进行验证。仿真和样机实验结果表明,该方法可快速检测出孤岛状态。     

Disturbance-observer-based adaptive feedforward cancellation of torque ripples in harmonic drive systems

This paper proposes a scheme for controlling the output torque of a harmonic drive actuator equipped with a torque sensor. The control scheme consists of the internal model control (IMC) and an adaptive feedforward cancellation (AFC) based on a disturbance observer (DOB). The relationship between the IMC and the DOB is presented in this paper, and the IMC is adopted as a feedback compensator for its ease in design and implementation. The DOB, on the other hand, is suitable for estimating an unknown disturbance, and its output is applied to the AFC resonator that generates an adaptive dither to compensate for the torque ripples induced by harmonic drives. Compared with the conventional AFC, the salient features of the proposed DOB-based AFC include the independence of designing the AFC’s adaptation gain from the plant and the feedback compensator, fast convergence of the disturbance-cancellation error, and no influence of aperiodic reference changes upon the adaptive dither. The effectiveness of the proposed scheme is demonstrated through experimental results, in which its performance is shown to be superior to that of the conventional AFC.     

基于DSP的电阻炉温度模糊控制系统

为了提高电阻炉温度控制系统的控制精度和动态性能,提出了基于DSP的电阻炉温度模糊控制系统设计方法。该系统采用TMS320LF2407A DSP为微处理器,利用温度传感器AD590采集数据,经过模糊控制算法处理控制PWM输出占空比,实现电阻炉温度的调功控制。实验结果表明：该系统具有较高的稳态精度、较快的动态响应速度。系统所采取的软、硬件设计措施及模糊控制器设计方法具有一定通用性,也可用于其他温度控制系统中。