模糊分数阶滑模控制在PMSM伺服系统中研究与应用

针对整数阶滑模控制器容易引起永磁同步电机抖振的问题,利用分数阶系统具有能量传递缓慢及逐渐收敛的原理,设计一种分数阶滑模控制器来减弱永磁同步电机抖振及提高电机性能指标.再利用Lyapunov稳定性理论和分数阶微积分理论证明这种分数阶滑模控制器的稳定性.利用模糊算法实现了滑模切换项和分数阶阶次的在线自适应调节.仿真及试验结论证明,所提方法可以有效减弱永磁同步电机系统的抖振,缩短调节时间,并具有较强的鲁棒性.     

基于负载观测器的PMSM分数阶滑模位置控制

针对永磁同步电机位置控制系统,设计分数阶滑模变结构控制器,以代替传统PID三闭环串级控制结构的转速环和位置环控制器。针对电机运行时负载转矩会受到外界干扰的问题,设计负载转矩观测器。仿真结果表明分数阶滑模控制器有良好的动态和稳态性能以及良好的鲁棒性。     

基于分数阶滑模观测器的PMSM分数阶积分滑模控制（英文）

针对永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor, PMSM)运行过程中内部参数变化和外部负载扰动影响控制性能的问题,提出了一种基于分数阶滑模观测器的PMSM分数阶积分滑模控制(Fractional order integral sliding mode control, FOISMC)策略。基于FOISMC技术,设计了分数阶积分滑模转速调节器,给出了能保证系统全局鲁棒性的全程积分滑模面设计方法。基于分数阶理论和滑模控制理论构造了分数阶滑模观测器,实现了对速度和转子位置角的高精度估计。利用滑模负载观测器对负载转矩进行了实时观测,并将观测到的负载转矩传递到转速控制器中,提高了系统抗负载扰动的能力。仿真实验验证了所提方法的可行性和有效性。     

交流永磁伺服系统的分数阶滑模控制研究

某型火箭炮交流永磁伺服系统的转动惯量、系统的模型参数以及外部干扰等,在火箭炮发射过程控制中是时变的,因此导致数学模型参数严重不确定,是一个典型的非线性、时变不确定系统。如何确保系统在如此恶劣的工况,依然拥有良好的性能,即具备较强的鲁棒性是控制领域的一大难题。现代控制理论中的滑模控制具有实现简单、鲁棒性强的优势,已经得到了广泛应用。但是对于抖振仍无能为力,该文将一种分数阶滑模控制策略应用到系统控制中,利用分数阶系统随时间缓慢衰减的特性减小抖振。实验结果表明,与常规PID控制器相比,该控制器可削减抖振,减小误差,同时具有较强的鲁棒性。     

基于SVPWM的PMSM矢量控制伺服系统研究

本文介绍了一种基于矢量控制的永磁同步电动机高性能伺服进给系统,系统采用速度环和电流环的双闭环控制策略.根据工程控制原理,建立了基于SVPWM的数控机床伺服系统数学模型的Matlab /Simulink模型.根据数控伺服系统的性能要求,对不同插补方式下的速度控制,进行了仿真研究,结果证明了该系统模型的有效性,为数控伺服控制系统的整体设计和调试提供了理论基础.     

交流伺服系统分数阶PID改进型自抗扰控制

针对采用永磁同步电机驱动的火箭炮交流伺服系统存在摩擦、惯性力矩、变负载及不同工况下内外扰动等复杂非线性问题,考虑到自抗扰控制(ADRC)抗内外干扰能力强和分数阶PID控制动态性能好,设计了一种分数阶PID改进型自抗扰控制器(FOPID-IADRC)。为了取得良好的动态性能和减少参数计算量,采用分数阶PID控制器取代非线性状态误差反馈器;引入粒子群优化算法,对FOPID控制器的5个控制参数进行实时在线自整定。仿真和半实物台架实验结果表明：该控制策略能够有效抑制位置扰动,具有良好的动态性能和较强的抗干扰能力。     

基于电流滞环与变结构控制的PMSM伺服系统

深入分析了SPWM电流滞环控制的永磁同步电动机伺服系统及其速度环的变结构控制方案。电流环是PMSM伺服系统中的一个重要环节,采用SPWM电流滞环控制可方便地提高伺服系统的控制精度和响应速度,改善系统的控制性能。速度环变结构控制方案使伺服系统较常规的PI控制方案有更好的快速性和鲁棒性。从仿真结果可知,采用SPWM电流滞环控制及速度环的变结构控制能够改善系统的响应速度,基本实现无超调,且对负载扰动和参数变化的鲁棒性也有所改善。     

基于PMSM的伺服系统电流环的仿真

本文首先对数控机床伺服进给系统的执行元件交流永磁同步电机(PMSM)建立了其控制系统模型;其次对PMSM的电流环进行了校正,并在Matlab/Simulink下进行了仿真,结果表明系统具有良好的静态和动态性能。     

基于PMSM伺服系统的数学模型及其性能分析

以交流永磁同步伺服电动机(PMSM)为驱动元件的伺服系统是数控装置与机床之间的中间连接环节。讨论了PMSM及其驱动器的数学模型，根据控制原理分析了系统的稳定性和稳态性能，并且对系统的调节器PID参数进行整定，最后通过对实测波形与仿真波形的比较表明该模型及其参数的正确性。     

基于LabVIEW分数阶控制器的机械臂控制

针对机械臂存在着参数摄动和外界干扰等不确定性,提出一种基于Lab VIEW分数阶控制器的机械臂控制方法,以提高机器人的跟踪控制精度和鲁棒性。在CompactRIO智能实时控制器和机箱的基础上利用NI9401对伺服电机的编码器信号进行采集处理,Lab VIEW软件编程控制NI9263输出模拟电压信号到伺服驱动器实现电机的力矩控制,算法采用分数阶PD控制器实现二自由度机械臂高速和高精度的运动控制,通过实验说明了该方法的工程有效性和可行性。     

基于矢量控制的永磁同步电机分数阶滑模控制研究

为了提高永磁同步电机(PMSM)调速系统的快速性和稳定性,降低一般滑模控制中可能产生的抖振现象,本文对永磁同步电机的调速系统设计了一种分数阶滑模控制器。利用分数阶微积分算子传递能量比常规微积分缓慢的这一特性,引入一种分数阶型的趋近律,从而削弱了一般滑模变结构控制带来的抖振。仿真和实验结果表明,相比于传统的整数阶滑模控制,本文所提方法可以让永磁同步电机的速度控制具有快速响应性和稳定性。     

一种 PMSM 位置伺服系统的动态建模与控制

本文根据永磁同步电机(PMSM)的基本电磁关系及其动态数学模型建立了位置伺服控制模型,按照闭环负反馈控制原 理,设计了具有电流、速度、位置三闭环的位置控制系统。 首先,根据 PMSM 矢量控制的特性,利用 3S / 2S 和 2S / 2R 的坐标变换 理论,建立了位置伺服系统在同步坐标系下的动态数学模型,同时给出了按照转子磁场定向的位置控制策略和算法;其次,研究 了基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的数字实现,并根据电机的数学模型,在 MATLAB/ Simulink 环境中构建了三环模型,同时 搭建了基于 DSP 实验样机。 在仿真和实验中直轴、交轴以及速度和位置均采用 PI 控制,在控制参数的整定过程中,遵循先内环 (电流环),后速度环,再位置环的增量调试原理,实现了同步电机的位置闭环控制;最后,对仿真结果和试验结果进行了对比分 析,说明了模型的正确性和有效性。     

基于蚁群优化分数阶PID的充电控制研究

考虑到分数阶PID较传统PID增加的积分阶次和微分阶次所增强的控制作用,采用分数阶PID控制器对充电系统进行控制,以提高锂电池充电稳定性和效率。结合蚁群算法基本思想,推导设计一种分数阶PID参数优化算法,并给出了算法理论公式和具体实现步骤。基于MATLAB/Simulink平台,建立了所提出的蚁群优化分数阶PID控制器以及锂电池充电控制模型,进行仿真研究。结果表明,参数整定优化后的分数阶PID控制系统具有更优的响应速度、稳态性能和鲁棒性。     

基于分数阶微积分的线控转向系统的控制研究

根据线控转向系统的特点,建立了能够实现正常转向功能的前轮转向模块的动力学方程。并根据线控转向系统鲁棒性的设计要求,提出了一种基于分数阶微积分理论的PIλDμ控制器,使得线控转向系统在所要求的频域范围具有鲁棒性。讨论了积分阶次、微分阶次以及拟合阶次对控制系统的影响。通过优化方法得到分数阶PIλDμ控制器的五个设计参数,用Oustaloup递归算法对分数阶PIλDμ控制器进行拟合,得到了可在Matlab/Simulink环境下使用的分数阶PIλDμ控制器仿真模型,并对该控制系统进行了仿真分析。结果表明:该控制器对提高转向系统性能的鲁棒性是有效的。     

基于模糊分数阶PID的Stewart机构的协同控制

针对电液驱动Stewart机构的协同控制问题,引入最小相关轴思想,采用相邻交叉耦合结构,以满足机构的多通道协同控制的要求。同时,针对机构单通道阀控缸系统参数的时变以及非线性等特征,设计了模糊分数阶PID控制器,提出了基于相邻交叉耦合结构的模糊分数阶PID控制策略,并进行了实验研究,研究结果表明该控制方法具有良好的跟踪效果,能够很好的实现机构的多通道协同控制。     

基于NDO的永磁同步电动机自适应分数阶滑模控制

针对永磁同步电动机(PMSM)驱动的高档数控机床进给系统易受参数变化、外部扰动等不确定性因素影响的问题,设计了一种基于非线性干扰观测器(NDO)的自适应分数阶滑模控制(AFOSMC)方法。建立了含有不确定性的PMSM动态数学模型。将自适应控制与分数阶滑模控制(FOSMC)相结合,抑制了整数阶滑模控制的抖振现象,且能实时调整切换增益,提高了系统的控制精度。然而,外部干扰会对系统产生极大的影响,因此采用NDO实时辨识外部干扰,将观测值作为前馈补偿引入AFOSMC中,以提高控制器的抗干扰能力。实验结果表明,基于NDO的AFOSMC方法有效地削弱了抖振现象,提高了进给系统的跟踪性能和抗扰能力。     

一种基于模糊控制的分数阶自适应导纳控制方法

针对下肢康复外骨骼机器人在主动康复训练中运动柔顺性不足的问题,提出一种基于模糊控制的分数阶自适应导纳控制方法。该方法是先在导纳控制模型中,惯性项、阻尼项和刚度项的阶数由整数变为分数,同时通过设置不同分数阶参数对比分析,找到最佳分数阶参数,用于人机交互控制中,可以有效提高康复机器人系统的平稳性和柔顺性。然后将实际人机交互力与期望交互力的偏差转化为位置偏差,以此来修正期望轨迹,其中位置控制器采用PID控制,实现位置跟踪。再利用模糊推理实时地调整导纳控制器的阻尼与刚度参数,相比固定导纳参数更能顺应人体运动意图,改善人机协调性,实现下肢康复外骨骼机器人的自适应主动柔顺控制。在Matlab/Simulink平台对分数阶自适应导纳参数控制器进行仿真实验,与固定导纳参数控制器进行对比分析。仿真结果显示,该方法可以有效降低轨迹跟踪误差,提高跟踪精度,使得人机之间的协同程度更高,同时降低人机交互力,有效改善运动柔顺性,保证患者的安全,避免肌肉二次损伤。     

一类分数阶混沌系统的滑模控制

通过构造分数阶滑模曲面,对一类分数阶混沌系统进行了滑模控制研究。利用预估-校正算法编制MATLAB仿真程序,对分数阶Liu系统、分数阶Chen系统、分数阶Lorenz系统以及分数阶金融系统的仿真实验表明所设计的滑模控制器能使该类分数阶混沌系统在其平衡点处渐近稳定。     

光电陀螺稳定平台的分数阶控制

为了提高光电陀螺稳定平台的隔离度,改善其在速度扰动情况下的稳定精度和跟踪精度,将分数阶PIλ控制器引入到光电陀螺稳定平台的速率环控制中。首先,说明了采用常规PI控制提高系统精度的弊端,介绍了分数阶微积分和分数阶PIλDμ控制,提出采用分数阶PIλ控制器来提高控制系统的控制精度。然后,针对采用电流环的等效一阶纯积分控制对象,提出基于稳定裕度和剪切频率的设计方法,该方法同样适用于整数阶PI控制器。最后,以机载光电陀螺稳定平台为研究对象,分别采用分数阶PIλ和整数阶PI控制器进行了阶跃响应、速度扰动隔离和稳定精度的实验研究。实验结果表明,采用分数阶PIλ控制器的系统具有阶跃响应超调量小的优点,在幅值为3.14(°)/s,频率为0.5Hz的速度扰动下,速度扰动隔离度提高了约38%,稳定精度提高了约40%。实验表明,与整数阶PI控制器相比,采用分数阶PIλ控制器可在保证稳定裕度的前提下提高系统的控制精度,且与整数阶PI控制器一样具有易于工程实现的优点。