基于扰动观测器的PMSM系统自适应反步滑模控制

针对负载转矩波动和系统参数变化的永磁同步电机(PMSM)系统的控制问题,提出了一种带有非线性扰动观测器的自适应反步滑模位置跟踪控制方法。首先,设计了自适应反步滑模控制器,以确保电机位置快速收敛到期望值,并设计了自适应收敛增益,以减小电机位置响应下的大的过冲;其次,设计非线性扰动观测器估计未知扰动,并为自适应反步滑模控制提供前馈补偿,以提高系统的鲁棒性,并减少稳态位置误差。仿真结果表明,该方法可以有效减少过冲,很好地实现了PMSM系统的快速位置跟踪控制,具有良好的抗扰动性能。     

基于分数阶二阶滑模的PMSM转速控制

针对永磁同步电机易受负载扰动和自身参数变化影响的问题,提出了一种基于分数阶的永磁同步电机二阶滑模速度控制器。该方法利用分数阶随时间缓慢衰减的特性,首先,在传统滑模面的基础上引入了分数阶滑模面;其次,采用螺旋算法来设计二阶滑模控制器;最后,搭建永磁同步电机矢量控制仿真模型进行仿真。实验结果表明,与传统的二阶滑模控制相比,在新的控制方法下系统有较强的抗负载扰动能力,以及减小自身参数变化时带来的影响,能够有效地提高系统的动态和稳态性能。     

基于改进滑模控制器的PMSM调速系统北大核心

针对在永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统中采用PI控制器存在控制精度低、响应速度慢以及容易出现积分饱和等问题,提出一种新型指数趋近律的滑模控制策略,基于新型趋近律设计了改进滑模控制器,该方法可有效加快系统响应速度,并能抑制滑模控制过程中出现的系统抖振;同时引入负载转矩观测器作为前馈补偿到滑模控制器,有效提高PMSM调速系统的稳态及动态性能。经过与PI控制器及传统滑模控制的仿真对比实验,改进滑模控制器在系统响应上能够达到无超调快速响应,调节时间为0.011 s;突增负载时,恢复稳态时间为0.008 s,且转速只下降24 r/min,该控制方法使系统动态性能和抗干扰性能得到提高,而且抑制了滑模控制的抖振。     

基于非奇异负载转矩观测器的永磁同步电机抗扰动控制

针对永磁同步电机负载转矩波动及惯性负载的变化对控制性能的影响,采用一种非奇异负载滑模观测器实时辨识负载转矩,并将观测的负载转矩按比例转化为补偿电流值对控制系统进行前馈补偿,以降低负载扰动的影响;采用模型参考自适应算法辨识系统的转动惯量,并将观测出的惯量输入到负载转矩观测器中,减少惯性负载扰动的影响。实验结果表明,在不同工况下负载转矩和系统惯量变化时,设计的非奇异负载转矩滑模观测器补偿效果比一阶滑模负载转矩观测器补偿效果好,能够快速恢复到给定速度,系统的抗扰性能有很好改善。     

基于扰动观测器的PMSM滑模控制北大核心

为了解决永磁同步电机传统调速系统的响应速度慢、有超调、鲁棒性差及抖振过大问题,提出了一种积分变结构与扰动观测器复合的滑模控制方法。该方法设计了一种积分型的滑模变结构控制器,并引入新型趋近率,对PMSM调速系统的稳态及动态性能有了较大的提升;在此基础上利用扩张观测器估计的扰动值进行速度控制器的补偿,提高滑模控制的鲁棒性。仿真结果表明,调速系统无超调,调节时间为0.012 s;突加负载时,恢复稳态时间为0.018 s,且转速只下降16 r/min,该控制方法有效增强了系统动态性能和抗干扰性能,并抑制了滑模控制的抖振。     

永磁同步电机位置伺服系统终端滑模控制

将终端滑模控制（TSMC）策略应用于永磁同步电机(PMSM)位置控制,以提高系统输出响应性能。基于终端滑动模式技术,设计一种新的有限时间收敛的干扰观测器以估计PMSM的集体不确定性,包括系统参数不确定性和未知的外部负载。与渐近收敛控制器不同,TSMC 保证系统状态误差和观测器估计误差在有限时间内能收敛到0。结果表明：与PID控制和传统反步法控制相比,所提出的控制器控制效果更好。     

基于线性自抗扰控制器的异步电机调速系统

针对异步电机难以建立精确的数学模型和矢量控制系统参数鲁棒性差的问题,提出了用线性自抗扰控制器控制异步电机调速系统.线性自抗扰控制器不需要电机的精确数学模型,通过线性扩张状态观测器估计出电机模型中的耦合项及参数摄动等引起的总扰动并加以补偿,能够实现磁链和转矩的完全解耦,从而提高系统性能.为了验证上述方案,对空载起动,突加负载,给定转速变化、转子电阻变化、转动惯量变化等情况进行了仿真,并与自抗扰控制器控制的异步电机调速系统进行了比较.仿真结果表明线性自抗扰控制器和自抗扰控制器一样,无超调、响应速度快、动态速降小、静态无误差,且对负载扰动、电机参数变化等具有很强的鲁棒性,但线性自抗扰控制器需要整定的参数大大减少了.     

基于约束扰动观测器的感应电机鲁棒模型预测控制方法北大核心

针对感应电机在参数扰动条件下的高性能鲁棒控制问题,提出一种基于模型预测控制和扰动观测器的感应电机无偏速度控制方法。基于串级控制结构设计内环模型预测转矩控制器和外环鲁棒速度控制器。在考虑电机电流和电压约束的最小损耗及参数随转速变化的前提下,提出一种改进的连续控制集模型预测控制器(CCS-MPC)作为内环转矩控制器;将稳定化MPC方法与离散时域扰动观测器(DOB)相结合,在同时考虑参数不确定性和负载转矩的影响以及电机的转矩限制的前提下,设计外环鲁棒速度控制器,该速度控制器为内环转矩控制器提供参考转矩;通过给出相应的定理和推论验证所提出的转速控制器的鲁棒性;设计物理实验对所提控制方法进行验证。结果表明:在考虑电机转矩限制的条件下,所提出的控制方法具有良好的瞬态及稳态响应,且在负载转矩扰动下具有较好的鲁棒性。     

基于RBF神经网络和扰动观测器的PMLSM位置控制

针对永磁直线同步电机的位置控制,其控制精度易受模型误差和负载扰动等因素的影响,设计了一种改进型的滑模趋近律控制器,提出了基于RBF神经网络的建模误差逼近器和非线性负载扰动观测器。首先,利用改进型的滑模趋近律算法,加快到达滑模面的速度,降低系统的滑模抖振;其次,采用RBF神经网络算法逼近系统的建模误差;最后,非线性扰动观测器对系统的负载扰动进行估计。此外,系统采用前馈补偿控制策略,以提高系统的控制精度。仿真结果表明:通过与传统的滑模趋近律控制方法相比,文章提出的方法提高了系统的控制精度、增强了系统的鲁棒性。     

一种新型模糊神经网络滑模控制器设计北大核心

针对基于PID算法的永磁同步电机矢量控制系统易受系统不确定性影响(负载扰动、模型参数变化)的问题,提出一种新型模糊神经网络滑模控制器。首先,在传统滑模控制的基础上,利用模糊神经网络控制器(FNN)构成滑模控制器(SMC)的切换控制项来完成对系统不确定性因素进行逼近以及对滑模控制切换增益的调节;其次,利用麻雀搜索算法来实时更新模糊神经网络滑模控制器参数,为了加快SSA的收敛速度以及防止其陷入局部最优,利用分数阶微积分对传统麻雀算法进行改进;最后,进行了仿真验证,表明所设计的新型模糊神经网络滑模控制器具有较强的鲁棒性和动态性能。     

基于扩展观测器的永磁同步电机快速积分终端滑模控制

为了优化永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态性能，使用滑模控制的PMSM控制系统的非线性速度控制算法。提出一种新的快速积分终端滑模面(FITSMC),以提高传统积分终端滑模控制在速度误差远离平衡点时的跟踪误差收敛速度。针对高切换增益引起的大抖动现象，提出一种改进的抗干扰滑模速度控制器，该方法引入扩展状态观测器观测集中扰动，并在FITSMC中添加前馈补偿项。最后，通过仿真验证所提控制方法的有效性。结果表明：采用FITSMC替代传统的PI控制器，可以有效地降低动态速度跟踪误差。通过与传统方法进行比较，验证了所提方法(FITSMC+ESO)的优越性。     

电动负载模拟器的自适应终端滑模控制

为了更好地测试舵机性能,提高加载系统的鲁棒性和稳定性,实现电动负载模拟器对信号精确跟踪,同时抑制多余力矩,提出高阶非线性自适应终端滑模控制策略,避免了参数变化和扰动对系统的影响。将舵机看作一个扰动输入,确立负载模拟器系统为双输入单输出非线性系统,建立负载模拟器非线性数学模型,并基于此模型提出自适应终端滑模控制策略。利用Lyapunov函数证明闭环系统的渐进稳定性及有限时间收敛特性。并通过Simulink仿真验证了此控制策略的有效性。结果表明:与普通滑模控制相比,自适应终端滑模控制方法跟踪精度更高,对多余力矩也起到了很好的抑制效果。     

串联型机械臂的自适应鲁棒容错控制研究

针对串联型机械臂关节空间内的轨迹跟踪控制,提出了一种自适应鲁棒容错控制方法。在机械臂动力学模型中加入了外界干扰、关节摩擦与故障模型,并将其等价成二阶被控系统。在此基础上,结合非奇异快速终端滑模面和反步法控制策略,设计一种新型的反步非奇异快速终端滑模控制器。通过李亚普诺夫准则验证了控制策略的全局渐近稳定性;引入自适应技术估计系统不确定性的上界,提高控制器的鲁棒性。以二自由度机械臂为被控对象,对所设计控制器的有效性进行了验证,结果表明:与传统的非奇异快速终端滑模控制器及反步非奇异快速终端滑模控制器相比,该控制器具有响应速度快、鲁棒性强、抖振小的优点,能有效应对系统故障和实现机械臂的高精度轨迹跟踪控制。     

基于模糊时变滑模的永磁同步电机调速系统设计

针对永磁同步电机突然加入负载时存在的转速波动和不稳定问题,提出一种基于积分时变滑模面和新型模糊增益趋近律的滑模调速方法。采用积分时变滑模面,在传统积分滑模面中加入一个时变项,借此提升系统的响应速度。改进传统的指数趋近律,加入非线性函数来削弱系统的抖振,同时根据不同的系统状态用模糊算法整定趋近律增益参数,着重于提升趋近速度和系统抗扰动能力。最后,使用李雅普诺夫稳定性判据证明了该控制系统的稳定性。在MATLAB/Simulink环境下将此控制策略与传统滑模控制策略进行对比,仿真结果表明：采用此控制方法的系统响应速度更快、抑制系统扰动和抖振的能力更强,具备更好的综合性能。     

基于CMAC滑模控制的双马达同步技术研究

以大型起重机双卷扬系统为研究对象,针对起升过程中存在的双马达同步误差问题,提出一种基于小脑神经网络(CMAC)滑模控制方法,充分利用CMAC响应速度快及滑模变结构控制(SMC)抗干扰能力强的特点,以解决传统控制方法鲁棒性差的问题;在控制过程中采用交叉耦合控制方式,并根据液压系统动态特性将液压泵出口压力差以及吊钩的倾斜角度作为控制指标进行仿真,最后以起升工况进行实验研究。结果表明:与传统方法相比,所提出的控制策略能有效提高两个马达的同步控制精度,抗干扰能力强,满足实际工况需要。     

基于自适应扰动和改进趋近律的永磁同步电机滑模调速系统

针对永磁同步电机突然加入负载时存在的转速波动和不稳定问题,提出一种基于自适应扰动和新型趋近律的滑模速度控制方法。在趋近律内引入系统状态变量,同时改进趋近律内的数学关系,从而提高系统趋近速度的自适应调节能力,达到提升系统综合性能的目的;利用李雅普诺夫稳定性判据进行反推,对负载转矩进行了自适应估计,使得文中控制策略满足李雅普诺夫稳定判据的同时,降低了外部负载对电机转速的影响。最后,在Simulink环境下将文中控制策略与传统滑模控制策略进行对比。仿真结果表明：采用文中控制方法的系统响应更快、抑制系统抖振的能力更强,此方法能够有效地提高系统的综合性能,实现更稳定的转速控制。     

插入式永磁同步电主轴无传感器弱磁控制技术研究

为了提高电主轴的电流利用率和鲁棒性,在矢量控制的基础上,对插入式永磁同步电主轴进行研究。对最大转矩电流比控制的四阶方程进行标幺化处理,采用拟合曲线的方式对方程进行近似求解;利用弱磁调速扩展主轴的速度范围。通过滑模观测器估算电主轴转速,为了改善传统滑模观测器的抖振问题,将Sigmoid函数引进传统滑模观测器中,通过李雅普诺夫判据对所提策略的稳定性进行推导说明。以实验室中高速磨削电主轴FL170-20-15为例,通过以上算法搭建基于MATLAB的仿真实验平台进行实验验证,并分析该控制策略的效果。实验结果表明：采用该方法的高速磨削电主轴减小了滑模观测的抖振现象,提高了控制系统的鲁棒性。     

基于布谷鸟算法的工业机器人轨迹跟踪控制

研究SCARA工业机器人在关节空间内的轨迹跟踪控制问题。实际应用中,系统的未建模特性、关节摩擦间隙和未知负载等因素将引起机器人动力学性能的变化,从而影响其轨迹跟踪控制;并且外界扰动也会增加机器人轨迹跟踪控制的难度。针对上述问题,提出一种基于布谷鸟算法优化的快速连续非奇异终端滑模控制策略。该方法利用布谷鸟算法寻优机制规划机器人的参考轨迹;控制策略在李亚普诺夫稳定性理论的支撑下,采用连续非奇异终端滑模面来补偿与抑制系统的不确定性与外界扰动,引入快速终端滑模趋近律来加快系统的响应速度,并结合Anti-Windup技术来补偿系统中死区等其他非线性因素。通过李亚普诺夫稳定性理论,证明机器人系统的轨迹跟踪误差全局稳定。最后,通过轨迹跟踪试验验证了此方法的有效性。     

基于回流能量调节的液压执行机构运动位移控制仿真研究

为提高液压执行机构控制系统响应速度,从而降低执行机构运动位移输出误差,采用超螺旋滑模控制器,并进行仿真验证。建立回流能量调节的液压执行机构简图,定义差动阀液压流量数学模型,推导出液压执行机构动力学方程式。针对传统滑模控制器进行改进,提出超螺旋滑模控制器。给出液压执行机构超螺旋滑模控制的流程,并分析控制系统的稳定性。为进一步验证超螺旋滑模控制器输出精度,采用MATLAB软件对液压执行机构运动位移进行仿真,并且与传统滑模控制器进行对比。结果表明：采用传统滑模控制器,在空载状态下,液压执行机构运动位移与期望值偏差较小,但是在负载状态下,其偏差较大;采用超螺旋滑模控制器,在空载或者负载状态下,液压执行机构运动位移与期望值偏差都较小,执行机构反应速度较快。采用超螺旋滑模控制器,可以有效降低液压执行机构滑模控制器的抖动幅度,提高运动精度。