基于快速终端滑模的永磁同步发电机控制研究

以永磁同步风力发电机为研究对象,首先对风力发电机进行数学建模,推导出风力发电机的状态空间表达式。其次结合终端滑模与线性滑模的优点,设计了一种快速终端滑模面,从而使系统具有全局快速收敛的能力,并在此基础上施加了负载观测器削弱抖阵。最后通过仿真验证控制策略可以较快地跟踪参考速度,且具有较好的鲁棒性和抗干扰性。     

基于自抗扰控制的永磁同步电动机滑模控制调速系统

为提高永磁同步电动机调速系统的鲁棒性,采用自抗扰控制和滑模变结构控制策略,提出了一种新颖的永磁同步电动机双闭环调速系统.外环速度调节由带扩张状态观测器(ES0)的滑模控制器生成期望的q轴电流,内环电流调节由自抗扰控制器生成d-q旋转坐标系下的两个电压分量ud和uq,削弱了抖动现象,增强了抗扰能力.仿真试验结果表明,系统的速度响应较快,稳态误差小,无超调,能有效地抑制参数变化和负载扰动带来的影响,提高了控制系统动态性能和鲁棒性.     

基于新型滑模观测器和非奇异快速终端滑模的永磁同步电机控制

针对永磁同步电机传统无传感器滑模控制系统中存在超调大,抖振严重,鲁棒性差等缺点,设计了一种带扰动补偿的新型非奇异快速终端滑模控制器和分数阶滑模观测器的联级控制系统。首先,新型非奇异快速终端滑模面和趋近率构造速度控制环,相比于普通滑模面,新型滑模面的引入有效提高系统的鲁棒性,抑制PI控制中的转速超调和抖振现象,并将电机负载扰动补偿到设计的滑模控制器中,进一步提高系统的抗扰动性;其次,分数阶滑模观测器包含分数阶滑模面和双正切函数的符号函数;最后通过改进的分数阶锁相环提取转子位置信息。仿真结果表明,新提出的新型级联控制系统有效降低滑模抖振,系统抗扰动性更强,鲁棒性更好。     

基于广义积分扩张状态观测器的虚拟同步发电机电压控制研究

作为电力电子化电力系统的重要组成部分,虚拟同步发电机(VSG)技术在分布式电源中得到了广泛应用.当其处于孤岛模式运行时,传统的比例积分双闭环控制难以满足控制需求.首先采用线性自抗扰控制(LADRC)使VSG拥有更强的抗扰能力.同时,考虑到非线性负载接入产生的谐波,使得传统的扩张状态观测器(ESO)难以取得理想的观测效果...     

基于扩张状态观测器的 PMLSM 高阶自适应 非奇异快速终端滑模控制

为改善永磁直线同步电机控制系统的位置跟踪精度和鲁棒性,提出了一种基于扩张状态观测的高阶自适应非奇异快 速终端滑模控制方案。首先,设计了一种高阶非奇异快速终端滑模面,通过引入反馈电流实现对电机位置、速度和电流的整 体控制。其次,设计新型滑模趋近律,使控制系统能快速将误差趋近于零并削弱抖振。同时,引入自适应律估计并实时调整 趋近律系数。最后,设计了扩张状态观测观测外部扰动,从而提高位置跟踪系统的动态和稳态性能。基于 Lyapunov 稳定性 理论,证明了该控制系统的稳定性。通过仿真与实验验证,结果表明,提出的控制方法能有效提高系统的位置跟踪精度,并且 增强了系统的抗干扰能力。     

基于ESO的积分Terminal滑模励磁系统控制

发电机励磁系统是一个受参数摄动和外界干扰等因数影响很大的不确定非线性系统,针对此问题,本文通过构造扩张状态观测器(ESO)对发电机励磁系统的不确定因数进行估计,以实现非线性模型动态补偿线性化。为了克服常规滑模控制中被跟踪信号的导数均需已知的限制,在滑模面中引入了误差积分补偿项,然后利用Terminal滑模变结构控制理论设计励磁控制器。该控制方法能够有效地改善电力系统的静态和暂态特性。仿真结果验证了本文方法的可行性和有效性。     

虚拟同步发电机及其在微电网中的应用

针对分布式电源并网逆变器的虚拟同步发电机控制策略及其在微电网中的应用进行研究。建立并网逆变器用虚拟同步发电机控制方案的数学模型,研究基于虚拟转矩和虚拟励磁的并网有功、无功调节方案,定量分析系统模型参数摄动对并网功率跟踪的影响,详细分析惯性和阻尼参数的整定方法,提出一种基于锁相环的虚拟同步发电机离/并网无缝切换控制策略,可模拟同步发电机的准同期并列装置。最后,针对一个典型微电网系统,利用PSCAD/EMTDC的仿真结果和一台50 kVA样机的实验结果验证所提控制策略的正确性和有效性。结果表明,所提的并网功率调节控制策略具有较好的有功、无功跟踪性能;同时,还能很好地为系统提供惯性和阻尼,提高系统稳定性,此外,还能满足微电网不同运行模式之间的无缝切换。     

基于Washout滤波器的虚拟同步发电机新型控制方法研究

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制策略能使逆变器模拟同步发电机运行机制,有利于改善系统稳定性,已成为逆变器控制技术的热点问题之一。首先对VSG的结构进行详细的分析,包括电压电流双环的解耦控制、有功功率和无功功率的下垂控制以及同步发电机的建模等。然后在此基础上提出了一种基于Washout滤波器特性的新型VSC控制方案。最后通过Matlab仿真结果验证了所提的VSG控制方法的有效性和可行性,并说明了新的控制方案可以改善微电网系统的频率与电压,提高微电网的适应性和电能质量。     

基于增强型扩张状态观测器的永磁同步电机低抖振高抗扰二阶终端滑模电流控制

永磁同步电机电流滑模控制具有较好的参数鲁棒性,但控制精度受到滑模抖振的影响,且抖振抑制与抗扰性之间存在矛盾。为此,该文提出一种基于增强型扩张状态观测器的二阶终端滑模电流控制方案,可以有效提升电流控制性能。通过二阶终端滑模控制器的设计,将一阶积分快速终端滑模嵌套在二阶非奇异终端滑模面中,使得滑模抖振得到较好的抑制,同时实现电流无稳态误差的快速收敛。通过引入扩张状态观测器对扰动信号的集总估计与补偿,缓解了抖振与抗扰性之间的矛盾,进一步提升了电流精度。针对数字控制的延迟影响,设计了Smith预估器,提升了扰动补偿精度。最后,通过实验对该文所设计的电流控制方案进行验证,并通过对比展示了该方案的有效性。     

基于改进虚拟直流电机的混合储能控制研究

针对直流微电网中负荷和分布式电源功率波动导致母线电压波动的问题，将扩张状态观测器(extended state observer, ESO)引入对虚拟直流电机(virtual direct current motor, VDM)的控制中，提出一种基于改进虚拟直流电机混合储能分频控制(ESO-VDM)方法。对VDM进行小信号建模，分析其惯性时间常数H和阻尼系数D对控制系统的影响并确定两个参数的值。在功率分频的情况下对锂电池采用电流闭环控制，对超级电容采用ESO-VDM控制，增强其惯性和阻尼特性。在Matlab/Simulink环境中进行仿真研究，仿真结果证明了所提控制算法充分利用了混合储能装置的优势，平滑了电池的输出功率，提高了直流母线电压的稳定性。     

BUCK变换器非奇异终端滑模控制研究

针对BUCK变换器平均电流控制补偿器设计复杂、动态响应速度较慢和传统滑模变结构控制存在开关频率不固定的问题,本文采用一种恒定频率的非奇异终端滑模控制策略。根据变换器的开关状态,建立系统的状态空间方程,设计切换面函数,并推导非奇异终端滑模控制律,最后进行了仿真分析,仿真结果表明,和平均电流控制相比,在系统输入电压和输出电流阶跃变化时,非奇异终端滑模控制BUCK变换器输出电压的超调量减小50%以上,动态响应时间大幅度缩短。     

多机电力系统自适应鲁棒Terminal滑模励磁控制

设计了多机电力系统发电机励磁的自适应鲁棒Terminal滑模控制器,将L2增益干扰抑制、自适应逆推法、Terminal滑模控制相结合,可以自适应估计发电机的不确定阻尼系数,对扰动具有鲁棒性。给出了控制器的设计过程。针对2区域4机系统的仿真结果表明,所设计的自适应鲁棒Terminal滑模励磁控制器能够快速抑制功率振荡,有效提高电力系统的暂态稳定性,并保持机端电压的恒定。     

基于自适应非奇异终端滑模控制的电力系统混沌抑制

在一定条件下,电力系统会产生混沌振荡现象,影响电网的安全稳定运行.对电力系统四阶模型进行混沌振荡的动力学行为分析,并且设计了一种基于自适应非奇异终端滑模控制的控制器.在保证系统实现有限时间内收敛以及不产生奇异性问题的基础上,快速消除了四阶电力系统中的混沌振荡现象.针对四阶电力系统模型中阻尼系数和机械功率通常具有不确定性...     

Adaptive nonsingular terminal sliding mode control of MEMS gyroscope based on backstepping design

An adaptive nonsingular terminal sliding mode (NTSM) tracking control scheme based on backstepping design is presented for micro‐electro‐mechanical systems (MEMS) vibratory gyroscopes in this paper. The NTSM controller is designed based on backstepping strategy to eliminate the singularity, while ensuring the control system to reach the sliding surface and converge to equilibrium point in a finite period of time from any initial state. In addition, the proposed approach develops an online identifier scheme, which can real‐time estimate the angular velocity and the damping and stiffness coefficients. All adaptive laws in the control system are derived in the same Lyapunov framework, which can guarantee the globally asymptotical stability of the closed‐loop system. Numerical simulations for a MEMS gyroscope are investigated to demonstrate the validity of the proposed control approaches. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

双馈风力发电系统终端滑模控制研究

针对双馈风力发电系统最大风能跟踪与功率解耦问题,采用非线性逆系统方法实现反馈线性化和解耦.考虑建模误差和系统参数变化等影响,利用核岭回归支持向量机(SVM)方法来辨识逆系统,并在线调整自适应参数,对解耦后的双馈发电机系统设计终端滑模控制器.分析结果表明,系统状态实现了有限时间收敛,具有较好的动态特性,且有功功率和无功功率实现了解耦控制.仿真结果验证了该方法对双馈风力发电系统控制的可行性和有效性.     

基于趋近律的互补积分终端滑模音圈电机控制

音圈电机（VCM）主要应用于小范围直线定位场景,需保证其拥有高精度及高鲁棒性,并且由于电机参数及摩擦力等影响,VCM是非线性且时变的。本文从VCM工作原理分析并建立对应二阶系统模型。控制策略上采用滑模控制和状态观测器的结合,针对滑模控制的抖振问题分别从滑模面和趋近律方向分别提出对应解决方案。滑模面采用互补积分终端滑模控制（CISMC）,在减小抖振的基础上,采用齐次理论设计的积分终端滑模实现了有限时间的收敛性;趋近律采用幂次趋近律和非线性函数的结合,可以更快的到达滑模面;在滑模控制外采用状态观测器（ESO）对系统扰动等进行前馈补偿,提出了一种基于趋近律的互补积分终端滑模控制（CISMC）。根据推导的数学模型在MATLAB/simulink中建立系统仿真模型,通过仿真实验表明CISMC+ESO的方案,在跟踪正弦信号相较于互补滑模控制（CSMC）+ESO方案,稳定误差最大减少75%,完全跟踪时间最大减小28.5%;在跟踪斜坡信号时,稳态误差明显减少较大,完全跟踪时间最大减小84%。实验表明其在系统控制精度和鲁棒性方面都有明显提高。     

基于终端滑模控制的移动机器人轨迹跟踪

针对移动机器人受到外部不规则扰动时易出现速度和位姿误差跳变的问题,提出了一种基于扰动观测器的动态终端滑模控制方法。结合运动学模型,利用李雅普诺夫法设计虚拟控制器,进一步设计非奇异动态终端滑模轨迹跟踪控制器。为减小外部扰动对系统的影响,设计非线性扰动观测器对控制器进行扰动补偿。最后,将本文所提方法与自适应滑模控制方法进行仿真比较。结果显示,在第15 s扰动发生阶跃变化时,自适应滑模控制方法的线速度和角速度分别发生1.4 m/s和1.24 rad/s的跳变,而本文所提方法速度跳变幅度小于自适应滑模控制方法的1/10。仿真结果表明,本文所提方法可有效地抑制扰动对系统的影响,减小移动机器人速度和位姿误差的跳变幅度。     

采用终端滑模实现多涡卷混沌系统的追踪控制

针对基于滞环非线性多涡卷混沌系统的追踪控制问题,提出了一种终端滑模控制方法,实现了受控混沌系统对给定参考信号的追踪控制。应用李亚谱诺夫稳定性定理证明了所提出控制方法的正确性。仿真结果验证了追踪误差系统的状态首先在有限时间内到达滑模面,然后在有限时间内收敛到原点,实现了追踪控制。     

基于非线性终端滑模的码垛机械臂轨迹跟踪控制

针对码垛机械臂的轨迹跟踪控制,提出了一种基于数据驱动的非线性终端滑模控制方法.首先,利用牛顿-欧拉法推导出码垛机械臂的动力学模型,进而将模型等效成离散形式;接着,设计非线性终端滑模面来加快关节角的收敛速度,引人等效趋近律来抑制系统的抖振效应;同时,在萤火虫寻优算法的帮助下解决控制器参数整定问题,以便获得最优的控制性能;最后,通过仿真和试验对所提控制方法的有效性进行了验证.结果表明,该控制方法比积分滑模控制控制具有更高的跟踪精度,能保证码垛机械臂较好地跟踪上参考轨迹,具有一定的工程应用价值.     

非匹配不确定多变量系统高阶终端滑模控制

针对一类具有非匹配不确定性的多变量系统,提出了一种递阶结构的高阶终端滑模控制方法.将多变量系统变换为解耦块能控标准型.采用非奇异终端滑模,结合微分估计器,设计高阶滑模控制策略,使输入输出子系统的状态在有限时间内收敛至平衡点,内部子系统的状态收敛至平衡点的邻域内.所提方法可以简化系统结构,消除控制抖振,通过控制器参数和非匹配扰动的上界可以估计系统状态的收敛范围.仿真结果验证了该方法的有效性.