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。     

改进滑模模型参考自适应的PMSM无传感控制

针对MRAS（模型参考自适应）观测器对PMSM（永磁同步电机）参数变化和外部干扰敏感的缺点,设计了一种用于PMSM无传感控制的软开关滑模模型参考自适应观测器。该观测器将滑模控制与MRAS相结合,并构造了边界层可变的正弦饱和函数,以抑制由于滑模控制引起的系统抖动,增强系统鲁棒性。同时引入sigmoid函数,以提高滑模软切换速度控制器的稳定性。实验仿真结果表明,软开关滑模模型参考自适应控制不仅可以实现边界层内的快速收敛、弱化抖动,而且跟踪能力强。     

基于ESO的无速度传感器PMSM系统自适应滑模FCS-MPC

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的性能,基于反双曲正弦函数的扩张状态观测器(ESO)技术,提出一种新颖的无速度传感器自适应滑模有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略,采用ESO技术构造PMSM系统转速和反电动势的观测器,实现对电机转速和反电动势快速准确估计.用带有负载ESO的自适应滑模控制作为系统的转速调节器,以提高系统的鲁棒性;利用基于快速矢量选择的FCS-MPC策略,达到减少转矩脉动、降低系统算法计算量的目的.仿真结果表明,基于ESO的无速度传感器自适应滑模FCS-MPC策略能够使PMSM系统可靠稳定运行,达到满意的转矩和转速控制效果.与基于积分型滑模面的自适应滑模FCS-MPC策略相比,所提出的控制策略能使系统具有良好的动态性能和抗负载干扰能力.     

基于自适应负载观测器的PMSM滑模控制

根据永磁同步电机的矢量控制模型,设计一个滑模转速控制器,并设计一个自适应观测器估计负载转矩扰动值,进而对扰动进行在线补偿。滑模控制器与传统PID控制相比具有超调量小、响应快的优点．负载观测器的补偿提高了系统的性能。MATLAB仿真结果证明该设计方法的有效性。     

无速度传感器的表面式永磁同步电机无源控制策略

针对高性能的表面式永磁同步电机(SPMSM)调速系统,考虑电机实际运行过程中逆变器非线性因素对传动系统的影响,推导出考虑逆变器的SPMSM系统统一端口受控耗散哈密顿数学模型。基于能量成形方法和端口受控耗散哈密顿系统原理,设计SPMSM驱动系统的无源控制器,利用带扩张状态观测器的自适应滑模控制设计速度调节器,得到??轴期望的电流并实现转速的估计,逆变器非线性扰动由扩张状态观测器进行补偿。仿真结果表明,所提出方法实现了较高的速度估计精度,使调速系统具有优良的动、静态性能。     

基于自适应模糊滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制

针对传统滑模观测器(SMO)存在的抖振及相位延迟问题,提出一种自适应模糊滑模观测器来实现永磁同步电机(PMSM)无传感器控制.根据Lyapunov稳定性定理构建自适应模糊滑模观测器,以保证系统的稳定性.通过分析滑模增益对系统抖振的影响设计模糊控制系统,从而实现对滑模增益的动态调整,削弱抖振现象,提高系统的鲁棒性.建立反电动势观测器代替低通滤波器,避免相位延迟,从而提高系统的稳定性及准确跟踪性.仿真结果验证了所提出方法的可行性.     

永磁同步电机伺服系统的自适应模糊滑模控制

针对永磁同步电机伺服系统的跟踪控制问题,提出了一种基于扰动观测器的自适应模糊滑模控制方法.通过扰动观测器估计等效扰动,改善了系统的动态性能和稳态性能,并且只需要等效扰动的变化有界,而不是为零,放宽了要求;根据模糊控制原理引入3条模糊规则,在保证滑模条件的前提下有效地削弱了抖振;采用自适应策略估计模糊系统参数的最优值,简化了控制器的设计.实验结果表明,与常规自适应模糊滑模控制相比,本文提出的控制方法不仅能够有效地减小跟踪误差,而且能够改善参数估计过程,保证了参数估计的有界性.     

基于模糊扰动观测器的PMSM积分滑模控制研究

为了克服传统永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)的滑模控制增益大容易产生抖振的问题,提出基于模糊观测器的PMSM积分滑模控制策略。采用新型趋近律设计积分滑模控制器取代传统的滑模控制器,提高系统的动态响应性能。结合模糊控制与自适应控制的特点,设计模糊扰动观测器,能够迅速有效地观测系统内部参数变化和外部扰动,并对积分滑模速度控制器进行前馈补偿,削弱系统抖振的同时提高了系统的鲁棒性。通过李雅普诺夫理论证明了该控制系统的稳定性。仿真及实验结果验证了该方法具有较强的鲁棒性,可以实现良好的跟踪效果并且无抖动。     

基于RBF神经网络-滑模观测器的PMSM无传感器矢量控制

为了解决传统滑模观测器方法应用在永磁同步电机无传感器矢量控制时所产生的抖振问题,使用RBF神经网络动态调节观测器的切换增益,即使其输入为传统滑模估计方案中的电流估计误差,输出为滑模增益;同时为了简化系统结构、提高方案可行性,将RBF神经网络设计为单输入单输出的结构,并将网络的学习和工作过程融合,使其在自身网络参数的不断优化中实时输出滑模增益,以增强系统鲁棒性。最后通过Matlab/Simulink软件对该系统进行建模仿真,并将该方法与传统滑模观测器方法进行对比。实验结果表明,该方案能够为矢量控制提供更加准确的转子位置及速度信息,提高了整个电机控制系统的稳定性。     

切换系统基于反演递推法的鲁棒自适应控制

切换系统的稳定控制问题是一个重要的研究问题。基于李雅普诺夫函数的方法是研究切换系统稳定性的重要手段,但是有约束非线性系统的李亚普诺夫函数构造仍是一个难题(特别是对带有不确定性的非线性系统)。针对一类带有不确定性的严格反馈型切换非线性系统,利用反演递推法(backstepping)设计了子系统的基于李亚普诺夫函数的鲁棒自适应控制器,并证明了子闭环系统的稳定性,同时设计适当的切换律保证了整个闭环系统的稳定性。其中系统的未知不确定性及外界干扰不要求线性增长速度,并由模糊系统在线逼近。结果表明所提出方法的有效性。     

An extended observer-based robust nonlinear speed sensorless controller for a PMSM

This work focuses on the problem of observer-based robust speed sensorless control of a 3-phase permanent magnet synchronous motor (PMSM). Nonlinear design techniques are employed for designing robust speed controller and observer that are able to withstand the effects of modelling uncertainties and load variations. A new cascaded observer scheme is proposed comprising a continuous sliding mode observer (SMO) and an extended high-gain observer (EHGO). The proposed cascaded observer reduces chattering, exhibits reasonable insensitivity to modelling inaccuracies and is capable of withstanding errors due to the finite boundary layer of continuous SMO. For the robust speed control, an integral sliding mode controller is designed that yields fast and accurate speed tracking performance even in the presence of bounded uncertainties and external disturbances. The complete scheme has been evaluated using simulations and experiments.     

Adaptive sensorless robust control of AC drives based on sliding mode control theory

This paper focuses in the design of a new adaptive sensorless robust control to improve the trajectory tracking performance of induction motors. The proposed design employs the so‐called vector (or field oriented) control theory for the induction motor drives, being the designed control law based on an integral sliding‐mode algorithm that overcomes the system uncertainties. This sliding‐mode control law incorporates an adaptive switching gain in order to avoid the need of calculating an upper limit for the system uncertainties. The proposed design also includes a new method in order to estimate the rotor speed. In this method, the rotor speed estimation error is presented as a first‐order simple function based on the difference between the real stator currents and the estimated stator currents. The stability analysis of the proposed controller under parameter uncertainties and load disturbances is provided using the Lyapunov stability theory. The simulated results show, on the one hand that the proposed controller with the proposed rotor speed estimator provides high‐performance dynamic characteristics, and on the other hand that this scheme is robust with respect to plant parameter variations and external load disturbances. Finally, experimental results show the performance of the proposed control scheme. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Adaptive robust controller based on integral sliding mode concept

ABSTRACT

This paper proposes, for a class of uncertain nonlinear systems, an adaptive controller based on adaptive second-order sliding mode control and integral sliding mode control concepts. The adaptation strategy solves the problem of gain tuning and has the advantage of chattering reduction. Moreover, limited information about perturbation and uncertainties has to be known. The control is composed of two parts: an adaptive one whose objective is to reject the perturbation and system uncertainties, whereas the second one is chosen such as the nominal part of the system is stabilised in zero. To illustrate the effectiveness of the proposed approach, an application on an academic example is shown with simulation results.     

Adaptive sliding mode controller based on super-twist observer for tethered satellite system

ABSTRACT

In this work, the sliding mode control based on the super-twist observer is presented. The parameters of the controller as well as the observer are admitted to be time-varying and depending on available current measurements. In view of that, the considered controller is referred to as an adaptive one. It is shown that the deviations of the generated state estimates from real state values together with a distance of the closed-loop system trajectories to a desired sliding surface reach a μ-zone around the origin in finite time. The application of the suggested controller is illustrated for the orientation of a tethered satellite system in a required position.     

基于滑模观测器的永磁同步电机变结构鲁棒控制

提出一种由一个变结构控制器和一个滑模观测器组成的控制系统,用于永磁同步电机的无传感器鲁棒控制.首先利用Lyapunov稳定性原理分析得到观测器的收敛条件及自适应率,并证明了其稳定性,然后以转速误差为参量建立滑模面,构造出变结构速度控制器,推导出自适应速度控制律,并得到速度控制的参考电流和参考电压.该方案的控制性能不依赖于电机参数和干扰变化,具有较强的鲁棒性.仿真结果验证了该方案的有效性与正确性.     

机器人操作器的自适应模糊滑模控制器设计

针对机器人动力学系统提出了一种基于模糊逻辑的自适应模糊滑模控制方案.根据滑模控制原理并利用模糊系统的逼近能力设计控制器,基于李雅谱诺夫方法设计自适应律,证明了闭环模糊控制系统的稳定性和跟踪误差的收敛性.控制结构简单,不需要复杂的运算.该设计方案柔化了控制信号,减轻了一般滑模控制的抖振现象.仿真结果表明了所提控制策略的有效性.     

串联机器人的双模糊自适应滑模控制

提出了一种串联机器人的改进控制算法。采用一自适应模糊控制器,根据滑模到达条件对滑模切换增益进行估算,消除滑模控制中输出力矩的抖振现象,增强其对不确定性因素的适应能力。采用另一自适应模糊控制器对指数趋近律系数进行修正,改善由于大范围初始位姿产生的偏差而引起的大力矩和速度跳变问题。该方法无需确定被控对象的具体数学模型,具有强鲁棒性和高跟踪精度。基于Lyapunov方法进行了稳定性证明,保证控制系统的稳定性与收敛性。实验结果表明,该方法应用于串联机器人,跟踪效果良好并产生了平滑的力矩输出和速度输出。     

基于终端滑模机器人模糊自适应路径跟踪控制

对质心位置未知的移动机器人系统设计了基于快速终端滑模的模糊自适应路径跟踪控制方法。该方法采用模糊逻辑系统逼近控制器中的未知函数,基于李亚普诺夫稳定性分析方法对未知参数设计自适应律,并设计鲁棒控制器来补偿逼近误差。该方法不但可以保证闭环系统中的所有信号有界,而且可使跟踪误差在有限时间内收敛到原点的小邻域内。仿真结果验证了方法的有效性。