基于扩张状态观测器的电力系统混沌滑模控制

针对电力系统遭受较大周期性扰动时出现的混沌现象,提出了一种基于扩张状态观测器的滑模控制方法。设计扩张状态观测器观测系统的状态变量,通过定义扩张状态变量将外部扰动近似为1个已知量,简化滑模控制器的设计过程,实现系统的快速收敛。并采用Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明:该控制方法能够有效地控制电力系统混沌振荡,并缩短受控系统的收敛时间。     

基于terminal滑模与控制分配的飞翼布局无人机姿态控制

对于风场扰动中的飞翼布局无人机,需要考虑模型参数不确定和外界干扰对姿态控制的影响,以及解决操纵面冗余、附加力效应显著、多轴操纵耦合、舵效非线性等特殊问题。采用基于扩张状态观测器的terminal滑模和多目标非线性控制分配对姿态角的跟踪控制问题进行了研究,将扩张状态观测器与基于饱和函数的terminal滑模控制器相结合,在名义滑模控制律的基础上采用扩张状态观测器实现对干扰的估计和补偿,有效提高了系统的鲁棒性和控制精度,并且充分利用冗余操纵面,根据飞行任务需求,实现对多种目标综合权衡的非线性控制分配。     

基于双观测器的四旋翼无人机姿态控制

为了提高四旋翼无人机姿态控制精度及抗干扰性能,将干扰观测器与扩张状态观测器相结合,提出了一种基于双观测器的滑模抗干扰控制方法.首先,对于部分已知信息的干扰用外生系统模型描述,并用干扰观测器进行估计;然后针对复杂的非线性可微干扰采用扩张状态观测器进行估计;接着设计滑模控制律来补偿双观测器估计的干扰,进而实现姿态控制;最后利用李雅普诺夫理论证明了系统的稳定性.仿真结果表明,该方法相较于传统的PID控制具有更高的跟踪精度和良好的抗干扰能力.     

基于LESO的高超声速飞行器动态面控制

针对含模型不确定性和外部扰动的高超声速飞行器纵向运动模型,提出了一种基于线性扩张状态观测器的动态面控制方法。采用非线性动态逆技术实现了高超声速飞行器高度和速度通道的解耦;结合传统反演设计方法,引入一阶低通滤波器求取虚拟控制量的微分,避免了"微分爆炸"的问题;设计线性扩张状态观测器,实现了对模型不确定性和外部扰动等组成的"总和扰动"的精确估计,显著提高了系统的扰动抑制能力;利用Lyapunov理论进行闭环稳定性分析。仿真结果表明,所提出控制器参数配置简单,对参数不确定性和外部扰动等有较强的鲁棒性,具有良好的指令跟踪效果。     

基于自适应逆控制的永磁同步电机调速系统

针对永磁同步电机的反馈控制方法要兼顾系统动态性和抗扰性需求,在双闭环的矢量控制中采用具有扰动消除环节的自适应逆控制方法,能够避免系统的不稳定现象,提高系统的抗扰性能。首先,转速环采用基于前馈控制的自适应逆控制器,通过归一化的最小均方滤波算法使得转速误差能够快速收敛,并通过在线修正控制器权值,得到近似线性化的被控对象的逆模型。其次,为了抑制和消除电机参数摄动和外部扰动对系统的影响,采用扩张状态观测器对系统的扰动进行观测并补偿,同时提高系统动态性能和抗扰性能。最后,通过实验和仿真验证了所提方法的有效性。     

基于ESO的高超声速飞行器非线性动态逆控制

以高超声速飞行器(HFV)纵向运动模型为研究对象,针对其巡航飞行中存在的参数不确定性和外界干扰问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的非线性动态逆(NDI)控制方法。采用精确反馈线性化方法实现了HFV速度与高度通道的解耦,并设计了动态逆控制器;在此基础上为系统的速度和高度通道设计了二阶ESO,实现对等效扰动的精确估计,并在控制器中进行补偿,从而实现HFV对高度和速度指令的精确跟踪,保证控制精度的同时大幅提升了系统的扰动抑制能力。仿真结果表明,相比于滑模控制,文中所设计方法具有更快的响应速度和更好的跟踪精度,体现出该方法的良好控制性能和较强的鲁棒性。     

改进SMO与I-f启动相结合的PMSM无传感器控制

为了提高永磁同步电机的无传感器矢量控制性能,在中高速段对传统的滑膜观测器进行了改进,使用sigmoid函数代替sign函数,削弱了抖振。针对传统启动方式抗负载扰动能力差的问题,深入研究了电流闭环的I-f启动策略,预定位后,在电机绕组中输入幅值恒定、频率逐渐增大的旋转电流矢量,实现电机的电流闭环启动。为了设置合适的指令角加速度,引入平均转矩的概念,得到其取值的约束范围。仿真结果表明,I-f启动和基于改进后的滑膜观测器无传感器控制方法能够可靠运行,具有良好的动态性能和抗负载扰动能力。     

基于积分滑模控制器的PMSM调速系统

针对传统PI调节器鲁棒性差、抗干扰能力弱、容易受诸多因素影响以及永磁同步电机存在不确定性和负载扰动等问题,通过对永磁同步电机数学模型的分析,并结合滑模变结构控制理论,在永磁同步电机矢量控制系统的基础上,设计了一种积分滑模控制器。分析表明,在常规滑模面中引入状态量的积分量,可增强系统的抗扰动能力。仿真结果表明,所提方法具有较好的抗扰动能力,提高了调速系统的鲁棒性,改善了系统的动态性能。     

用线性状态观测器重构交流矢量控制系统中的负载扰动

在异步电动机磁场定向数学模型的基础上,给出了恒磁条件下异步电动机的解耦模型及传动系统的线性状态方程,并提出了重构负载扰动转矩的线性状态观测器。利用重构的负载转矩在矢量控制系统中进行扰动前馈,明显地提高了系统的抗负载扰动能力,从而为进一步提高矢量控制系统的动态性能开辟了一条有效的途径。     

火箭垂直返回双幂次固定时间收敛滑模控制方法

垂直起降可重复使用火箭返回飞行时受到复杂扰动和强不确定性影响,其姿态系统呈现出强非线性和高动态的特点.为克服扰动影响实现对姿态角指令的快速高精度跟踪,提出了一种基于双幂次固定时间收敛滑模面和固定时间收敛扰动观测器的快速高精度姿态跟踪控制器.对于返回飞行姿态控制系统中的有界匹配扰动,为避免观测器的调节过程影响控制系统的性能,在控制器的设计中引入了固定时间收敛扰动观测器,从而实现了对扰动的快速高精度估计;为实现姿态跟踪控制器的固定时间收敛,给出了基于双幂次修正项的一种双幂次固定时间收敛滑模面;基于观测器输出和双幂次固定时间收敛滑模面设计了快速姿态跟踪控制器,通过引入固定时间收敛扰动观测器的输出以补偿扰动影响,从而在允许的精度损失下去除不连续控制项以抑制滑模抖振. 最后通过返回飞行大气层内气动减速段的数值仿真验证了观测器和基于固定时间收敛扰动观测器的固定时间收敛滑模跟踪控制器的性能.     

An Improved Deadbeat Predictive Current Control Method for SPMSM Drives with a Novel Adaptive Disturbance Observer

To improve the dynamic performance of conventional deadbeat predictive current control (DPCC) under parameter mismatch, especially eliminate the current overshoot and oscillation during torque mutation, it is necessary to enhance the robustness of DPCC against various working conditions. However, the disturbance from parameter mismatch can deteriorate the dynamic performance. To deal with the above problem, firstly, traditional DPCC and the parameter sensitivity of DPCC are introduced and analyzed. Secondly, an extended state observer (ESO) combined with DPCC method is proposed, which can observe and suppress the disturbance due to various parameter mismatch. Thirdly, to improve the accuracy and stability of ESO, an adaptive extended state observer (AESO) using fuzzy controller based on ESO, is presented, and combined with DPCC method. The improved DPCC-AESO can switch the value of gain coefficients with fuzzy control, accelerating the current response speed and avoid the overshoot and oscillation, which improves the robustness and stability performance of SPMSM. Finally, the three methods, as well as conventional DPCC method, DPCC-ESO method, DPCC-AESO method, are comparatively analyzed in this paper. The effectiveness of the proposed two methods are verified by simulation and experimental results.     

基于有限时间干扰观测器的鲁棒积分跟踪控制

针对电液位置伺服系统同时存在的参数不确定和不确定非线性（统称为干扰）,导致传统非线性控制精度不高、跟踪性能不好等问题,提出基于有限时间干扰观测器（FTDO）的鲁棒积分跟踪控制策略. 通过将误差符号鲁棒积分（RISE）控制策略与FTDO融合,实现对未观测干扰的抑制. 考虑到实际系统中噪声对跟踪精度的影响,该控制策略结合期望补偿手段,提高跟踪精度. 通过Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的全局渐进稳定性. 对比实验结果显示,利用该方法能够有效提高电液位置伺服系统在干扰作用下的跟踪性能,在相同的测试工况下,与速度前馈PI控制器相比,跟踪精度提高了25%左右.     

模糊PID控制的助力模式对操纵稳定性影响分析

电动助力转向系统(EPS)设计中最重要的是助力控制模式的控制器设计。在PID控制的基础上引入了模糊控制,提出了基于模糊PID控制的助力控制模式;应用TruckSim和Simulink建立EPS联合仿真模型;采用常用的操纵稳定性开环和闭环两种评价方法进行PID控制和模糊PID控制仿真对比试验,研究模糊PID助力控制模式对EPS性能及整车操纵稳定性的影响。开环评价对比试验结果表明:模糊PID控制器的助力性能较好,但操纵稳定性略差一些。闭环对比试验表明:EPS助力控制模式能有效地提高转向系转向轻便性,模糊PID控制器作用下的操纵性和汽车行驶安全性较好。认为模糊PID控制器下的助力控制模式助力性能好于PID控制器,模糊PID控制器更适合EPS助力控制模式。     

永磁同步电机混合非线性控制策略

永磁同步电机是一个非线性多变量强耦合系统,采用传统的线性控制方法难以在大范围运行中保持良好的动态性能和鲁棒性.针对永磁同步电机的特点,提出一种结合滑模控制和自抗扰控制的混合非线性控制策略,用于永磁同步电机矢量控制系统设计.根据指数趋近律算法设计滑模控制器,用于内环的电流控制.外环的速度采用自抗扰控制,速度控制器对负载扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,提出的控制系统不仅具有良好的动态和静态性能,而且对负载及系统参数扰动具有较强的鲁棒性.     

一种机电位置伺服系统的抑扰控制策略及其实现

针对某型电机试验设备的三坐标自动定位安装系统存在较严重扰动的问题,探讨了相应的抑扰控制方法。首先建立了内扰因素复杂且重力荷载外扰显著的Z轴升降系统的动力学模型,在此基础上构建了一个交流伺服驱动的全闭环机电位置伺服系统,以初步达到消除系统各种环内扰动影响的目的。为了进一步提高系统的抗扰能力,在全闭环控制系统的位置外环控制器中引入先进的自抗扰控制器（ADRC）算法。基于该全闭环位置伺服系统进行Matlab/Simulink仿真实验,对位置环采用ADRC调节与PID调节的抗扰效果进行了比对分析,结果显示在恒定负载外扰下的位置跟踪性能及电气阻抗内扰下的位置保持性能ADRC控制优于PID控制。最后在试验设备上完成了相应的测试实验,对仿真结果作出了进一步的验证。     

连续聚合反应器的快速状态估计与鲁棒控制

本文以实际非线性连续搅拌槽反应器(CSTR)系统为背景,建立了对象的数学模型。提出了一种适合于在线应用的快速非线性状态估计器,与传统的估计器相比其有结构简单,计算量小和计时性强等优点。设计了一种能够同时进行设定值跟踪与扰动抑制的鲁棒控制器,并与上述估计器一起构成了一个CSTR闭环计算机估计与控制系统。     

基于反步法的板球系统自抗扰控制器设计

针对板球系统中存在的未知扰动、板与球之间的摩擦力等因素影响轨迹跟踪精度这一问题,研究了板球系统的自抗扰控制策略。首先建立板球系统的数学模型,通过适当简化、线性化与解耦得到线性模型;然后采用全程快速微分器对带有噪声干扰的输入信号进行滤波处理,进而设计高阶扩张状态观测器估计系统内部未知扰动;最后基于反步法设计非线性反馈控制器,并利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,改进的自抗扰控制器能够有效滤除噪声干扰,提高了轨迹跟踪精度。     

弹药传输机械臂固定时间终端滑模控制

为提高坦克弹药传输机械臂在路面激励等外界扰动下位置控制的鲁棒性,设计一种固定时间终端滑模控制器(fixed-time terminal sliding mode controller, FTSMC).推导含垂直基础振动的弹药传输机械臂动力学方程,将系统的基础振动处理成干扰项.采用新型固定时间收敛干扰观测器对系统不确定项进行补偿,改善了控制器的鲁棒性.结合固定时间收敛双幂次趋近律和固定时间终端滑模面设计固定时间终端滑模控制器.用Lyapunov理论证明了系统固定时间收敛特性. 3种工况下的对比实验表明,设计的复合控制器对不确定性干扰具有强鲁棒性,能够对外界扰动下的弹药传输机械臂进行准确定位控制.     

变速恒频双馈风力发电机空载并网滑模控制

根据矢量控制方法,基于积分切换函数的滑模变控制,设计了变速恒频风力发电机的并网控制策略,使系统在全局范围内对参数摄动和外部扰动都具有很好的自适应能力.在控制器中引入了饱和函数,降低了控制增益的大幅切换,保证了定子电压的稳定性.对并网前的动态响应、并网时的过渡过程以及该控制方法对外部扰动的不灵敏性,用PSCAD做了相应的仿真研究,并与传统的PI控制进行对比.     

Demagnetization Analysis and Velocity Tracking Control of In-wheel Motor

The error caused by irreversible demagnetization damages the accurate velocity tracking of an in-wheel motor in a mobile robot. A current feedforward vector control system based on ESO is proposed to compensate it for the demagnetization motor. A demagnetization mathematical model is established to describe a permanent magnet synchronous motor, which took the change of permanent magnet flux linkage parameters as a factor to count the demagnetization error in velocity tracking. The uncertain dist...