基于统一PCHD 建模的永磁同步电机无源控制

针对表面式永磁同步电机( SPMSM) 驱动系统的非线性特点,着眼于调速系统的 高性能要求,基于互联和阻尼配置的能量成形方法和端口受控耗散哈密顿( PCHD) 系统原理, 研究了SPMSM 系统的统一PCHD 建模和速度控制问题。首先,从能量平衡的观点,建立了逆 变器、考虑铁损的SPMSM、机械负载一体的不确定系统统一PCHD 数学模型,然后在此基础 上,设计了SPMSM 驱动系统的无源控制器,逆变器非线性扰动由扩张状态观测器进行补偿, 最后利用自抗扰控制设计了速度调节器得到q 轴期望的电流,所得控制器更加简单和容易实 现。仿真结果表明,所提方法实现了全局稳定性控制、鲁棒性强; 调速系统具有优良的动、静 态性能。     

风力发电系统的Hamilton建模及其无速度传感器控制

本文研究了基于端口受控Hamilton(port-controlled Hamiltonian, PCH)模型的永磁同步风力发电系统的无速度传感器控制问题. 首先根据风力发电系统本身的物理结构特性, 建立其端口受控Hamilton结构模型, 然后基于此模型设计了系统的全维状态观测器, 得到系统的速度估计, 从而实现了系统无速度传感器控制. 在控制器设计中还考虑了系统存在参数不确定情况下的自适应控制问题, 以及在控制器设计中用状态量的估值直接替代不可测状态量时存在的误差问题. 最后仿真实验证明了控制器的有效性.     

并网逆变器逆系统自学习滑模抗扰控制

针对三相并网逆变器模型的多变量、非线性、强耦合等特点,采用开关函数法建立其开关周期平均模型,在此模型的基础上采用逆系统方法实现反馈线性化和解耦控制,对伪线性系统设计自适应滑模抗扰控制器,使用非线性光滑函数设计扩张状态观测器以实现内部建模误差与外部扰动的扩张状态估计,并将非线性扩张状态观测器和跟踪微分器与自学习滑模控制器结合使用.仿真结果表明,该方法具有响应速度快、控制精度高、抗扰能力强的特性,在并网逆变器中具有较大应用价值.     

基于无源控制的PMSM无传感器方法研究

采用能量成形和互联、阻尼配置的无源性控制方法,完成了永磁同步电机的端口受控哈密顿系统(PCH)的建模和速度调节器的设计,证明了系统平衡点的稳定性。针对系统转速辨识问题,提出由脉振高频电压信号注入法和滑模自适应观测器法相结合的新型无速度传感器的复合方法。通过速度切换方案的设计,实现了两种方法间的平滑切换。解决了单一方法不能在全速度范围内同时兼顾良好的动态、稳态性能的问题,不仅节省了成本,还增强了整个系统的可靠性。仿真结果表明,该控制系统具有良好的动态、稳态性能。     

带ESO 的自适应滑模调节的SPMSM自抗扰-无源控制

设计了一种新颖的由非线性综合控制方法实现的表面式永磁同步电机调速系统.首先构造了基于扩张状态观测器(ESO)的自适应滑模速度调节器,采用ESO估计系统的部分扰动项并进行前馈补偿,参数的不确定项由新的自适应控制律估计得到;然后设计了自抗扰-无源电流调节器,简化了控制器的设计,在稳定性的基础上增强了鲁棒性和快速性.仿真结果表明,该方法对负载的自适应性、抗扰动性和鲁棒性均较强,系统具有优良的动、静态性能.     

基于NESO的永磁同步电机无位置传感器控制

由于使用高分辨率的机械传感器会增加永磁同步电机(PMSM)的体积和成本,降低系统的可靠性,因此在电机控制领域引入了无位置传感器控制技术。根据扩张状态观测器的理论,设计了非线性扩张状态观测器(NESO)来观测PMSM的反电动势,实现对电机转子速度和位置的估计,并通过分区分析和Lyapunov理论分析了观测器的收敛性。最后,通过对观测器的仿真实验,验证了NESO能够对系统的转速和位置实现较好的跟踪,并且具有很好的鲁棒性。     

基于扩张PCHD 模型的永磁同步电机无源控制

针对常规无源控制器在受到外部常值干扰和输入常值干扰的情况下系统会出现静差的问题, 设计加入积分反馈来消除上述干扰所引起的静差. 建立永磁同步电机受扰的端口受控耗散哈密顿系统模型(PCHD), 采用互联和阻尼分配无源控制方法, 同时加入积分比例动态反馈, 设计了永磁同步电机的速度控制器, 以保证闭环扩张系统依然具有PCHD 模型形式, 使系统稳定于期望平衡点. 最后通过仿真结果表明了所提出的控制策略的有效性.

     

基于时变增益扩张状态观测器的逆变器系统自适应 super-twisting电压鲁棒控制

针对电压源逆变器系统中负载扰动和参数摄动, 本文提出了一种基于时变增益扩张状态观测器的自适应 super-twisting鲁棒电压控制新方法. 首先考虑负载扰动, 建立单相逆变器系统的动态模型, 进而考虑系统参数摄动, 通过引入非测量辅助状态变量, 将上述动态模型转化为只包含匹配扰动的状态方程; 其次, 设计时变增益扩张状态 观测器, 以实现对非测量辅助状态变量与包含负载变化和参数摄动等因素在内的集总不确定项的估计; 最后, 基于 此扩张状态观测器, 设计采用自适应super-twisting算法的滑模控制律, 以实现逆变器系统输出电压对其参考电压的 快速准确跟踪并增强系统鲁棒性. 仿真实验结果表明: 所提出的时变增益扩张状态观测器可在保证观测误差收敛 的同时, 有效抑制“初始微分峰值”现象; 采用自适应super-twisting算法的滑模控制策略可使逆变器系统输出电压 具有较高跟踪精度和较小总谐波失真率, 增强系统的抗干扰能力, 并降低控制输入信号“抖振”.     

欠驱动桥式吊车系统的非线性扩张状态观测器设计

桥式吊车系统受到外部干扰会影响系统的整体性能,且小车速度、负载摆角角速度、绳长变化速度在工程实际中难以测量。为了获取这些变量的估计信息,以便进行闭环控制,针对变绳长桥式吊车系统设计了一种非线性扩张状态观测器。该观测器将桥式吊车系统的参数摄动和外部干扰等扰动因素扩张成新状态,利用小车位置、负载摆角和绳长信息进行状态重构,在线实时估计小车速度、负载摆角角速度、绳长变化速度以及扰动等状态信息,并对给出的非线性扩张状态观测器进行了稳定性证明。Matlab仿真结果表明,各状态变量均能在0.3 s左右得到收敛。与线性扩张状态观测器相比,非线性扩张状态观测器能够获得更小峰值的观测结果。     

基于扩张状态观测器的UCAV自适应滑模控制

针对固定翼UCAV（Unmanned Combat Aerial Vehicle）系统中存在的不确定性和外部扰动，设计了一种基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器用来抑制系统扰动，从而提高对于UCAV的控制性能。建立固定翼UCAV的六自由度非线性模型，针对姿态控制和速度控制分别设计扩张状态观测器对模型中难以精确测量的状态量和外部扰动进行估计，依据奇异摄动原理分别对姿态和速度设计自适应超扭曲滑模控制器，实现对UCAV的姿态和速度的跟踪控制。采用某型固定翼UCAV非线性模型对所设计的控制器进行仿真验证，并且与传统的自抗扰滑模控制方法进行了对比，仿真结果表明，基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器具有更小的超调量和稳态误差。     

基于自抗扰技术的网络化无刷直流电机控制系统时延补偿

采用自抗扰控制技术解决网络化无刷直流电机转速控制系统的时延补偿问题. 首先, 建立含有时变网络诱导时延的无刷直流电机控制系统模型, 并将时变时延引起的不确定动态描述为系统模型的不确定性; 然后, 设计自抗扰控制器, 对时延引起的不确定动态进行动态线性化补偿, 从而消除时变时延对系统性能的影响; 最后, 通过仿真研究表明了所设计的自抗扰补偿方法的有效性和优越性.

     

Disturbance-observer-based speed control for SPMSM drives using modified super-twisting algorithm and extended state observer

To address the robust speed control problem of the surface-mounted permanent-magnet synchronous motor (SPMSM) drive, a novel composite speed controller (CSC) is proposed, which consists of the modified super-twisting sliding-mode SC (STSM-SC) and the extended state observer (ESO). Regarding the motion dynamics of the SPMSM drive, the unmodeled dynamics, endogenous, and exogenous disturbances are lumped together as the total disturbance. The ESO-based feedforward compensation mechanism is used to deal with the total disturbance for the robustness improvement of the speed control achieved by the modified STSM-SC-based feedback regulation mechanism. On the basis of the field-oriented control strategy, performance comparisons of the standard STSM-SC, the ESO-based standard STSM-SC, the modified STSM-SC, and the proposed CSC are carried out on a suitably developed experimental setup. The experimental results are presented to validate the superiority of the proposed CSC.     

三阶扩张状态观测器的优化参数配置方法

研究三阶非线性扩张状态观测器扰动观测性能的优化问题。首先,采用系数冻结法固定与观测器状态相关的非线性系数,利用线性系统的极点配置方法进行频带拓展;然后,分析配置后的极点随非线性系数的变化规律,在此基础上,提出一种保证扰动观测带宽受系统状态变化影响最小的参数配置方法;最后,通过算例和仿真对比表明了所提出参数配置方法的有效性和优越性。     

An approach to improve active disturbance rejection control

ABSTRACT

In order to reduce the error and phase delay of the classical extended state observer (ESO) in estimating the system state and disturbance, in this paper, we combine ESO and tracking differentiator (TD) to construct a tracking differential extended state observer (TDESO). The observation error and observation speed of TDESO are also discussed. Then a nonlinear active disturbance rejection control system improved by TDESO for a linear plant is transformed into a Lurie system. Moreover, the circular criterion is used to analyse the absolute stability of the transformed Lurie system. Finally, TDESO is optimised and an improved linear state error feedback (PLSEF) is proposed to improve the rapidity of the system by using simulation and time domain analysis. And a second-order system is used to illustrate the performance of the proposed scheme. The simulation results show that our algorithm is effective.     

基于广义扩张状态观测器的干扰不匹配离散系统状态反馈控制

针对一类干扰不匹配的线性离散时间系统, 研究基于广义扩张状态观测器的稳定化状态反馈控制器设计问题. 在经典的自抗扰控制器中, 扩张状态观测器主要针对干扰匹配的积分串联型系统. 然而, 在许多实际系统中往往存在干扰不匹配的情况, 例如存在采样抖动的离散时间控制系统. 针对这一问题, 基于一类存在不匹配干扰的离散时间系统, 提出广义扩张状态观测器和相应的稳定化状态反馈控制器设计方法. 最后通过永磁同步电机调速控制仿真实例验证了所设计的观测器和控制器的有效性.

     

基于扩张状态观测器的无速度传感器容错逆变器驱动永磁同步电机系统自抗扰模型预测转矩控制

针对三相四开关逆变器驱动永磁同步电机(PMSM)系统,基于扩张状态观测器(ESO)技术,提出了无速度传感器的自抗扰模型预测转矩控制(ADRMPTC)策略.建立了三相四开关逆变器驱动PMSM系统的数学模型;采用ESO技术构造了PMSM系统转速观测器,以实现对转速快速准确地实时估计;用自抗扰控制器(ADRC)作为系统的转速调节器,以提高系统的鲁棒性;利用模型预测转矩控制(MPTC)方法,以达到减小转矩和磁链脉动的目的.所设计基于ESO的无速度传感器ADRMPTC策略能够使三相四开关逆变器驱动的PMSM系统可靠稳定运行,达到满意的转矩和转速控制效果.与基于PI的MPTC策略相比,本文控制策略使PMSM系统不仅具有良好的动态性能,而且具有较强的抗负载干扰能力.仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性.