交流伺服系统中全整数状态观测器的研究

交流伺服控制中采用数字低通滤波可以抑制电流反馈噪声,提高速度反馈分辨率,但同时会带来反馈信号的相位滞后,将直接影响响应速度.引入电流环和速度环的状态观测器提高系统性能.为解决状态观测器中采用传统浮点数运算时,因自动下溢出产生误差的问题,提出全整数运算算法提高控制精度.对系统模型进行仿真对比分析后,设计了试验系统,并通过试验对比了采用全整数运算状态观测器与数字低通滤波器的系统性能,验证了这种状态观测器控制系统的优越性.     

永磁同步电机非线性自抗扰复合型控制策略研究

针对传统采用线性反馈的自抗扰控制器在误差收敛速度方面的不足,结合自抗扰控制思想,采用扩张状态观测器和非线性误差状态反馈的复合型控制策略,利用扩张状态观测器(ESO)观测系统扰动并进行前馈补偿,再通过引入非线性误差状态反馈(NLESF)生成控制量,使系统能够兼顾跟踪性能和抗扰性能,提高误差收敛速度.给出线性反馈和非线性反...     

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.     

一种新型IPMSM无位置传感器矢量控制系统研究

针对内插式永磁同步电动机(IPMSM)的凸极性,推导出其在两相静止坐标系下基于扩展反电动势(EEMF)的数学模型,在此基础上构造一种新型滑模观测器(SMO)用于实现无位置传感器矢量控制.该观测器引入估算扩展反电动势反馈,分析了反馈系数对观测器稳定性及扩展反电动势估计准确性的影响,提出一种反馈增益系数的自适应算法,拓展了滑模观测器在低速段的观测范围.为了削弱系统抖振的影响、提高观测值的精度,采用一种可变边界层厚度的饱和函数替代传统观测器中的符号函数,并基于锁相环(PLL)方法提取转子位置和速度信息.搭建基于新型滑模观测器的IPMSM无位置传感器矢量控制平台,实验验证了该观测器在低速段估算转子位置和速度的有效性.该控制方法具有调速范围宽、鲁棒性强等特点且算法简单、易于实现.     

矢量控制感应电动机H∞磁通观测器研究

转矩环和磁通环的解耦控制是矢量控制性能的保证,而解耦控制的精度取决于磁通观测器定向于电机实际磁通的精度.本文在分析电机参数不确定性的基础上,建立了考虑铁损的感应电动机全阶H∞磁通观测器.考虑磁通变化并采用增益规划控制设计线性时变系统的综合观测器,推导出不确定性与观测器误差的传递函数,通过配置观测器的极点区域提高H∞磁通观测器的动态性能,求解线性矩阵不等式得到H∞磁通观测器的反馈阵.建立实验系统,通过改变电机磁通幅值与电流模型对比了两种观测器的鲁棒性.     

永磁同步电机转速环扰动反馈线性化控制

针对永磁同步电机运行过程中的不确定性扰动问题,设计了基于高增益扩张观测器的永磁同步电机转速环扰动反馈线性化控制器.首先,基于永磁同步电机完全数学模型设计了高增益扩张观测器对系统不确定性扰动进行观测.其次,结合系统电流环PI控制,设计了基于电机简化数学模型的高增益扩张观测器,有效降低了观测器阶数,提高了系统执行效率.最后,在扰动观测的基础上,对系统转速环进行反馈线性化控制,提高了系统在扰动下的转速动态响应性能.对比实验结果验证了反馈线性化控制器在抗扰动方面的优势.     

表贴式永磁同步电机转速环复合PI无位置传感器控制

针对传统永磁同步电机转速环PI控制下转速跟踪性能差的问题,设计一种复合PI无位置传感器应用于表贴式永磁同步电机转速环控制系统。在传统PI控制的基础上,转速环采用积分钳位型抗积分饱和方法,增加给定输入微分前馈环节和控制增益环节,增强转速环系统跟踪响应性能。分析无阻尼自然频率和阻尼比两者参数选取对系统转矩扰动和角速度测量噪声抑制能力的影响,证明系统抗转矩扰动性能与抑制噪声性能之间存在矛盾。针对该问题,设计以电机转子角速度为状态变量的新型滑模观测器对角速度进行观测,将其直接引入至转速闭环系统反馈,避免角速度反馈噪声对转速跟踪性能造成影响。实验结果验证了该理论分析的正确性与控制策略的可行性。     

水面稳定平台干扰补偿技术研究

为补偿水面稳定平台系统所受外界干扰,在经典扰动观测器的反馈通道新增补偿控制环节,改进了传统扰动观测器结构,在控制器设计时引入速度规划算法。论证了引入改进型扰动观测器的控制系统具有内部稳定性和鲁棒稳定性。为验证扰动观测器的扰动补偿效果,建立基于改进型扰动观测器的稳定平台系统伺服控制模型,并引入经典Lu Gre摩擦模型模拟稳定平台运动过程中的摩擦力矩干扰。数值仿真实验及稳定平台实物实验表明,相比使用传统PI控制和经典扰动观测器控制,改进型扰动观测器补偿摩擦干扰的同时,提高了抑制高频测量噪声的能力,控制器引入速度规划算法能明显抑制系统定位抖动,提升了系统伺服控制性能。     

倒立摆伺服系统中的干扰补偿控制

研究了基于交流永磁同步电动机的倒立摆伺服系统的干扰补偿控制问题.在采用频率响应法辨识出电机速度环模型参数的基础上,利用干扰观测器对倒立摆伺服系统中由系统参数变化、机械非线性等产生的干扰加以估计,并将其作为补偿信号反馈到输入端.实验结果表明,采用干扰观测器的倒立摆伺服系统具有较强的鲁棒性.     

基于非线性自抗扰控制的双闭环PMSM速度控制策略研究

针对在传统PI控制策略下永磁同步电机伺服系统中存在转速易超调和抗扰能力差等问题,提出一种基于非线性自抗扰控制的双闭环永磁同步电机速度控制策略。在速度环和电流环中将传统的PI控制器替换为非线性自抗扰控制器,分别设计转速环和电流环的非线性自抗扰控制器。在转速环中,利用跟踪-微分器解决响应快速性和超调之间的矛盾;引入二阶扩张状态观测器,对扰动进行估计并补偿;通过非线性状态误差反馈控制律,提高系统的控制精度。在电流环中,通过引入自抗扰控制中最核心的扩张状态观测器,减小未知扰动对系统的影响。仿真结果表明,系统具有响应快、无超调、抗扰能力强的特点,对负载、转速变化具有较强的鲁棒性,验证了该控制策略的有效性。