基于TNESO的PMSLM分数阶自抗扰控制

线性自抗扰控制（LADRC）以结构简单、易于实现且抗干扰能力强的特点在永磁同步直线电机（PMSLM）中得到广泛应用,但电机启动和负载突变会导致LADRC系统中的线性扩张状态观测器（LESO）扰动估计精度下降。为此,提出一种基于时变增益非线性扩张状态观测器（TNESO）的PMSLM分数阶自抗扰控制策略。结合LESO和非线性扰动观测器（NDOB）,并根据误差与增益的关系构建动态增益函数,设计新型状态观测器TNESO;在此基础上,以分数阶PDμ控制律代替线性状态误差反馈控制律（LSEF）,建立改进型自抗扰速度控制系统,以进一步提高电机控制的实时性和鲁棒性。仿真与实验结果表明：所设计的速度控制系统可以有效减少直线电机启动、负载突变时的观测响应时间,抑制观测初始时刻扰动峰值,从而满足高性能的PMSLM速度控制要求。     

直线电机迭代学习控制非重复性扰动抑制研究

针对直线电机迭代学习控制过程中非重复性扰动积累问题,提出了将干扰观测器和小波变换相结合的抑制非重复性扰动的算法。首先分析了扰动对迭代学习控制跟踪误差的影响,包括负载扰动和测量噪声,给出了干扰观测器和小波滤波抑制迭代学习控制中非重复性扰动的理论依据。干扰观测器直接对干扰估计并进行补偿,在时间域上抑制非重复性扰动,小波变换可分离出非重复性扰动,重构出不含非重复性扰动的误差信号,在迭代域上抑制了非重复性扰动的积累。利用辨识出的直线电机平台模型进行仿真,仿真结果证明提出的策略能够减少前馈控制信号中非重复性扰动积累,减小迭代学习控制收敛误差。     

基于扰动观测器和卡尔曼滤波器的永磁直线同步电机扰动抑制

针对负载力扰动和速度测量噪声会影响永磁直线同步电机控制精度这一问题.提出扰动观测器与卡尔曼滤波器相结合的扰动抑制方法.扰动观测器可以实时观测负载变化,并把干扰量等效成相应的电流输入给系统,降低载扰动对系统的影响.卡尔曼滤波器可以准确估计动子的位置与速度,减小了测量噪声和离散误差的影响,从而提高系统控制精度和鲁棒性能.仿真实验结果表明,卡尔曼滤波器与扰动观测器结合可以有效抑制磁阻力和摩擦力引起的推力波动.     

基于直线音圈电机运动平台的线性自抗扰控制研究

运动平台是机床设备中重要的组成部分,广泛使用的机械导轨式运动平台定位精度难于突破微米级,摩擦是影响机械导轨式运动平台定位精度的主要原因。为解决摩擦作用导致的运动平台动态性能难以提升的问题,针对直线音圈电机运动平台设计了一种线性自抗扰控制器。将PD控制器和带模型信息的扩张状态观测器相结合,带模型信息的扩张状态观测器可以根据控制输入量和位置误差估计出平台运动过程中受到的摩擦力,并在控制输入量中进行补偿。该观测器很好地补偿了摩擦扰动,从而提高了系统的鲁棒性和跟踪性能。仿真实验表明：该线性自抗扰控制器与PID控制器相比,可有效提高直线音圈电机运动平台的动态性能。     

光电稳定平台的模型修正自抗扰控制

针对光电稳定平台易受摩擦力、载体运动姿态变化等扰动影响导致稳定精度降低的问题,提出一种模型修正自抗扰控制方法。根据系统辨识获得的光电稳定平台模型参数信息,设计模型扩张状态观测器准确估计系统各阶状态变量,在控制律中对总扰动进行补偿,将被控对象模型改造成准确的辨识模型形式,并基于该辨识模型设计误差反馈控制器,实现对光电稳定平台的稳定控制。实验结果表明,所提方法在低速跟踪正弦信号的实验中表现出更好的跟踪性能;对于载体运动带来的速度扰动,模型修正自抗扰控制方法的稳定精度有了明显提升。从而验证了本文方法在光电稳定平台速度跟踪和扰动抑制方面的良好性能。     

直线电机伺服系统精密数字控制方法研究

直线电机是实现非圆截面类零件数控车削加工的关键,针对其跟踪目标轨迹已知和对外部干扰及模型参数摄动敏感的特点,研究了一种具有离散时域扰动观测器的数字预见控制方法。首先,通过在最优状态反馈控制的基础上增加目标预见前馈项,减小了直线电机伺服系统的位置跟踪误差;其次,将外部干扰和模型参数摄动作为等效控制输入,设计了一种离散时域扰动观测器加以抑制,增强了预见伺服系统的鲁棒性。仿真结果表明,该控制方法能够满足高速高精度条件下对非圆截面零件的车削加工要求。     

精密工作台直线电机推力波动补偿研究

为了抑制直线电机推力波动的影响,提高精密工作台的轨迹跟踪精度,采用了基于跟踪误差分离的方法,将由推力波动引起的跟踪误差分量取出,设计推力波动前馈补偿器,构成PD 推力波动前馈补偿的运动控制结构.通过实验,与没有推力波动补偿的PD控制相比较,以50mm/s的速度匀速运动时工作台的轨迹跟踪精度提高了1μm,以120mm/s的速度匀速运动时工作台的轨迹跟踪精度提高了4μm.结果表明,该控制方法可以较好的抑制直线电机的推力波动.     

H型直线电机工作台控制技术研究

分析了直线电机驱动的H型运动平台的结构特点,建立了直线电机H型工作台运动系统,研究了H型工作台双边直线电机基于增量式编码器同步寻相的实现途径并设计了工作台双电机同步寻相程序;研究了几种双边电机同步运动控制的方法,通过分析每种控制方法的原理和实验结果表明,多电机同轴控制是比较适合H型工作台双边直线电机高精度同步运动的控制技术.     

永磁直线同步电机无模型自适应直接推力控制

针对永磁直线同步电机模型参数不确定且时变并且在运行过程中容易受外部扰动影响的特点,首次将无模型自适应控制理论应用到永磁直线同步电机直接推力控制中.采用无模型自适应方法,实时拟合出永磁直线同步电机运行过程中电磁推力和速度之间的时变差分方程,通过控制率函数推算出给定电磁推力,实现永磁直线同步电机无模型自适应直接推力控制.与传统的PI控制相比,无模型自适应直接推力控制算法既不需要调节PI参数,又明显减少了由于电机控制系统参数变化和负载扰动引起的速度和推力脉动,在保证了系统稳定运行情况下提高了电机控制系统对内部和外部干扰的鲁棒性.     

飞机舵机电动负载模拟器非线性干扰补偿控制

针对飞机舵机电动负载模拟器存在多余力矩、摩擦及外部扰动等非线性干扰问题,重建飞机舵机电动负载模拟器数学模型,提出一种基于非线性干扰观测器的新趋近律滑模补偿控制。一方面,建立基于LuGre模型的摩擦观测器,通过反演法设计滑模控制器以补偿摩擦干扰、抑制多余力矩,同时设计新趋近律以减轻滑模抖振、缩短收敛时间;另一方面,设计非线性干扰观测器对外部扰动进行实时观测,以达到控制补偿目的。仿真实验发现,在20 Hz条件下,系统力矩输出幅值差为0.2%,相位差为0.04%,表明所设计控制器能够抑制多余力矩、减轻摩擦及外部扰动影响,有效提高系统跟踪精度。     

基于新型UDE的无速度传感器PMSM滑模控制

为了改进应用滑模观测器(SMO)的无速度传感器永磁同步电机(PMSM)的控制性能,以减少滑模观测器抖振为目标,采用新型切换函数代替传统符号函数;应用李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论,对改进滑模观测器增益进行选取;针对负载突变或受到一定程度干扰时造成电机鲁棒性下降问题,提出一种基于不确定干扰估计器(UDE)的转速控制策略,以增强对内部参数变化和外部扭矩干扰的抗干扰能力。最后通过仿真和实验分析文中所提方案可以准确估算电机转速,抖振现象得到抑制,面对扰动,电机转速控制系统抗干扰能力较强。     

基于扰动观测器的PMSM鲁棒预测电流控制算法

针对电动助力转向系统中电机电流跟随性能差、易受电机参数变化干扰的问题,提出一种基于扰动观测器的鲁棒预测电流控制算法。该算法在无差拍控制的条件下引入龙伯格观测器预测电机电流,通过调整观测器增益提高系统的稳定性,对延时控制进行补偿;同时通过扰动观测器实时对系统扰动进行估计以提高电流的预测精度和控制精度。最后,仿真与实验结果表明:该算法在不降低预测电流控制的无差拍性能的前提下,能够提高系统的鲁棒性能、电流的稳态精度和动态性能。     

基于Tabu参数辨识的直线电机推力波动复合抑制方法

为抑制周期性扰动与不确定性因素所引起的推力波动对直线电机跟踪精度的影响,提出一种定位力前馈补偿与扰动观测相结合的复合抑制方法。首先分析定位力的周期特性并建立数学模型。利用禁忌搜索算法(Tabu)辨识模型中的参数,并构建前馈控制器。同时设计扰动观测器(DOB)补偿其他非周期扰动。由实验结果可以看出,不同速度下系统的稳态跟踪误差明显降低,表明复合控制有效地抑制了推力波动,提高了伺服精度。     

多种干扰对同步直线电机伺服系统运动性能的影响

由于传统的旋转电机＋滚珠丝杠进给方式的限制,高速高精运动大都采用直线电机。然而直线电机伺服系统没有中间缓冲环节,任何干扰直接作用在运动部件上,带来一系列问题,增加了控制的难度。文章首先推导了采用IP速度回路的直线电机伺服系统。然后针对电压波动、电磁干扰、接地误差、传感器误差和负载扰动,对某型直线电机进行了仿真与试验,得到了有益的结论。     

基于扰动观测器的电液比例系统滑模位置控制

针对电液比例阀控缸驱动的并联机构,设计一种基于扰动观测器的滑模控制方法。在对并联机构末端执行器进行位置控制中,因末端执行器受到被试件转动产生的扰动,且并联机构支链相互耦合,支链液压缸实际负载与理论负载存在较大误差,且误差很难计算出。为此设计非线性扰动观测器以估计未知负载力,在滑模控制器中进行负载扰动补偿。使用滑模控制增强系统的鲁棒性。仿真结果表明:所设计的扰动观测器具有很好的观测效果,在扰动负载的干扰下,该控制系统可实现精确的位置控制,对未知非线性扰动系统具有很好的鲁棒性。     

基于极坐标法的直线电机XY平台轮廓控制

对于直线电机驱动XY平台,非线性的系统动态、曲线轨迹的轮廓误差模型相对复杂以及传统控制无系统化参数调整规则等问题影响其轮廓加工精度.采用适用于非线性运动系统轮廓控制的极坐标法,建立可用于一般曲线且容易计算的直线电机XY平台极坐标误差非线性模型,使轮廓控制问题转换为稳定化的问题.对非线性误差动态模型进行反馈线性化处理后设计状态反馈控制器,使轮廓误差趋近于零.理论推导与仿真结果表明所设计控制系统能有效提高直线电机XY平台的轮廓加工精度.     

基于分数阶自抗扰的直线电机点位控制研究

为了解决直线电机点位运动控制系统易受干扰影响的问题,基于分数阶微积分原理和自抗扰技术,提出了基于分数阶自抗扰的直线电机点位运动控制算法,包括跟踪微分器、加速度前馈环节、扩张状态观测器和分数阶比例微分控制器。分析了新型直线电机的设计尺寸、结构特点和工作原理,并建立了直线电机的数学模型。与常规自抗扰控制器以及传统比例积分微分控制器加参考加速度前馈环节进行对比,分别研究了系统未加负载、增加负载以及存在外部扰动时的点位运动性能。对比仿真和实验结果表明,分数阶自抗扰控制器能有效地实现直线电机点位运动控制性能。     

H型平台双环交叉耦合滑模同步控制

为提高H型平台双直线电机运动控制系统的抗干扰能力和同步运动性能,提出一种基于位置环和速度环双环偏差的交叉耦合滑模同步控制方法。采用交叉耦合算法建立双直线电机偏差（跟踪误差）的耦合关系,输出同步误差,并结合滑模控制器,实现跟踪误差与同步误差的同时收敛。基于仿真实验对比分析单位置环、单速度环和位置-速度双环3种交叉耦合结构的滑模控制在扰动输入后的位置跟踪性能和同步控制性能。仿真结果表明：位置-速度双环控制方的电机位置跟踪性能和同步控制性能较单位置环控制方法分别提升60.6%和51.95%,较单速度环控制方法分别提升85.0%和41.91%,为平台的同步性控制应用提供了参考。     

基于自抗扰控制永磁同步电机交流伺服系统研究

以一种用于电机测试设备的全闭环三轴交流伺服驱动自动定位安装台架为研究平台,针对三轴传动系统升降Z轴在工作工程中存在的干扰力矩严重影响永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)伺服系统性能的问题。为了克服电机及负载在内的广义被控对象不确定性因素和非线性因素对系统性能造成的影响,提出了一种改进的基于自抗扰控制器(Auto Disturbance Rejection Controller,ADRC)的PMSM位置伺服系统。自抗扰控制将系统所有扰动量作为系统的一个状态变量,利用扩张状态观测器对扰动进行在线估计,并根据估计结果对扰动进行前馈补偿控制,从而抑制扰动对整个伺服控制系统的影响。最后,通过搭建Matlab/Simulink仿真实验平台,实验结果表明,自抗扰控制器对电机模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的适应性和鲁棒性,控制系统具有优良的动态性能。     

基于遗传神经网络的直线伺服系统定位误差补偿

针对数控直线伺服系统的定位误差补偿,采用激光干涉仪测量工作台的定位误差,建立基于RBF算法的神经网络误差模型.提出遗传算法的训练方案优化RBF的网络参数,为了评价优化后RBF网络预测的精度,运用部分误差样本进行训练和仿真.构建了以DSP为核心的直线电机定位误差实验平台,根据误差校正值进行误差实时补偿实验.仿真和实验结果表明:经过遗传算法训练的神经网络模型对工作台的误差具有良好的学习能力和泛化能力,工作台定位精度显著提高.