可控励磁直线同步电动机跟踪与干扰抑制H_∞鲁棒控制器设计

针对磁悬浮可控励磁直线同步电动机控制系统,提出跟踪与干扰抑制H_∞鲁棒控制。首先,建立可控励磁直线同步电动机控制系统在磁悬浮运行状态下的数学模型;其次,为设计状态反馈与扰动前馈复合控制系统,设计扰动观测器对不确定性的外部扰动进行观测;再次,将系统对给定信号的跟踪与干扰信号的抑制问题转化为标准H_∞问题,通过解Riccati方程得到半正定解,进而设计出跟踪与干扰抑制的H_∞鲁棒控制器,以达到实现直线同步电动机数控机床磁悬浮平台精确控制的目的;最后用Matlab软件对H_∞鲁棒控制的可控励磁直线同步电动机伺服系统进行仿真研究,仿真结果表明该控制系统能够很好地跟踪给定信号,并且对于不确定性的外部扰动,H_∞控制比PI控制具有更良好的抑制作用。     

可控励磁直线同步电动机滑模控制的研究北大核心

在磁悬浮可控励磁直线伺服系统中,对于外部不确定性扰动和系统自身参数摄动的问题,提出一种全过程都具有鲁棒性的滑模控制,让状态轨迹全程沿着滑模面运动。同时,针对滑模控制会产生抖振的缺点,采用双曲正切函数柔化控制输入信号,以达到实现直线同步电动机数控机床磁悬浮平台精确控制的目的。在Matlab环境下对控制系统进行仿真分析,结果表明在该控制策略下,可控励磁直线电动机磁悬浮伺服系统对外部扰动和自身参数摄动具有良好的鲁棒性,并且减小系统的抖振,从而验证该控制方法的有效性。     

可控励磁直线同步电动机滑模控制的研究

在磁悬浮可控励磁直线伺服系统中,对于外部不确定性扰动和系统自身参数摄动的问题,提出一种全过程都具有鲁棒性的滑模控制,让状态轨迹全程沿着滑模面运动。同时,针对滑模控制会产生抖振的缺点,采用双曲正切函数柔化控制输入信号,以达到实现直线同步电动机数控机床磁悬浮平台精确控制的目的。在Matlab环境下对控制系统进行仿真分析,结果表明在该控制策略下,可控励磁直线电动机磁悬浮伺服系统对外部扰动和自身参数摄动具有良好的鲁棒性,并且减小系统的抖振,从而验证该控制方法的有效性。     

数控机床直线同步电动机磁悬浮系统的神经网络直接自适应控制

针对数控机床可控励磁直线同步电动机磁悬浮系统的强非线性、外部扰动不确定性的问题,设计基于RBF神经网络直接自适应控制器.通过分析磁悬浮系统的运行机理,推导运动方程及悬浮力方程,进而建立系统的状态方程;用悬浮高度的跟踪误差和误差的变化量构造误差函数,设计直接自适应理想控制器并采用RBF神经网络对其进行逼近;设计自适应律来估计神经网络理想权值,对误差函数的变化率构造二次型Lyapunov函数,利用Lyapunov稳定性理论来证明系统稳定;通过Matlab对控制系统进行计算机仿真,结果表明该方法设计的控制器与自适应模糊滑模控制器和PID控制器相比,空载启动时调节时间减少了23.5％,突加负载时动态降落减少了64.7％,恢复时间减少了38.2％,具有稳态误差小,调节时间和恢复时间短,抗扰性较强的优点,能有效提高磁悬浮系统的控制性能.     

基于SESO的可控励磁直线同步电动机电流预测控制的研究

对可控励磁直线同步电动机（CELSM）提出基于切换型扩张状态观测器（SESO）的电流预测控制策略。根据可控励磁直线同步电动机工作原理建立数学模型,设计无差拍预测电流控制器（DPCC）,并采用扩张状态观测器对总扰动进行观测和补偿。将线性扩张状态观测器（LESO）和非线性扩张状态观测器（NLESO）通过设计合适的切换规则结合为SESO,综合线性与非线性控制策略的优点,在保留LESO收敛速度同时提高观测精度和鲁棒性。最后,采用SIMULINK进行仿真研究,将SESO-DPCC与LESO-DPCC控制策略进行对比。研究结果表明,SESO-DPCC控制策略能使可控励磁直线同步电动机输出的电流和转矩更稳定并具有更好的参数鲁棒性。     

基于延迟补偿的永磁同步电机并行自抗扰控制

为了解决永磁同步电机在多工况下转速易受到内外扰动的影响,提出一种基于延迟补偿的并行线性自抗扰控制策略。 针对永磁同步电机可能受到信号处理、逆变器响应等因素从而引入的外部时滞效应的问题,引入 Smith 预估器与自抗扰控制相 结合,使控制系统更加精确、快速地响应内部参数变化和外部扰动。 同时,针对线性自抗扰控制器(LADRC)在有限带宽内其抗 扰性能较差的问题,设计了并行线性自抗扰控制器,在保持其带宽不变与参数易于整定的同时,有效提高其抗扰动能力。 最后, 对自抗扰控制器的稳定性进行了分析,并在此基础上进行了参数设计与扰动性能分析。 仿真与实验结果表明,所提算法相比 LADRC 在电机受到速度阶跃、负载扰动与内部参数变化时,在调整时间上分别提升了 52. 5% 、49. 5% 与 42. 4% ,从而验证了该 控制策略能有效增强永磁同步电机在多工况下抗内外扰动与速度跟踪能力。     

电励磁直线同步电动机磁悬浮系统H∞鲁棒控制的研究

为解决电励磁直线同步电动机磁悬浮系统状态变量之间的非线性和不确定性扰动问题,提出一种磁悬浮系统H_∞鲁棒控制方法。由电励磁直线同步电动机磁悬浮系统的运行机理,建立电励磁直线同步电动机悬浮系统的悬浮力方程和运动方程,推导悬浮系统的状态空间模型,针对状态空间模型的非线性,在平衡工作点处对其进行线性化,将系统对扰动的抑制问题归结为H_∞鲁棒控制器的设计,通过解Riccati不等式的正定解,得到悬浮系统的H_∞鲁棒控制器。最后,采用MATLAB/Simulink软件进行仿真研究,通过与PI控制比较,结果证明H_∞鲁棒控制方法可使电励磁直线同步电动机具有良好的抑制扰动的能力。     

基于自抗扰控制技术提高航空光电稳定平台的扰动隔离度

提出一种基于电流环的自抗扰控制新方法以进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力。首先,利用电流环将硬件电路中复杂的电机模型简化为一阶模型,从而减小了由于参数过大噪声对扰动观测值的影响;然后,采用带宽单参数化的设计方法为简化后的一阶系统设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制规律;最后,在飞行模拟转台中测试了自抗扰控制器对2.5Hz以内任意频率扰动的抑制能力,并与目前航空光电稳定平台中常用的平方滞后超前校正方法进行了对比。实验结果表明:与传统的平方滞后超前控制器相比,采用自抗扰控制器后系统的扰动隔离度至少提高了6.56dB;而且随着扰动频率大于0.5Hz,自抗扰控制器的扰动抑制能力更为明显,扰动隔离度最多可提高12.03dB。同时,自抗扰控制器具有很强的鲁棒性,允许被控对象参数在15%的范围内任意变化,可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。     

基于DOB的永磁同步电机蚁群优化鲁棒控制

针对永磁同步电机参数测量不准或摄动的问题,设计了一种经蚁群算法优化的H∞混合灵敏度鲁棒控制器,从而获得良好鲁棒性。为使系统兼顾鲁棒跟踪性能和抗扰性,引入扰动观测器并对控制器参数和扰动观测器参数进行组合寻优。在Matlab/Simulink搭建仿真模型仿真后结果表明,该控制系统在参数摄动时仍保持良好的动稳态跟踪性能,具有很强的鲁棒性和抗扰性,在复杂未知的实际工况中应用前景广阔。     

电励磁直线电动机磁悬浮系统的非线性自适应反步控制

为提高电励磁直线电动机（electrically excited linear motors,EELM）驱动的数控机床磁悬浮平台控制系统的性能，提出一种非线性自适应反步控制方法。研究EELM的结构与运行机理，该EELM的定子由铁心和励磁绕组组成，动子由动子铁心和电枢绕组组成，与数控机床进给平台固定连接驱动平台运动，励磁磁场对动子铁心的单边磁拉力实现平台的悬浮；建立EELM磁悬浮平台控制系统的数学模型与状态方程；对电励磁直线电动机磁悬浮平台运行过程中存在的不确定性扰动，设计非线性自适应反步控制器，对未知扰动进行估计，采用李雅普诺夫理论证明系统的稳定性；用MATLAB/Simulink对控制系统进行计算机仿真，验证所提方法的有效性。     

基于自抗扰重复控制的压电驱动器高精度跟踪控制

针对压电驱动器的高精度控制问题,提出一种自抗扰重复控制设计方法。首先,给出压电驱动系统的动力学模型;然后,在线性自抗扰控制(LADRC)中引入输出反馈积分控制器和一类插入式重复控制器,提出一种具有阶跃、斜坡和周期信号跟踪/抑制能力的自抗扰重复控制策略。进一步,结合小增益定理,分析闭环系统的稳定性及控制系统的设计方法。最后,将所提方法应用于一类压电驱动系统,实验结果表明该方法与LADRC相比,能显著提升控制效果,且高精度跟踪/抑制多种外部信号。     

三阶线性自抗扰控制器的液压伺服流量控制

针对阀控液压马达系统受非线性复杂扰动导致流量输出不稳定的问题,提出一种基于三阶线性自抗扰控制器(LADRC)的液压伺服流量控制方法。基于高阶LADRC理论,提出将ADRC应用于非线性的液压伺服系统控制,分析并验证了跟踪微分器的跟踪误差前馈增益具有抑制系统超调的作用。采用跟踪误差前馈与扩张状态观测器扰动反馈相分离的办法,提出一种针对复杂非线性三阶被控系统的改进的三阶LADRC算法。最后验证了该算法对一类大范围复杂不确定性液压伺服系统具有较PID更强的扰动抑制能力。     

地基大口径望远镜伺服系统的抗扰动设计

针对地基大口径望远镜伺服系统的抗扰动问题,提出了一种抗扰动控制算法。该算法采用双闭环控制结构:内环为高带宽的电流环,采用PI控制器;外环为速度环;采用线性自抗扰控制器,通过线性扩张状态观测器辨识出系统扰动,然后将该扰动前馈到系统控制量中去,构成复合校正系统。为解决大动态输入引起的控制器饱和问题,状态观测器的输入控制量加入了抗饱和控制算法,保证了系统的稳定性和良好的动态特性。仿真和实验结果表明:与传统的PI控制器相比,引入抗饱和功能的自抗扰控制器在高低速均可以获得良好的动态性能;在低速平稳跟踪实验中,速度波动误差(RMS)由0.000 68(°)/s降低到0.000 32(°)/s。实验结果证明提出的方法能够有效提高伺服系统抗扰动能力和速度跟踪的平稳性。     

Research on the control systems of a precision linear motor drive device

The model of a precision linear motor drive device (PLMDD) and its control requirements are analyzed. In order to enhance the tracking and anti-disturbance performance of the system, its third-order model is established, and disturbance-observer based input revising feedforward error compensation robust control algorithm, combined with integral-separated proportional integral derivative (PID) control algorithm is proposed. This includes feedback control algorithm and feedforward control algorithm. The feedback controller improves system tracking performance and suppresses load and mechanical disturbance while the feedforward controller compensates phase hysteresis introduced by feedback control. Theoretical analyses, simulations and experiments show that this control method increases the tracking precision of PLMDD from ±5 μm to ±2 μm and dramatically improves its anti-disturbance ability.     

气动恒力控制系统的自抗扰控制

针对磨削和抛光等对恒力控制装置的迫切需求,开展气动恒力控制系统研究。由于气动系统存在比例流量阀死区、气缸摩擦力以及气体可压缩等非线性问题,提出了一种二阶线性PID自抗扰控制器,并加入了死区补偿器。该控制器采用跟踪微分器对输入信号进行过渡,利用扩张状态观测器对非线性参数影响进行估计,并通过线性PID反馈控制律进行补偿,同时引入死区补偿器快速跳过死区范围。试验结果表明,相比传统PID控制和积分型线性自抗扰控制(I-LADRC),线性PID自抗扰控制具有更好的动态响应以及更强的鲁棒性,并且稳态误差小于2 N。     

基于自抗扰控制的转台伺服系统摩擦非线性补偿仿真研究

为克服非线性摩擦在转台伺服系统低速运行时对控制性能的影响,设计一种线性自抗扰控制器.该控制器采用线性扩张状态观测器及线性反馈,将摩擦作为系统总扰动进行实时估计,并加以补偿.基于Lugre摩擦模型建立转台伺服系统的数学模型,对这种线性自抗扰控制器进行仿真实验.结果表明,和传统PID控制器相比,所设计的控制器对非线性摩擦有良好的抑制作用,同时具有响应速度快、稳态误差小,抗扰能力强的特点.     

基于LMI的磁悬浮永磁直线电动机H∞鲁棒控制器的设计

针对磁悬浮永磁直线电动机中的不确定性扰动,提出基于线性矩阵不等式( LMI)方法设计进给系统的H∞鲁棒控制器.首先,采用矢量控制方法中的id=0控制策略,把非线性系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.其次,根据H∞性能指标与线性矩阵不等式的等价性,将设计问题转化为对LMI的求解,进而得到磁悬浮永磁直线电动机系统的状态反馈H∞控制器.最后,为了验证设计的有效性,在MATLAB环境下应用Simulink建立系统的仿真模型,对控制系统进行仿真研究,结果表明所设计的H∞控制器满足对不确定性扰动抑制的要求.     

永磁同步电机位置伺服系统改进变结构自抗扰控制

为进一步提高传统变结构自抗扰控制器的控制精度,增强永磁伺服驱动系统的抗干扰能力,提出一种改进变结构自抗扰控制策略。该方法在基于变结构原理设计的扩张状态观测器中引入位置、速度的观测误差以实现状态变量的无差估计,采用基于指数趋近律设计的非线性状态误差反馈控制律实现线性控制与非线性控制的平滑过渡,并在此基础上引入位置跟踪误差,提高伺服系统的跟踪性能。通过实验分析比较了改进变结构自抗扰控制与传统变结构自抗扰控制两种控制策略,结果显示改进控制策略较传统控制策略的位置跟踪误差减少了约30%。当负载突变时,传统控制策略的跟踪误差约为负载突变前最大跟踪误差的3.4倍,而改进变结构自抗扰控制策略仍能准确跟踪给定信号。