主动电磁轴承–刚性转子系统PID控制器设计方法

PID控制策略简单、物理含义明确且适用性强,在主动电磁轴承(active magnetic bearing,AMB)系统中得到广泛应用。但是如何设计和调整控制器参数是一个实际问题。该文首先基于四自由度AMB-刚性转子系统的等效平面转子模型,给出一种简单可行的PID参数整定及设计方案。然后,在PID控制下定义AMB的等效刚度和等效阻尼,并在PD控制下分析偏置电流对AMB等效刚度和等效阻尼以及转子系统临界转速的影响,通过设置"自然"刚度和"自然"阻尼并结合P与D参数对系统临界转速以及鲁棒性的影响,完成PD参数的整定及设计,并对I参数的选择做简要分析。在一个AMB转子系统上进行数值仿真和实验,结果表明按照该文提出的PID参数整定及设计原则设计的PID控制器不仅能够使转子系统实现稳定悬浮,而且还能够使转子以较小的振动通过其刚体临界转速,实现转子在0～14000r/min转速范围内的稳定运行。     

单相光伏并网逆变系统的鲁棒状态反馈控制策略

介绍了一种基于LCL滤波器并网逆变器的鲁棒电流控制器设计。该控制器的设计同时考虑了电网阻抗参数的不确定性和内模控制器对参考电流的跟踪和抑制电网的扰动。通过逆变器的状态变量和内模控制原理的结合设计出了鲁棒状态反馈控制器。最后,搭建了仿真平台,对鲁棒状态反馈控制器和PI控制器分别进行仿真与分析,结果表明鲁棒状态反馈控制器对电网负载变化具有良好的抑制作用。     

异步电动机间接磁场定向的二自由度鲁棒控制器

间接磁场定向控制(IFOC)的异步电动机控制系统性能容易受到转子电阻变化和外界扰动的影响,一般的鲁棒控制在兼顾系统鲁棒稳定性和鲁棒性方面有所不足.为了解决这些问题,研究将基于Youla参数化的二自由度控制结构用于异步电动机的间接磁场定向控制,H<,∞>反馈控制器用于保证反馈闭环的鲁棒稳定性和鲁棒性能,设计基于日:优化的前馈控制器来保证系统即使在存在模型误差的情况下,仍具有良好的鲁棒跟踪性.仿真结果表明,所设计的二自由度控制器能够提高系统在参数变化和外界干扰下的性能.     

感应电机的一种输出反馈控制器设计

感应电机转子磁链观测是磁场定向系统控制中的关键步骤,然而电机在低速运行时定子电阻不确定性及转子转速变化对转子磁链观测准确性有很大的影响。采用线性变参数多胞输出反馈控制器设计理论,提出一种新的转子磁链观测方法。引入多胞技术,设计包含极点配置的随变参数自调整的输出反馈控制器。将感应电动机作为线性变参数系统,转子转速与定子电阻作为系统的变参数,设计系统控制器即转子磁链观测器。利用鲁棒控制理论,通过求解线性矩阵不等式组,实现满足鲁棒稳定性能和动态特性转子磁链观测器。仿真结果验证此观测器的正确性,磁链观测的水平有了较大的提高。     

基于输出反馈的同步发电机非线性鲁棒励磁控制

对一种适用于一般结构多输入多输出非线性系统的鲁棒输出反馈控制理论进行改进,扩展了其应用范围。针对单机无穷大系统,以发电机的角速度、机端电压及有功功率作为输出反馈信号,建立系统的可观测映射,推导出可观测域,并基于改进理论设计出非线性鲁棒输出反馈励磁控制器。该控制器无需测量发电机的转子角与暂态电势,实施方式简单。仿真结果表明该控制器对扰动有很好的抑制效果。     

基于刚性转子模型辅助线性自抗扰的电磁轴承-柔性转子系统过二阶弯曲临界转速振动控制EI北大核心CSCD

为了使支承在电磁轴承(active magnetic bearing,AMB)上的柔性转子系统以较小的振动跨越其2阶弯曲临界转速,首先建立柔性转子的状态空间模型和刚性转子的传递函数模型,得到所需刚性转子模型的参数;然后设计刚性转子模型辅助的线性自抗扰控制器;其次从增益、带宽和内置模型信息等方面分析自抗扰控制器的性能和模型辅助信息的有效性,用特征值轨迹的方法研究多输入多输出(multi-input and multi-output,MIMO)闭环柔性转子系统的稳定性;最后在一个AMB–多盘柔性转子试验台上进行试验研究。结果表明,所设计的刚性转子模型辅助线性自抗扰控制器能有效抑制柔性转子跨越2阶弯曲临界转速区的振动,改善传统自抗扰控制器的低频性能,降低噪声灵敏度。     

永磁同步电机无位置传感器鲁棒无源控制

提出一种永磁同步电机无位置传感器鲁棒无源控制方法。首先,建立了永磁同步电机耗散哈密顿数学模型。其次,在耗散哈密顿数学模型的基础上,设计了永磁同步电机鲁棒无源控制器,有效提高了永磁同步电机控制系统电流环和转速环的抗扰动性能和动态响应性能。与此同时,设计一种基于反电势的新型锁相环对转子位置和转速进行进一步估算,避免引入反正切函数和微分运算带来的转子位置估计抖振问题。实验结果验证了提出的无源控制方法的有效性。     

基于LMI的永磁同步电机鲁棒H∞自补偿滑模控制

针对传统矢量控制方案由滑模增益选择保守造成抗负载扰动与参数摄动等不确定因素的鲁棒性差的问题,设计了基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒H∞滑模速度控制器和电流控制器.在速度控制器设计中,将求解H∞状态反馈控制器增益问题转化为求解具有约束条件的LMI问题,从而求出H∞状态反馈控制器增益,构成滑模面.在此基础上,设计出基于范...     

基于鲁棒方差优化的电力系统频率控制研究

随着新能源发电大规模并网,随机负荷扰动给电力系统稳定优化运行提出了新的挑战。针对自动发电控制过程中存在的随机扰动和参数摄动的问题,提出了一种基于鲁棒方差约束的状态反馈控制器的参数优化方法。根据鲁棒方差控制(Robust Variance Control,RVC)中不等式约束条件,分析了闭环系统在抑制随机扰动和提高阶跃扰动响应动态性能之间的博弈关系。构造了融合稳态状态方差和控制能量输出约束的优化问题,利用线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)获得了鲁棒方差控制器参数。在此基础上,对配置的区域极点圆心坐标值和正标量两个参数进行遗传优化,得到性能指标最优的控制策略。以两区域电力系统模型为例,表明该方法能够有效抑制随机扰动并保持良好的控制性能和鲁棒性能。     

永磁同步电机自适应鲁棒电流预测控制

针对传统永磁同步电机电流预测控制易受电机内部参数摄动影响的问题,研究一种考虑电机内部参数摄动的自适应鲁棒电流预测控制算法。基于Lyapunov稳定性判据,设计自适应扰动观测器在线观测d,q轴系统扰动,用以实时补偿电流预测控制器的输出电压,校正系统扰动引起的模型失配,提高电流预测控制的抗参数摄动性能。实验给定永磁同步电机定子电阻、电感以及转子磁链三种参数摄动情况,结果验证了该自适应鲁棒电流预测控制算法的优良性能。     

永磁同步电机系统线性化H∞鲁棒控制

针对内埋式永磁同步电机伺服系统,研究了一种线性化H∞鲁棒控制方法。该方法基于微分几何理论,利用输入输出解耦线性化技术将系统模型转化为线性模型;然后采用最大转矩比电流控制策略增加系统的转矩输出能力;针对负载干扰设计了负载转矩观测器;最后基于线性化模型设计了H∞鲁棒控制器,提高系统对内埋式永磁同步电机系统参数变化的鲁棒性。仿真实验结果表明基于微分几何输入输出解耦H∞鲁棒控制伺服系统有较好的动态性能、抗干扰性能、跟踪性能和鲁棒性能。     

电磁轴承高速电机转子多频振动的电流补偿控制

在主动电磁轴承(active magnetic bearing,AMB)支承的高速电机系统中,转子的不平衡、电磁激励力及传感器的干扰等因素都会导致转子系统出现多频振动,严重地影响着电机的运行精度。为了抑制AMB-高速电机转子系统中的多频振动,该文提出一种通过电流补偿来对转子系统的多频振动进行控制的方法。首先建立四自由度AMB-高速电机刚性转子系统的动力学模型,分析多频电流形式,定义多频电流系数。然后,提出一种通过电流补偿来抑制AMB-转子多频振动的方法。接着,采用变步长三角形迭代搜索算法以加速多频电流系数的识别。最后,在某AMB-高速电机平台上进行仿真和试验研究。结果表明,提出的多频振动电流补偿算法可实现对多频电流系数的准确识别,能够对AMB-转子系统的多频振动进行有效地控制。     

基于变角度搜索算法的磁悬浮高速电机刚性转子系统的不平衡补偿方法

为降低主动磁轴承(active magnetic bearing,AMB)刚性转子系统的同频不平衡振动,通常采用基于陷波器的不平衡补偿方法,若要实现全转速范围内的振动抑制,需要对传统陷波器结构进行改进,但改进后的滤波器会对系统的稳定性产生影响。为避免此问题,该文提出基于定角度搜索和变角度搜索算法的AMB刚性转子系统不平衡振动抑制方法,直接根据转子实时振动大小产生控制信号的方法来实现不平衡补偿。定角度搜索算法设计简单,但是搜索角度单一,搜索规则固定,往往不能快速地搜索到目标值。进而对定角度搜索算法的搜索角度进行改进,使其可以根据转子实时振动在线调整,即进一步设计了变角度搜索算法。由于变角度搜索比定角度搜索算法的搜索过程更加灵活,因此AMB刚性转子系统的不平衡振动可以快速得到抑制。这种算法既不需要对陷波器结构进行改进,也不需要在转子临界转速前后对陷波器极性进行切换。     

一种离网型并联逆变系统鲁棒电压控制方法

针对带非线性负载的离网型并联逆变系统,设计了一种鲁棒电压控制方法。该电压控制采用串级结构:电压反馈补偿环节、电流跟随内环、比例-谐振-微分(PRD)电压控制外环。电压反馈补偿环节和电流跟随内环实现逆变滤波系统的降阶,便于外环控制器的设计;PRD电压控制外环对基波和特征次谐波分量采取并行准谐振控制,微分环节可进一步降低闭环系统阶次。所提鲁棒电压控制方法无需引入额外负载电流反馈补偿项,便可实现抵抗负载电流扰动,实现高精度电压跟随效果,避免补偿项采样和计算延时引起的低鲁棒性问题。实验结果表明:所提出的鲁棒电压控制方法能够提高并联逆变系统的功率均分效果,降低逆变系统之间的环流,具备抵御非线性负载扰动的能力。     

直驱XY平台的改进鲁棒迭代学习控制

针对直驱XY平台鲁棒交叉耦合控制(CCC)系统设计迭代学习控制(ILC)器的过程中,没有充分利用鲁棒控制的有效信息增加设计复杂性的问题。依据具有不确定性的直驱系统的鲁棒性条件和ILC在L2范数下的鲁棒收敛条件,采用鲁棒反馈控制器设计过程中保证鲁棒性的性能加权函数设计单轴ILC控制器。建立了直驱XY平台的系统模型,并给出了单轴鲁棒ILC控制器和双轴变增益CCC控制器的设计方法。与传统ILC控制器设计相比,所提出的方法不但保证了系统的鲁棒性,而且简化了设计过程,提高了系统的跟踪精度和轮廓精度。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于结构保留模型的静止无功补偿器鲁棒非线性控制

采用Hamilton函数方法研究了静止无功补偿器(SVC)的鲁棒非线性控制问题。首先基于系统网络结构特点,建立了包含SVC、恒功率负荷和有界外部扰动的电力系统的结构保留不确定非线性控制数学模型,然后通过坐标变换和预置状态反馈控制完成了系统的耗散Hamilton实现。最后,基于该耗散实现设计了鲁棒控制器,并分析了闭环系统的渐近稳定性。由于充分利用了系统的内在耗散结构特性,所设计的鲁棒控制器物理意义明确,易于实现。与常规PID控制器的仿真比较表明,该鲁棒控制器作用下系统的超调量小、响应速度快,能有效抑制外部干扰对系统暂态稳定性的影响,有效提高了系统的动态性能。     

直线永磁同步伺服系统的滑模-神经网络控制

针对直接驱动的直线永磁同步伺服系统,提出一种基于滑模控制和神经网络控制相结合的双自由度控制策略.滑模输入控制器保证了系统对给定的快速跟踪性能;神经网络输出反馈控制器对系统参数摄动和外在阻力变化进行抑制,并削弱了滑模控制引起的系统抖振.该控制策略很好地解决了直线永磁同步伺服系统的跟踪性能和鲁棒性能之间的矛盾.仿真结果表明该方案在保证伺服系统快速性的同时,对参数摄动和阻力扰动(尤其是非线性时变扰动)具有很好的鲁棒性.     

无轴承异步电机定子磁场定向控制的研究

在研究无轴承异步电机中实现电磁转矩与径向悬浮力之间的非线性解耦是电机稳定悬浮的关键所在,本文采用了基于d轴电流直接求解的无轴承异步电机定子磁场定向控制,克服了从常规定子磁场定向控制需加解耦器及其带来的输出延时的缺点。在悬浮力控制中引入单边磁拉力反馈控制,以减少系统延时及干扰对转子悬浮控制带来的误差。仿真结果表明电机动态、稳定性能优越。     

基于线性化反馈的异步电动机自适应解耦控制

根据异步电动机转子电阻和负载转矩随运行工况而变化的事实,拟应用微分几何多输入、多输出线性化解耦控制理论和模型参考自适应理论,研究提高电动机鲁棒性能的控制策略。最终得到磁链和转速动态解耦的2个二阶子系统。仿真结果表明,该控制策略能够有效解决系统内部参数的摄动和外部参数的扰动影响,系统控制鲁棒性高。     

基于神经网络和分数阶滑模的无轴承永磁同步电机悬浮控制系统

无轴承永磁同步电机悬浮力控制中,其强耦合特性会造成系统的抖动。针对该问题建立了无轴承永磁同步电机径向悬浮力模型;基于微分几何控制理论对强耦合悬浮系统进行精确线性化处理,并得到两个独立子系统;采用滑模控制对子系统进行解耦控制,并结合神经网络以解决滑动模切换过程中的抖振问题。同时设计了基于分数阶的神经网络滑模控制器,实现了系统不确定性的鲁棒控制,进一步避免了抖振的发生。通过仿真验证了基于分数阶的神经网络滑模控制系统响应速度快、抗干扰性能强、鲁棒性能好。