磁悬浮分子泵高速转子章动相位裕度跟踪补偿控制

针对磁悬浮分子泵转子在高速运转时章动模态造成的失稳问题,提出一种基于交叉反馈的章动相位裕度跟踪补偿控制方法。利用磁悬浮转子系统的复系数建模方法,定量分析闭环控制作用下扁平转子的阻尼章动频率,确立章动频率与控制系统参数及转速间的解析关系,设计自适应滤波器跟踪提取章动频率信号,应用于交叉反馈的章动控制通道,实现全转速范围内对章动相位裕度的跟踪补偿控制。仿真结果表明,章动频率解算精确,基于交叉反馈的章动模态控制方法可有效解决磁悬浮高速转子全转速范围内的章动模态稳定控制问题。最后,将所提方法应用于所研制的大抽速磁悬浮分子泵控制系统,章动模态振动幅值被抑制在-60 d B以下,消除了章动模态对控制系统稳定性的影响,确保了磁悬浮分子泵长期可靠运行。     

基于双频Bode图的磁悬浮控制力矩陀螺转子弹性自激振动抑制用陷波器设计

由于强陀螺效应和控制系统的高频滞后,磁悬浮控制力矩陀螺转子存在高频弹性自激振动,需要采用陷波器（Notch Filter－NF）进行相位校正和抑制,但是目前仍然缺乏有效的NF参数设计方法。本文提出一种基于双频Bode图的NF参数设计方法,采用双频Bode图分析转子弹性模态稳定性,得出不同转子转速下对NF相位校正角的要求,然后在保证转子章动稳定性的前提下优化设计NF参数。采用该方法设计的NF有效抑制了转子的弹性自激振动,使所研制的磁悬浮控制力矩陀螺稳定升速到20000r/min,验证了该方法的实用性和有效性。     

磁悬浮复合转子章动模态的最优阻尼控制

为了抑制磁悬浮分子泵高速复合转子章动模态对稳定性的影响,提出了一种基于移相器的轴承力最优阻尼控制方法,建立了磁悬浮分子泵刚性复合转子的动力学模型,计算出转子闭环系统的最优控制相位,通过扫频检测闭环系统在临界转速处的滞后相位,定量获得系统的最优补偿相位,利用移相器对系统相位进行最优补偿,以保证系统在章动频率处的相位裕度,避免磁悬浮分子泵复合转子在高速下的章动失稳。经试验证明:采用最优阻尼控制方法,可使磁悬浮转子在高速运行时的章动模态幅值降低50%以上,对转子高速下的章动模态有较好的抑制效果。     

高速大惯量磁悬浮转子系统章动交叉控制的保相角裕度设计

研究了章动交叉反馈校正的参数设计方法。针对大惯量高速磁悬浮转子支承系统,采用双频Bode图进行章动稳定性分析。在此基础上,提出一种基于双频Nyquist曲线的交叉参数保相角裕度设计方法。在给定相位超前角的情况下,通过矢量合成确定章动交叉的比例系数和高通滤波器截止频率,实现了章动交叉反馈的鲁棒稳定设计。设计的交叉控制器使研制的磁悬浮控制力矩陀螺转子临界稳定转速由10 500 r/min提高到20 400 r/min。试验结果表明,保相角裕度方法为交叉反馈校正提供了有效的参数设计手段。     

磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承的变工作点线性化自适应控制方法

为提高磁悬浮控制力矩陀螺框架高速时的磁悬浮转子系统稳定性,研究磁轴承的电磁力-线圈电流/转子位移非线性的线性化及其控制方法.分析框架转动时的磁轴承工作点变化规律,提出磁轴承力-电流/位移特性基于框架转速的变工作点大范围线性化方法,根据线性化得到的线性变参数模型设计增益调节与前馈控制相结合的控制律,按照框架转速的大小对磁轴承位移刚度的变化进行自适应补偿,在磁悬浮转子稳定前提下使框架转速由6.25(°)/S提高到9.5(°)/S.该方法能有效补偿框架运动时的磁轴承力非线性,大幅提高框架转速较高时的磁悬浮转子系统稳定性.     

电磁力超前控制在磁悬浮飞轮中的应用

对于具有强陀螺效应的磁悬浮飞轮系统,在实际运行时其章动与进动模态会对转子高速下的稳定性产生影响,必须有效地对其进行抑制,以使磁悬浮飞轮系统运行到工作转速。传统的PID控制已经难以满足系统的要求。给出了一种新的抑制磁悬浮飞轮章动的方法——电磁力超前控制。这种方法结合位移交叉能同时对章动与进动进行抑制,并且实现简单。对方法的有效性进行了理论分析,并给出了仿真结果及部分试验数据。     

电磁阻尼器分段相位控制研究

对柔性转子轴承系统，用电磁阻尼器实施主动控制时采用分段位控制算法，按转速频率分段设置不同的优化相位超前补偿环节，以便在整个转速范围内有效控制转子过临界振动，获得较好的控制效果，分段相位控制器能提供随转速而变的刚度阻尼特性，实现变刚度及变刚度阻尼控制过程，实验证明，控制算法简单，抑制效果和稳定性好，具有效大实用价值。     

基于自适应变步长最小均方差算法的磁悬浮电动机自动平衡方法

针对磁悬浮高速电动机拖动系统中会存在较大的外部不平衡量问题,提出了一种基于最小均方差(Least mean square,LMS)的变步长算法实现工作转速范围内实时自动平衡方法。在自适应LMS算法抑制电流同频量的基础上,提出切换步长因子符号的控制策略实现工作转速范围内自动平衡,同时分析步长因子的选择在不同转速下实现同频电流抑制的效果。在此基础上,改进一种随转子位移信号频率变化而变化的变步长因子实现自动平衡。那么在开环系统截止频率前以及截止频率后能够实时性地让转子绕其惯性轴旋转,保证升降速过程中转子运行状况良好。试验结果表明所提出的方法能够实时并稳定实现转子工作转速范围内的自动平衡。     

一种平滑 DFIG有功功率波动的混合控制策略的研究

提出了一种在超同步转速范围内平滑双馈异步风力发电机（ DFIG）转子侧有功功率波动的混合控制策略。该策略在传统的双馈异步风力发电机组控制基础上,引入了变桨距和直流侧电压混合控制。变桨距控制用来平滑有功功率波动的低频分量;直流侧电压控制的给定值叠加一个随功率波动变化的偏差电压,用来平滑有功功率波动的高频分量。在Matlab/Simulink平台上,搭建了DFIG构成的风力发电系统,分别采用传统控制策略和文中提出的混合控制策略进行仿真,结果表明,混合控制策略有效平滑了发电机转子侧有功功率的波动。     

强非线性条件下的磁轴承高速电动机

为解决磁轴承高速电动机转子中,永磁电动机磁偏拉力与转子残余不平衡导致的磁轴承电磁力非线性问题,实现转子高速稳定运行,采用全局线性化方法对电磁力进行线性化;同时,改进控制器的设计,使用增益调度方法实现转子平稳通过刚性临界转速,并通过有效降低控制器在转子工作频率附近的增益,使转子在高速下能近似围绕质量中心转动,避免电磁力的饱和。最终实现了强非线性条件下磁轴承电动机的高速稳定运行。     

永磁同步风力发电机的神经网络自适应内模控制

为了提高永磁同步风力发电机的调速性能,结合自适应内模控制,将神经网络方法用于永磁同步风力发电机调速控制系统,设计了神经网络自适应速度控制器。基于MATLAB的仿真结果证明,神经网络自适应内模控制系统有很强的自适应能力和抗负载扰动能力,控制系统具有良好的静、动态特性。     

Study of the fractional order proportional integral controller for the permanent magnet synchronous motor based on the differential evolution algorithm

A tuning method of the fractional order proportional integral speed controller for a permanent magnet synchronous motor is proposed in this paper. Taking the combination of the integral of time and absolute error and the phase margin as the optimization index, the robustness specification as the constraint condition, the differential evolution algorithm is applied to search the optimal controller parameters. The dynamic response performance and robustness of the obtained optimal controller are verified by motor speed-tracking experiments on the motor speed control platform. Experimental results show that the proposed tuning method can enable the obtained control system to achieve both the optimal dynamic response performance and the robustness to gain variations.     

高精度音圈快速反射镜的自适应鲁棒控制

为了进一步提高复合轴航空光电稳定平台的性能,文中首先在硬件电路中采用电流环将复杂的电机模型简化为一阶模型,同时保证电机的输出力矩稳定;然后在PD控制器的基础上,引入了自适应鲁棒控制器,对快速反射镜进行位置控制和扰动抑制;最后分别通过带宽测试实验、扰动抑制实验、视轴稳定实验和鲁棒性实验对其性能进行测试,并采用DOB型音圈式-快速反射镜和压电陶瓷式-快速反射镜做对比。实验结果表明:相比于传统的DOB型音圈式-快速反射镜系统,本文控制方法的参数鲁棒性更强;相比于传统的压电式-快速反射镜,本文控制方法不仅视轴稳定精度与其不相上下,还具有更大的行程。除此之外,在80Hz以内任意频率扰动的影响下,基于ARC型音圈式-快速反射镜的复合轴航空光电稳定平台的视轴稳定精度均可以控制在5μrad(RMS)以内;同时在-40℃~50℃的温度条件下依然可以保持该性能,远远优于DOB型音圈式-快速反射镜的效果。本文控制方法完全满足高精度航空光电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。     

转台伺服摩擦系统模糊滑模控制仿真

滑模控制是一种非线性控制策略,能够根据当前状态实现自适应的变结构运动,能够实现伺服系统的快速响应,并克服低速状态下摩擦力矩的影响。鉴于常规滑模控制有严重的抖振现象,系统通过引入柔性的模糊控制,通过模糊控制算法改变其切换增益,实现不确定项的消除。以直流电动伺服系统为被控对象,建立了其数学模型和摩擦模型,实现了基于切换增益的模糊滑模控制器的设计,软件仿真结果表明论文所设计的滑模控制器能达到较好的控制品质,有效的克服系统抖振,实现系统低速摩擦补偿。     

Controller design for high-frequency cutting using a piezo-driven microstage

Controller design consists of a feedforward and a feedback controller to support a microstage with flexure hinge structure driven by piezoelectric ceramic actuator for high-frequency nanoscale cutting is developed in this article. The feedforward controller is designed based on a hysteresis dynamic model in order to reduce the nonlinear hysteresis effect of piezoelectric actuator. The position feedback controller is designed based upon an exponentially weighted moving average (EWMA) method embedded in an internal model control (IMC) structure constructing a run-to-run IMC (RtR-IMC) control scheme in order to deal with system bias or modeling inaccuracy. Also, disturbance due to temperature rise will influence actuator's performance, hence an additional compensator is included in the IMC structure. Surfaces dimple micro-machining utilizes piezoelectric-driven microstage for high-speed cutting is selected as an example to investigate system performance. The developed control algorithm is implemented on a DSP-based system to provide 1 kHz operating speed. In experiment, the proposed feedforward and feedback controller is verified to be able to overcome those negative factors efficiently and preserve good positioning accuracy.     

基于采样控制理论的光电跟踪伺服系统内模控制研究

针对外部扰动对光电跟踪伺服系统精度的影响,对稳定回路提出了一种两自由度内模控制,将控制器的设计转化为标准的H∞优化问题,使得系统对模型误差及参数摄动具有较强的鲁棒性。采用jump变换、提升操作等采样控制系统的理论与方法来优化设计相应的鲁棒控制器,综合考虑了系统的多采样率行为及采样点间的动态特性。仿真结果表明了所设计的控制系统具有较高的指令跟踪精度及较强的扰动抑制性能。本文的研究为高精度光电跟踪伺服控制系统的设计提供了新方法。