基于迭代学习的直线伺服系统推力纹波辨识及补偿研究

具有周期性规律的推力纹波扰动是影响直线伺服系统的高速高精性能的重要原因之一,该文根据推力纹波扰动的周期性规律,在给出直线进给控制器结构及推力纹波数学模型的基础上提出一种基于迭代学习的推力纹波参数辨识及补偿的方法,该方法通过最优性能指标函数确定了迭代学习规律和收敛性,并通过前馈进行推力纹波补偿。实验结果表明该方法显著提高直线伺服系统的位置跟踪精度和高速响应性能,满足其高速高精的要求。     

高性能永磁直线同步电机鲁棒速度伺服系统的研究

文章针对高性能永磁直线同步电机 ( PML SM)速度伺服系统的要求 ,首先提出了一种基于传统观测器导出的辨识方法 ,对负载阻力、动子质量 ,粘滞摩擦系数进行在线辨识 ,实时补偿上述 3个参数变化所造成的推力扰动。其次 ,设计了一个时滞补偿器 ,对逆变器电路电力传输滞后和转速测量滞后所造成的系统动态性能下降进行了补偿。最后 ,结合 IP速度控制器设计了一高性能永磁直线同步电机速度伺服系统。仿真实验表明 ,所设计系统具有很强的鲁棒伺服性能。     

高性能永磁直线同步电机鲁棒速率伺服系统的研究

文章针对高性能永磁直线同步电机（PMLSM）速度伺服系统的要求,首先提出了一种基传统观测器导出的辨识方法,对负载阻力、动子质量,粘滞磨擦系数进行在线辨识,实时补偿上述3个参数变化所造成的推力扰动。其次,设计了一个时滞补偿器,对逆变器电路电力传输滞后和转速测量滞后所造成的系统动态性能下降进行了补偿。最后,结合IP速度控制器设计了一高性能永磁直线同步电机速度伺服系统。仿真实验表明,所设计系统具有很强的鲁棒伺服性能。     

基于神经网络推力观测器的永磁直线电机滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统易受到负载扰动、参数变化和推力波动的问题,为确保在较宽的速度范围内实现更为精确的速度控制,采用基于神经网络推力观测器的滑模控制取代常规的PI控制,滑模变结构控制律采用等效控制法,加上负载扰动前馈补偿项,而扰动补偿则是通过线性推力观测器并联一个神经网络观测器相加而得.实验和仿真结果表明,此方法较常规PI控制提高了跟踪性能,增强了伺服系统对参数摄动和外在扰动的稳健性.     

基于扩展卡尔曼滤波器的高速永磁直线同步电机扰动前馈补偿

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统易受摩擦力和推力波动等外部扰动影响的问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的扰动前馈补偿方法。首先,建立了与位移函数相关的扰动模型,作为扰动前馈补偿器。然后,利用EKF估计电机初始位置并反映到扰动前馈补偿器中,同时自适应调整扰动模型的系数,以实现扰动模型与实际扰动的同步,达到对系统扰动补偿的目的。最后,系统仿真和实验结果表明该方案是有效可行的,与扰动观测器相比,基于EKF的PMLSM伺服系统在扰动补偿方面具有更加优越的性能。     

永磁直线同步电动机推力波动抑制

针对高精度直接驱动的永磁直线同步电动机控制系统,研究其摩擦力、端部效应以及系统参数变化等不确定性因素对系统控制性能产生的影响,在分析其端部效应引起的推力波动的基础上,提出了一种电流预测控制模型,通过注入谐波电流对因端部效应引起的推力波动进行补偿;同时设计扰动观测器对因摩擦力及参数变化等不确定性因素引起的推力波动进行补偿,进一步消弱推力波动。最后,通过实验平台实现了该控制算法,实验结果表明,该控制方案有效抑制了因端部效应及其他不确定因素引起的永磁直线同步电动机伺服系统的推力和速度波动。     

基于组合继电反馈的永磁同步直线电机力波动辨识方法

在永磁同步直线电机中,由齿槽效应和端部效应引起的推力波动是制约其动态性能的重要因素.提出一种基于组合继电反馈的推力波动辨识方法,且利用辨识结果实现推力波动的补偿.针对某直驱进给实验平台,首先建立其动力学模型,设计基于理想继电环节和含有死区的迟滞继电环节相结合的信号激励源;其次利用描述函数对各非线性环节进行谐波线性化进而获取各环节的双输入描述函数,再根据非线性系统极限环存在条件确定系统待辨识参数的解析表达式;最后,通过仿真和实验验证了该方法的可行性和准确性.实验表明当直驱进给系统匀速运动时,含有推力波动补偿时伺服系统的推力电流波动比补偿前降低了46.3％,其跟踪误差的方均根由34.1μm降至19.3 μm.     

基于组合继电反馈的永磁同步直线电机推力波动辨识方法

在永磁同步直线电机中,由齿槽效应和端部效应引起的推力波动是制约其动态性能的重要因素。提出一种基于组合继电反馈的推力波动辨识方法,且利用辨识结果实现推力波动的补偿。针对某直驱进给实验平台,首先建立其动力学模型,设计基于理想继电环节和含有死区的迟滞继电环节相结合的信号激励源;其次利用描述函数对各非线性环节进行谐波线性化进而获取各环节的双输入描述函数,再根据非线性系统极限环存在条件确定系统待辨识参数的解析表达式;最后,通过仿真和实验验证了该方法的可行性和准确性。实验表明当直驱进给系统匀速运动时,含有推力波动补偿时伺服系统的推力电流波动比补偿前降低了46.3%,其跟踪误差的方均根由34.1μm降至19.3μm。     

基于七阶EKF的永磁直线伺服系统变质量估计和扰动补偿

永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统易受摩擦力和推力波动等外部扰动的影响,为保证系统按照期望轨迹运动,需要对这些扰动进行补偿,而且系统质量信息的准确性对扰动补偿能力有很大影响。针对这一问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的变质量估计和扰动补偿方法。首先,建立与电机位置有关的扰动模型,作为扰动补偿器。然后,采用七阶EKF计算电机初始位置、估计质量的变化并反映到扰动补偿器中,同时通过自适应律整定扰动模型系数确保扰动模型与实际扰动保持同步,实现对系统的变质量估计和扰动补偿。实验结果证明了所提控制方案的有效性与可行性,明显提高了系统的位置跟踪性能和抗扰性能。     

基于周期性扰动学习的永磁直线电机自适应滑模位置控制

针对永磁直线同步电机伺服系统易受周期性扰动、摩擦力及参数摄动等不确定性因素影响位置跟踪精确度的问题,提出了一种基于周期性扰动学习的自适应滑模控制方法.采用滑模控制确保永磁直线同步电机伺服系统对不确定性因素具有较强的鲁棒性,提高系统响应速度.利用周期性扰动学习算法学习系统中的周期性扰动并进行补偿,同时设计自适应律估计系统非周期性扰动和学习误差,削弱滑模抖振现象.基于李雅普诺夫稳定性理论,分析证明了此控制器的渐进稳定性,保证系统位置跟踪误差在有限时间内收敛.仿真与实验验证了所提出的周期性扰动学习的自适应滑模控制器能显著提高永磁直线同步电机伺服系统的动态响应性能和鲁棒性能,而且可以达到更高的位置跟踪精确度.     

电励磁直线同步电机磁悬浮系统自抗扰控制

电励磁直线同步电机(EELSM)磁悬浮控制系统能够实现直接驱动和无摩擦进给,有效提高伺服系统的稳态及其动态性能,考虑EELSM系统运行中受到不确定性扰动的问题提出自抗扰控制(ADRC)策略。根据EELSM的特殊结构和工作机理,推导EELSM系统的数学模型,包括励磁回路的电压方程、磁悬浮力方程和运动方程。设计三阶非线性自抗扰控制器(NLADRC),将悬浮方向上的外界扰动作为系统的“总扰动”,对总扰动进行估计和补偿,可以有效提高系统抗扰能力以及跟踪精度。由于NLADRC存在多参数的整定、以及物理意义不明确等问题,总结出非线性函数参数整定的规律。最后,建立ADRC系统的仿真模型。仿真结果表明,通过与PI控制器对比,采用ADRC的EELSM伺服系统具有良好的动态性能,并且能有效抑制扰动。     

基于改进内模控制的永磁同步电机电流环设计

永磁同步电机(PMSM)作为一种高阶非线性系统,由于参数摄动和外部干扰的原因,传统内模控制器不能保证其精确的控制要求。在传统内模控制的基础上,设计了一种基于指数收敛的误差干扰观测器。在解耦和反电动势补偿情况下,建立内模控制器,然后由内模控制器的输出和反馈电流,构造误差干扰观测器的状态方程,输出误差补偿信号,补偿电机运行过程中参数变动和干扰因素,实现PMSM的高精度控制。建立MATLAB/Simulink仿真模型,仿真中人为增加不确定量和扰动。仿真结果表明,在存在不确定信号和负载扰动时,采用改进的内模控制可以实现电流补偿,降低电流纹波,减小电流稳态误差,同时提高转速响应速度,降低扰动误差。     

基于神经网络推力观测器的滑模控制在抑制直线伺服系统推力波动中的应用

文章针对直接驱动交流直线伺服系统低速时存在的推力波动问题，提出了一种滑模控制方案。通过一种新型的神经网络负载推力观测器和扰动前馈补偿的设计，理论分析表明可有效地削弱推力波动及滑模控制产生的抖振。仿真结果证明该方案不但解决了永磁直线同步机的推力波动问题，而且对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性。     

Speed tracking servo control system incorporatingtraveling-wave-type ultrasonic motor and feasible evaluations

A variety of ultrasonic motors (USMs) have attracted special interest as a new type of actuator in servo motion control systems. For practical applications, the speed servo control system incorporating the ultrasonic motor developed in Japan has some special unique features. However, this system has several significant problems, such as the inherent speed ripple characteristics, the speed regulation characteristics under the condition of applied disturbance load torque, and the speed tracking characteristics. In order to solve these practical problems, some control schemes of ultrasonic-actuated motor systems have been proposed and discussed theoretically, which include fuzzy reasoning control, adaptive control, repetitive learning control, and neural-network-based learning control. However, it is considered that these control strategies mentioned above have not been sufficiently substantiated from a feasible experimental point of view. This paper presents a newly proposed precise speed tracking servo control system using the compact traveling-wave-type ultrasonic motor. Its proposed control scheme is composed of both the driving frequency control loop with the variable-gain strategy and the applied voltage control loop with the speed ripple reduction strategy of the USM. The improved speed characteristics realized by this proposed control system are demonstrated and evaluated in experiments     

永磁同步电机转矩脉动抑制方法

分数槽集中绕组永磁同步电机被广泛用于伺服控制系统。由于电机极槽配合以及制造过程中机械加工与装配误差等因素,所以永磁同步伺服电机输出转矩中会存在固有的周期性转矩脉动,影响伺服系统实现高精度的速度与位置跟随。因此,采用转矩观测器来估计由上述原因造成的转矩脉动,再将转矩脉动与位置信号通过一定处理,计算出相应的前馈转矩电流,补偿到电流指令端,对转矩脉动进行抑制,从而减小转速脉动。通过仿真和试验验证了抑制方法的有效性。     

圆筒型永磁直线电动机电流L2控制

将圆筒型永磁直线电动机的参数变化看作系统的干扰,采用状态空间法,在旋转坐标系下建立圆筒型永磁直线电动机模型;根据所建立的模型,将永磁直线电动机电流控制器的设计问题转化为L2控制标准问题;对L2控制标准设计问题,选取二次型函数作为HJI不等式存储函数,采用线性矩阵不等式方法,推导出了电流控制器的解析表达式,并且证明了该闭环系统是渐进稳定的。通过一个L2控制器,实现了对d轴和q轴电流的控制。仿真研究表明,L2控制策略能够抑制圆筒型永磁直线电动机参数变化对电流的影响。     

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。     

永磁直线伺服系统非线性自适应鲁棒控制器设计

对永磁直线伺服系统提出非线性自适应鲁棒控制器的设计方法。在永磁直线伺服系统非线性数学模型的基础上,为实现对速度和电流的准确跟踪,建立了误差系统的动态模型。将跟踪和干扰抑制归结为非线性自适应鲁棒控制器设计问题,通过构造存储函数得到包含电阻辨识算法的自适应鲁棒控制器的定理,证明定理给出的控制器能满足干扰抑制和系统的渐进稳定。仿真结果表明,用该方法设计的系统能很好的抑制扰动和跟踪给定,满足对高性能永磁直线伺服系统控制的要求。