一种非线性自抗扰控制的PMSM速度控制策略研究

针对永磁同步电机伺服系统中存在的抗负载扰动能力差和转速超调等问题,提出一种基于非线性自抗扰控制的新型PMSM速度控制策略。通过分析伺服系统的扰动机理,在速度环将传统的PI控制器替换为非线性自抗扰控制器。通过跟踪-微分器将给定转速平滑化,克服了响应快速性和超调之间的矛盾,提升系统响应能力;通过引入二阶扩张状态观测器,对外部扰动进行估计并补偿,提高系统的抗干扰能力;通过非线性状态误差反馈控制律,利用“小误差大增益,大误差小增益”的非线性控制,提高系统的控制精度。仿真结果表明,系统具有响应快、无超调、抗负载扰动能力强的特点,对负载变化、转速变化具有较强的鲁棒性,验证了该策略的有效性。     

永磁同步电机传动系统电流环非线性自抗扰控制器的设计与稳定性分析

高性能永磁同步电机伺服系统要求有快速响应的电流内环以保证系统的高动态性能,传统PI调节器容易出现超调及振荡调整过程。为实现对高性能永磁同步电机伺服系统电流环的精确控制,采用自抗扰控制器代替传统PI调节器,将电流环中电动势项和定子电阻压降项作为内部扰动量,其他未知扰动作为外部扰动量,设计了电流环非线性自抗扰控制器。与传统PI调节器相比,自抗扰控制器可以对系统内外部扰动量进行实时观测补偿,具有更好的系统抗扰动能力,可以更迅速、精确地跟随电流指令;为避免因控制器参数选取不合适而引起的电流环周期振荡,采用描述函数法对非线性自抗扰控制器取不同参数时电流环的稳定性进行了分析。通过仿真和实验验证了控制器设计的有效性。     

基于电磁转矩反馈补偿的永磁同步电机新型IP速度控制器

为减小永磁同步电机传统PI速度控制器的速度超调,提高转速环的抗负载转矩扰动能力,提出一种基于电磁转矩反馈补偿的永磁同步电机新型IP速度控制器。采用IP速度控制器,减小了速度超调;将电磁转矩引入到电流调节器的输入端,作为IP速度控制器反馈补偿的控制输入,提高了转速环的抗负载转矩扰动能力。仿真和实验验证了该新型永磁同步电机速度控制器可以有效减小速度超调,提高转速环的抗负载转矩扰动能力,获得很好的速度控制性能。     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机二自由度PI控制

针对永磁同步电机(PMSM)系统速度环采用传统的PI控制时,无法兼顾转速超调量与响应快速性要求的问题,提出采用二自由度(2-DOF)PI控制策略设计速度环控制器。同时,为减小负载转矩、电机参数变化等扰动因素的影响,将其作为总扰动,利用扩张状态观测器(ESO)进行观测,并基于观测值进行前馈补偿。仿真结果表明,采用所设计的2-DOF PI控制,可以有效减小转速的超调量,提高转速的跟随性能和系统的抗扰动性能。采用基于ESO的2-DOF PI控制,进一步提高了系统的抗负载扰动性能,同时可以实现转速的快速响应和无超调控制。所提控制策略的正确性和有效性得到了验证。     

基于自抗扰控制的双环伺服系统

为提高永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服系统的抗负载扰动和参数摄动能力,提出一种基于自抗扰控制的位置–电流双环控制策略。分析伺服系统的扰动机理,构建基于离散最速控制综合函数的跟踪微分器进行位移规划,通过引入三阶扩张状态观测器,得到位置和转速复合控制的非线性自抗扰控制器,优化了系统结构,降低了参数整定难度。为进一步提高系统刚度和对突变负载扰动的响应能力,设计电流环自抗扰控制器,引入二阶观测器估计扰动量并进行扰动补偿,给出电流环线性自抗扰控制器参数的确定方法。仿真和实验结果表明,该控制策略能够减小外部转矩干扰和电机参数摄动对系统性能的影响,验证了基于自抗扰控制的双环控制方法的有效性。     

基于自抗扰控制器的永磁同步电机直接转矩控制

针对传统永磁同步电机直接转矩控制(DTC)中转矩和磁链脉动较大以及转速超调的缺点,文中提出了一种基于自抗扰控制器的直接转矩控制策略。对于传统的PI控制策略中的磁链环、转矩环以及转速环不能满足控制系统非线性的需求,所提出的控制策略中非线性的自抗扰控制器满足了系统的非线性需求,提高了控制系统的动态响应能力。该策略中使用自抗扰控制器取代了传统PI控制结构,设计磁链、转矩和转速自抗扰控制器。通过搭建半实物仿真平台,进行实验验证文中控制策略的有效性。实验结果表明所提出的控制策略与传统的直接转矩控制相比较,文中提到的控制策略可以有效降低转矩和磁链的波动并提高系统的稳定性,降低了转速超调,改善了系统的动态性能。     

基于无模型的PMLSM改进自适应滑模自抗扰控制

为了提高永磁直线同步电机的自抗扰控制的动态响应性能和抗干扰性能,增强系统整体的控制性能,提出了一种基于无模型控制的改进滑模自抗扰控制策略。首先,基于滑模变结构原理以及无模型控制理论对自抗扰控制器中的扩张状态观测器和非线性状态误差反馈进行优化,建立了超局部模型,采用非奇异快速终端滑模控制代替原有的非线性状态误差反馈,同时设计相应滑模面与扩张状态观测器相结合,提高观测器对扰动因素的观测精确度的同时增强控制器的动态响应性能和抗干扰能力。然后设计了改进指数趋近率,通过引入系统状态变量使得控制器可以进行自适应调节,进一步提高系统的控制性能。通过李雅普诺夫理论证明了控制策略的稳定性,仿真和实验结果表明,该控制策略相对传统的自抗扰控制器所具备的优越性。     

基于改进自抗扰控制的永磁同步电机无传感器系统研究

针对永磁同步电机(PMSM)矢量控制无速度传感器系统的速度辨识问题,分别在系统的速度环、电流环设计自抗扰控制器替代传统的PI调节器。通过自抗扰控制(ADRC)中的扩张状态观测器(ESO)对扰动的准确估计进行速度辨识,实现系统的无传感器运行;对典型自抗扰控制器进行改进,简化模型结构并引入模糊控制算法对控制器参数进行优化。仿真结果表明:改进ADRC比PI调节更能满足PMSM系统的高性能控制要求;与模型参考自适应相比,采用ESO观测方法在电机低速运行时的转速估计效果更好,且对电机参数变化不敏感,鲁棒性更强。     

永磁同步电机速度伺服系统的复合有限时间控制

针对传统线性控制下的永磁同步电机速度伺服系统误差收敛时间长、抗扰动性能差等问题,提出一种速度环和电流环有限时间复合控制策略。根据有限时间控制理论,分别在转速环和电流环设计了有限时间控制器,提升系统误差的收敛速度;引入二阶扩张状态观测器,削弱参数摄动、负载扰动及不确定性扰动对系统带来的影响。仿真结果表明,与传统线性控制方法相比,提出的控制策略能够明显提升系统的收敛速度与抗扰性,验证了有限时间复合控制策略的有效性。     

基于变截止频率的梯形离散磁链观测控制系统

为了解决直接转矩控制系统中永磁同步电机抗干扰能力差的问题,速度环采用自抗扰控制器取代传统PI控制器,移除自抗扰控制器中的跟踪微分器以提高系统信号的跟踪速率,并且通过引入负载观测器对速度环进行前馈补偿,减少自抗扰控制器的负担;同时考虑到电流采样时零漂产生的干扰,引入二阶高通滤波器对传统电压模型进行滤波操作,采用梯形离散法对二阶高通滤波器进行离散处理,提高观测器的观测精度,并设置滤波器截止频率跟随电角速度变化,提高系统的动态性能。最后仿真结果表明系统输出转速超调小,输出磁链、转矩精度高,具有良好的抗干扰能力。     

永磁同步电机伺服系统的变增益自抗扰控制器设计

针对传统的线性自抗扰控制技术中存在的初始峰值问题,设计了一种变增益自抗扰控制器,并应用到永磁同步电机伺服控制方案设计中,分别对永磁同步电机的转速环和电流环设计转速和电流控制器。采用变增益自抗扰控制器的永磁同步电机伺服控制方案,削弱了传统方法系统初始峰值问题以及抗负载扰动能力得到较大的改善,提高了系统的动态性能。仿真和实验结果表明,变增益自抗扰控制器解决了传统方法的峰值问题,且与传统的PID控制器比较,系统在负载转矩变化时响应速度快、超调小、控制精度高,具备较强的鲁棒性。     

永磁同步电机转速环扰动反馈线性化控制

针对永磁同步电机运行过程中的不确定性扰动问题,设计了基于高增益扩张观测器的永磁同步电机转速环扰动反馈线性化控制器.首先,基于永磁同步电机完全数学模型设计了高增益扩张观测器对系统不确定性扰动进行观测.其次,结合系统电流环PI控制,设计了基于电机简化数学模型的高增益扩张观测器,有效降低了观测器阶数,提高了系统执行效率.最后,在扰动观测的基础上,对系统转速环进行反馈线性化控制,提高了系统在扰动下的转速动态响应性能.对比实验结果验证了反馈线性化控制器在抗扰动方面的优势.     

基于自抗扰控制器的交流位置伺服系统

提出一种新颖的基于自抗扰控制器(ADRC)的永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统。外环由AD-RC实现位置环调节器,内环由PI调节器实现电流闭环,共同组成新颖的位置伺服系统控制器。ADRC由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈率(NLSEF)组成。TD通过为目标信号安排合适的过渡过程克服了系统响应中快速性和超调之间的矛盾;ESO精确观测系统的扰动并把扰动作用补偿到ADRC的输出中,提高系统的抗扰动能力;NLSEF实现非线性调节器以提高系统的控制精度。仿真和实验结果表明,该位置伺服系统具有高控制精度、快速响应无超调、强鲁棒性的特点。     

基于时变参数扰动观测器补偿的永磁同步电机非光滑速度调节器

提出一种基于时变参数扰动观测器补偿的非光滑速度调节器,针对永磁同步电机(PMSM)速度环中存在的外部负载扰动、速度采样信号失真等影响因素,提高系统动态响应及抗扰性能。以永磁同步电机驱动系统的速度环扰动分析为基础,针对速度误差设计非光滑控制律,使闭环系统的速度偏差迅速收敛到一个小的区域。然后,引入参数时变的扰动观测器来估计速度环中的总扰动,提高扰动估计的精度,在观测器中对转速采样滤波器带来的延迟进行补偿,实现速度检测无时延。最后,将扰动估计值用于前馈补偿构成复合控制器。仿真和实验结果验证了基于时变参数扰动观测器补偿的非光滑控制策略的正确性及可行性。     

基于无传感器控制的内置式永磁同步电机系统自抗扰控制器适应性研究

为了提高无传感器控制的内置式永磁同步电机（IPMSM）暂态过程的响应能力和控制平稳性,引入自抗扰控制（ADRC）技术设计电流环,将交叉耦合项作为未知扰动进行观测,以提高控制精度,减少电流的振荡量与超调量;采用线性扩张观测器(LESO)技术提取位置信息,与滑模观测器相比,系统抖振小,具有更高的控制效率和稳定性。对比基于PI电流环无传感器控制系统的收敛速度及跟踪平滑性的仿真和试验结果表明,采用自抗扰控制技术设计的电流环无传感器控制系统适应性更好,电流谐波小,能够实现平滑跟踪。     

基于ADRC及变结构PID控制的伺服系统研究北大核心

针对永磁同步电机交流伺服系统中参数不确定、外部扰动及非线性等因素降低系统控制精度的问题,利用自抗扰控制器(ADRC)设计速度环控制器,通过扩张状态观测器(ESO)估计系统不确定,从而实现转速跟踪。利用变结构PID设计位置环控制器,实现系统小角度响应的快速性。实验结果表明,该方法在干扰转矩突变的情况下表现出良好的动态性能。     

基于ADRC及变结构PID控制的伺服系统研究

针对永磁同步电机交流伺服系统中参数不确定、外部扰动及非线性等因素降低系统控制精度的问题,利用自抗扰控制器(ADRC)设计速度环控制器,通过扩张状态观测器(ESO)估计系统不确定,从而实现转速跟踪。利用变结构PID设计位置环控制器,实现系统小角度响应的快速性。实验结果表明,该方法在干扰转矩突变的情况下表现出良好的动态性能。     

基于降阶自抗扰的永磁同步电机调速系统

在永磁同步电机(PMSM)调速系统中,提出速度环改进型自抗扰控制策略。通过将线性自抗扰控制器(LADRC)中扩张状态观测器降阶设计出降阶自抗扰控制器(rLADRC),相对于LADRC,rLADRC的状态观测器只需观测综合扰动,观测器的简化提高了观测速度和精度,而观测器中对于直接测量的滤波处理有效的抑制了噪声信号,最后对rLADRC进行了稳定性分析并通过仿真和实验验证了降阶自抗扰控制策略在PMSM调速系统中的可行性与正确性。     

基于双Luenberger观测器的永磁同步电机预测控制研究

在工业环境中,永磁同步电机存在启动困难、抗干扰能力差、动态响应慢的缺陷。而传统单Luenberger观测器很难同时兼顾电流扰动或转速响应,针对这一问题,发挥Luenberger观测器对精度和稳定性的改善作用,提出双Luenberger观测器与预测控制结合的控制策略。首先基于单步模型预测控制和矢量控制策略构成了永磁同步电机控制系统,再根据负载扰动影响和数学模型,构造速度环上基于负载、转速的Luenberger观测器观测作为扰动估测和速度调节,然后进一步建立电流环上的观测器并引入预测控制系统进行电流预测的优化。最后在MATLAB仿真上搭建模型进行测试,结果表明使用该控制策略能够提高抗扰动能力,改善动态响应并得到更准确的扰动观测。     

利用扩张状态观测器的交流永磁同步电机控制

为了提高交流永磁同步电机控制系统的控制品质,保证系统在内外各种扰动的影响下仍能保持快速、无超调、高精度的控制品质,提出了一种改进的控制方式。首先,根据电机模型的特点,分析了影响系统控制品质的因素,包括电流环的动态耦合、速度环的未知扰动等。然后,在介绍扩张状态观测器的原理及功能的基础上,设计了三个扩张状态观测器分别估计速度环和电流环的总扰动,进而设计出具有扰动前馈补偿和误差反馈律相结合的复合控制器。最后仿真和实验均证明了改进的控制策略的有效性。实验结果表明,使用同一组控制器参数,改进的控制策略能够同时实现高低速的高品质动态响应。设定速度为600 r/min时,与传统PI控制器相比,调节时间从0.54 s缩短为0.09 s,速度稳态误差RMS值从2.2 r/min降为1.6 r/min;设定速度为0.01 r/min时,改进的控制策略仍能够保持电机平稳运行,且位置误差在±1码。该控制策略能够满足交流永磁同步电机高精度控制的要求。