一种提高转矩控制系统性能的新型控制器

在传统异步电机转矩控制策略的基础上,将自抗扰控制器 (ADRC) 的核心环节--扩张的状态观测器 (ESO)引入速度环调节器,构造了一种基于ESO的新型控制器.建立了常规转矩控制系统和采用新型控制器转矩控制系统的仿真模型,并对仿真结果进行分析比较.仿真结果表明,采用新型控制器能有效改善直接转矩控制系统的性能,提高了系统运行的可靠性.新型控制器结构简单,易于实现.     

基于自适应迭代学习控制的永磁同步电动机稳态转速脉动抑制策略

为了提高永磁同步电动机转速控制的性能,抑制其稳态下的转速波动,设计了一种并联于传统速度PI控制器的自适应迭代学习控制器,用于对转速波动进行补偿。针对传统迭代学习控制器对非周期信号抗扰能力差的问题,提出了Fal函数与迭代学习控制器结合的方法,保证了系统在调速时仍具备良好的响应特性;针对迭代学习控制器迭代增益系数的整定问题,提出了一种控制参数自适应的迭代学习控制方法。实验结果表明,所提出的Fal函数与迭代学习控制器结合的方法能有效提升系统的抗扰能力;同时,提出的参数自适应方案也能提升迭代学习控制器对转速波动抑制的能力。     

基于ESO的PMSM系统自抗扰FCS-MPC策略

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)系统的控制性能,以反双曲正弦函数为基础,通过改进的扩张状态观测器(ESO)获取转速和反电动势项高精度估值,以自抗扰控制作为转速控制调节器,提出了基于ESO的自抗扰有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略,以减小电磁转矩脉动,降低算法的复杂性和计算量.与基于PI的 FCS-MPC策略相比,新的控制策略能够保证 PMSM系统稳定运行,具有良好的转速跟踪性、抗干扰性和鲁棒性.     

基于预测函数控制和扰动观测器的永磁同步电机速度控制

设计了基于预测函数控制的速度控制器,以减小永磁同步电机的转矩波动,提高电机的转速控制精度。针对因外部扰动因素引起的控制器跟踪性能下降问题,设计了基于预测函数控制和扰动观测器的双环控制器;通过扰动观测器估计系统扰动,并据此产生转矩电流补偿量对控制量进行前馈修正,从而实现扰动的抑制。实验结果显示：当电机从静止跟踪到设定600 r/min转速时,系统没有超调,稳态精度为2 r/min;当电机以600 r/min稳速运行并加入1.6 N·m的转矩扰动时,转速最大波动为5 r/min。与传统的PI控制算法相比,所设计的控制器使转速波动减小了4.2% 。仿真分析和实验数据表明：基于预测函数控制和干扰观测器的控制器能够有效地抑制扰动,提高系统转速跟踪精度。     

基于ESO的PMSM系统自抗扰FCS-MPC策略（英文）

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)系统的控制性能,以反双曲正弦函数为基础,通过改进的扩张状态观测器(ESO)获取转速和反电动势项高精度估值,以自抗扰控制作为转速控制调节器,提出了基于ESO的自抗扰有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略,以减小电磁转矩脉动,降低算法的复杂性和计算量。与基于PI的FCS-MPC策略相比,新的控制策略能够保证PMSM系统稳定运行,具有良好的转速跟踪性、抗干扰性和鲁棒性。     

基于模糊自适应控制的无轴承异步电动机SVM-DTC运行控制

提出了一种基于模糊自适应控制的无轴承异步电动机的空间矢量调制的直接转矩控制策略。通过模糊控制算法得到磁链和转矩的控制电压分量,实现了两个电压矢量的实时调整,解决了采用传统PI控制器所带来的脉动较大的问题。并利用Matlab/simulink仿真软件,分别建立基于模糊自适应控制的空间矢量调制的直接转矩控制系统和双PI控制的空间矢量调制的直接转矩控制系统模型。仿真结果表明,改进后的算法可以更好地抑制转矩、磁链的脉动及转速超调,提高系统的动态性能。     

车辆驱动桥加载实验台的自适应反推滑模控制研究

针对车辆驱动桥加载实验台存在的不匹配耦合干扰等问题,提出了一种基于自适应反推滑模控制(ABSMC)算法的控制器。首先,根据系统原理和传递函数,分别列出了含有不确定性的转速控制系统和转矩控制系统的状态空间方程;然后,利用基于李雅普诺夫的反推法和滑膜变结构控制法,进行了系统控制率的设计,并采用自适应控制策略对系统的耦合干扰进行了估计;最后,利用仿真的方式对控制器的有效性进行了验证。研究结果表明：采用自适应反推滑模控制时,转速和转矩控制系统的正弦跟踪性能明显优于自适应控制,系统跟踪精度高、稳态误差小;分别添加耦合干扰时,系统具有自适应性;在强烈干扰情况下,转速系统的最大跟踪误差为0.05 r/min,转矩系统的最大跟踪误差为0.09 N·m。     

无刷直流电机双模糊直接转矩控制系统的研究

针对无刷直流电机直接转矩控制存在传统PID速度环自适应较差和相对较大的转矩脉动等问题,对直接转矩控制系统的转矩观测等方面进行了研究,对直接转矩控制策略进行了归纳,提出了一种双模糊控制策略。在转速闭环中,以模糊自适应PID代替普通的PID控制,实现了PID参数的自适应整定。在转矩控制环中,在转矩滞环控制器的基础上,将转矩的偏差和转矩偏差的变化率模糊化,模糊控制非零矢量和零矢量的作用时间,消除了容差宽度选择对转矩脉动的影响,使转矩脉动进一步减小。研究结果表明,相比普通的直接转矩控制系统,引入双模糊控制策略的直接转矩控制系统,可进一步地减小电磁转矩脉动和提高转速的自适应调节能力,显著地改善系统的控制性能。     

电力机车永磁同步电机自适应模糊滑模控制

为研究牵引工况下电力机车永磁同步电机(PMSM)的转速控制精度,考虑轮轨接触不平顺及车体静载荷在轮对径向产生的未知时变负载转矩,建立了机车PMSM在d-q坐标系下的数学模型;针对该耦合非线性系统中存在的负载转矩,设计非线性转矩观测器对其实际值进行估计,对观测误差采用自适应模糊逻辑系统进行逼近;依据Lyapunov稳定性理论,构造了基于转矩观测器的自适应模糊滑模控制器。理论分析及仿真结果表明,机车PMSM闭环转速控制系统跟踪误差一致有界,转矩观测误差收敛于0。     

PI Ziegler-Nichols预测控制在机器人位置伺服控制中的应用

针对机器人姿态变换时伺服电机位置控制中惯量和负载转矩的变化,提出了一种PI Ziegler-Nichols预测并行控制策略。设计了PI Ziegler-Nichols控制器与预测控制器,PI Ziegler-Nichols控制可对传统PI控制器的比例、积分系数进行在线调整,抑制了参数变化和负载扰动,预测控制在误差较大时能够提高收敛速度并具有较好的跟踪能力。仿真结果表明,并行控制策略具有较好的稳定性和动态跟踪精度,当系统参量产生变化时,PI Ziegler-Nichols预测控制器可自适应调整,在机器人伺服系统中可实现较好的位置控制精度和较快的响应速度。     

Composite disturbance rejection control based on generalized extended state observer

Traditional extended state observer (ESO) design method does not focus on analysis of system reconstruction strategy. The prior information of the controlled system cannot be used for ESO implementation to improve the control accuracy. In this paper, composite disturbance rejection control strategy is proposed based on generalized ESO. First, the disturbance rejection performance of traditional ESO is analyzed to show the essence of the reconstruction strategy. Then, the system is reconstructed based on the equivalent disturbance model. The generalized ESO is proposed based on the reconstructed model, while convergence of the proposed ESO is analyzed along with the outer loop feedback controller. Simulation results on a second order mechanical system show that the proposed generalized ESO can deal with the external disturbance with known model successfully. Experiment of attitude tracking task on an aircraft is also carried out to show the effectiveness of the proposed method.     

基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略

针对传统带有滑模观测器的永磁同步电机控制系统中转矩脉动大、抖振明显、反电动势估计精度差等问题,提出基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略.首先,在速度环提出基于双曲正弦函数的新型趋近率,结合模糊控制思想对趋近率参数实现自整定,设计了一种基于新型趋近率的模糊积分滑模速度环控制器,并且对新型趋近率的抖振抑制效果给出严格分析.其次,提出基于变截止频率低通滤波器和修正反电动势观测器的两级滤波结构,抑制反电动势中的高频分量和测量噪声,并对转子位置进行合理补偿,继而设计了两级滤波滑模观测器;通过Lyapunov判据对本文提出控制策略的稳定性进行了推导证明.仿真和实验结果表明,与传统滑模观测器相比,改进的控制器使电机在启动和受到外部扰动时系统响应良好,有效改善了转矩脉动、抖振、反电动势的估计精度等问题.     

基于扰动观测器的永磁同步电机电流环自适应滑模控制

针对扰动对永磁同步电机转速伺服系统性能的影响,提出了基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法。设计了自适应律在线估计系统的内部参数摄动以补偿模型不确定性扰动。同时,设计了滑模扰动观测器实时估计系统外部负载扰动,并将观测值前馈补偿到电流环自适应滑模控制器,在提高系统鲁棒性的同时降低滑模控制系统的抖振。实验结果显示,采用基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法,系统可快速、准确、无超调地跟踪900r/min的速度指令,调节时间为0.08s,稳态误差为±5r/min。加入0.6N·m的负载扰动,该控制方法的最大转速波动为21r/min,比PI控制方法的转速波动减小了3.4%。仿真和实验结果表明,基于扰动观测器的电流环自适应控制方法提高了永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能,同时可有效抑制滑模控制系统的抖振。     

基于滑模和扩张状态观测器的双绕组无轴承磁通 切换电机转子悬浮控制策略研究

双绕组无轴承磁通切换电机是非线性多变量的复杂对象,传统的转速PI与径向位移PI控制存在超调大,系统易受外界扰动影响等缺点。基于滑模变结构控制思想,提出一种转子径向位移滑模控制策略。针对滑模控制中存在建模不准确,以及转子动力学模型中存在陀螺效应等问题,通过建立一种扩张状态观测器对系统扰动进行观测,并在滑模控制基础上加入扰动前馈补偿,设计出一种径向位移滑模控制与扩张状态观测器的复合控制策略。实验结果表明,所提径向位移滑模控制相比传统PI控制具有响应速度快、径向位移脉动小、抗负载扰动性强等优点。所提径向位移滑模与扩张状态观测器的复合控制策略,相比于径向位移滑模控制可有效减小转子径向位移脉动约30%,进一步增强了系统的鲁棒性。     

Output feedback model predictive control of hydraulic systems with disturbances compensation

Enhancing the robustness of output feedback control has always been an important issue in hydraulic servo systems. In this paper, an output feedback model predictive controller (MPC) with the integration of an extended state observer (ESO) is proposed for hydraulic systems. The ESO was designed to estimate not only the unmeasured system states but also the disturbances, which will be synthesized into the design of the output prediction equation. Based on the mechanism of receding horizon and repeating optimization of MPC, the output prediction equation will be updated in real time and the future behavior of the system will be accurately predicted since the disturbances are compensated effectively. Hence, the ability of the traditional MPC to suppress disturbances will be improved evidently. The experiment results show that the proposed controller has high-performance nature and strong robustness against various model uncertainties, which verifies the effectiveness of the proposed control strategy.     

基于MRAS的无速度传感器异步电机控制

为研究无速度传感器直接转矩控制系统中对速度的估算和控制,建立了一种基于模型参考自适应（MRAS）系统原理的速度磁链自适应观测器。它以定子电流和定子磁链为状态变量,构建全阶观测器为可调模型,电机本身为参考模型,把磁链观测和速度辨识结合起来,直接把定子磁链观测值应用于直接转矩控制算法中,定义了李亚普诺夫函数,并根据其稳定性理论确定了速度自适应律。通过Matlab／Simlink软件进行了仿真。仿真结果表明,该系统对电机定子磁链的观测精度高,速度运算较准确,在全速范围内能保持较高的性能。     

Real time simulation of nonlinear generalized predictive control for wind energy conversion system with nonlinear observer

In order to make a wind power generation truly cost-effective and reliable, an advanced control techniques must be used. In this paper, we develop a new control strategy, using nonlinear generalized predictive control (NGPC) approach, for DFIG-based wind turbine. The proposed control law is based on two points: NGPC-based torque-current control loop generating the rotor reference voltage and NGPC-based speed control loop that provides the torque reference. In order to enhance the robustness of the controller, a disturbance observer is designed to estimate the aerodynamic torque which is considered as an unknown perturbation. Finally, a real-time simulation is carried out to illustrate the performance of the proposed controller.     

无刷直流电机参数自适应负载观测器设计

在分析无刷直流电机负载观测器存在的电机参数变化时不能对负载进行可靠观测问题的基础上,设计了基于Lyapunov稳定性的参数自适应负载观测器,讨论了该自适应观测器只能对电机单一参数辨识的算法缺陷。提出综合采用电机电阻在线测量和自适应负载观测器技术,获得了对无刷电机多参数变化的辨识和负载的精确观测效果。对采用该负载观测器补偿的电机驱动液压泵转速控制系统进行了仿真分析。仿真数据表明:笔者设计的电阻在线测量无刷直流电机自适应负载观测器算法能快速跟踪参数变化,实现对电机负载转矩的精确观测。