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.     

自适应积分反步法永磁同步电机伺服控制器的设计

针对永磁同步电机(PMSM)绕组相电流和转速强耦合特性以及参数的不确定性,利用非线性积分反步法设计了自适应积分反步控制器,在补偿参数不确定性影响的同时,实现了PMSM高性能位置跟踪控制.基于Matlab建立了系统的仿真模型并实施仿真.仿真结果表明,用该方法设计的PMSM控制系统,滤波跟踪误差能以指数规律迅速收敛到零,并且具有很强的抗负载扰动能力.     

内埋式永磁同步电机驱动系统的弱磁控制

针对内埋式永磁同步电机(IPMSM)系统高频运行困难这一问题,提出了一种基于交轴电压的弱磁控制方法.该方法基于磁场定向控制,运用交轴电压控制直轴电流,将交轴电压的期望值与反馈值作差,计算得到弱磁电流误差信号,对其进行PI运算得到弱磁电流.由于在重负载时直流母线电压急剧下降,引入定子空间电压矢量的有效工作时间这一变量来闭环调节所得到弱磁电流,从而实现重负载情况下的弱磁控制.建立了内埋式永磁同步电机系统仿真模型,验证了算法的正确性.将所提出的弱磁控制方法应用变频空调压缩机控制系统中,开发了基于STM32F103R8T6ARM的弱磁控制系统实验平台,实验验证该控制算法可显著提高IPMSM的弱磁转速范围.     

Adaptive speed control based on just-in-time learning technique for permanent magnet synchronous linear motor

In this paper, an adaptive two degrees of freedom (2Dof) PI controller based on a just-in-time learning (JITL) method is proposed for predictive speed control of permanent magnet synchronous linear motor (PMSLM). Firstly, to guarantee the high identification accuracy and high real-time performance simultaneously, an improved JITL method is proposed to estimate the controlled model parameters of speed control system. Then, based on the dynamic controlled model, a simplified generalized predictive control (GPC) supplies a 2Dof proportional integral (PI) controller with suitable control parameters to follow a sinusoid-type speed command in operating conditions. The main motivation of this paper is the extension of the predictive controller to replace traditional PI controller in industrial applications. Finally, the efficacy and usefulness of the proposed controller are verified through the experimental results.     

永磁同步电机伺服系统的自适应滑模最大转矩/电流控制

为了增强永磁同步电机(PMSM)伺服系统的抗干扰能力,本文设计了一种基于最大转矩/电流(MTPA)原理的自适应滑模控制器.控制器根据MTPA控制方法确定定子直轴和交轴电流,并利用滑模控制增强了系统的抗干扰能力,但同时给系统带来抖振.为了削弱系统抖振,设计了一种改进的自适应滑模趋近律用于位置控制.为了增加控制器的实用性,MTPA控制采用函数曲线拟合法.仿真结果表明,所提出的控制器有效增强了系统的动态性能、稳态性能及鲁棒性,并有效削弱了滑模控制带给系统的抖振.     

Nonlinear predictive controller for a permanent magnet synchronous motor drive

A nonlinear predictive controller (NPC) for a permanent magnet synchronous motor (PMSM) is proposed in this paper. Its objective is high performance tracking of the rotor speed trajectory while maintaining the d-axis component of the armature current at zero. The load torque and the mismatched parameters are considered to be unknown perturbations. To ensure robustness against these perturbations, a disturbance observer is designed using a new gain function, and integrated into the control law. The combination of the nonlinear predictive controller and the disturbance observer works as a nonlinear controller. The overall closed-loop system is proved to be globally asymptotically stable depending on the design parameters. The validity of the proposed controller was tested by simulations. Satisfactory results were obtained with respect to the tracking of the speed trajectory and disturbance rejection.     

基于自适应模糊反步法的永磁同步电机位置跟踪控制

研究具有参数不确定性的永磁同步屯动机位置跟踪控制问题.利用模糊逻辑系统逼近系统中非线性函数,采用反步设计方法实现永磁同步电动机的自适应模糊控制.所提出的自适应模糊控制器在电机参数不确定和负载扰动的情况下,实现了永磁同步电动机的高性能位置跟踪控制.仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

一种永磁同步电机伺服系统双内核控制结构设计

针对永磁同步电机伺服系统的控制要求,设计了一种DSP+FPGA的双内核控制结构。在充分考虑DSP和FPGA的芯片特点和资源的基础上,合理划分了系统的控制任务,基于总线空间和分级中断的通信方式实现了内核之间的数据交换。双内核的控制结构简化了系统电路,进一步提高了全数字化程度,增强了系统的稳定性,为伺服系统的设计提供了一种新的方法。     

永磁同步直线电机的分数阶超螺旋滑模控制

为了提高永磁同步直线电机的跟踪性能,增强系统的鲁棒性,本文提出了分数阶超螺旋滑模控制策略.首先,针对外部扰动以及系统的未知状态设计广义超螺旋观测器,其能够精确估计永磁同步直线电机的速度和外部扰动.其次,将分数阶理论和终端滑模控制理论相结合,提出有限时间收敛的分数阶超螺旋滑模控制器,以实现永磁同步直线电机的跟踪控制.最后,通过仿真对比验证所提方案的有效性.     

永磁同步电机伺服系统模糊分数阶滑模控制

针对传统整数阶滑模控制系统中的抖震问题,结合分数阶理论、模糊逻辑推理和滑模控制技术的优点,提出了模糊分数阶滑模控制策略.将传统滑模控制器中的整数阶切换面推广到分数阶并设计了全控制域滑模面,保证系统在整个控制域都具有较强的鲁棒性.采用模糊逻辑推理算法,实现了开关切换增益的自整定.仿真和实验验证了模糊分数阶滑模控制系统不但能有效地削减抖震,而且能保持滑模控制器对系统外部扰动的全局鲁棒性.     

永磁同步电机的高阶终端滑模控制方法

提出一种基于高阶终端滑模的永磁同步电机转速控制方法, 提高了系统的鲁棒性和响应速度. 根据矢量控制原理, 设计了非奇异终端滑模面, 使得电机转速、直轴电流、交轴电流在有限时间内达到给定值. 同时, 采用高阶滑模消除抖振, 保证系统的稳定性. 仿真结果表明, 和PI控制方法相比, 电机转速能够更快地跟踪给定值, 并且, 系统对于负载扰动具有较强的鲁棒性.     

永磁同步电动机的有限时间自适应混沌控制

针对永磁同步电动机（PMSM）的混沌吸引子现象以及研究中只能实现平衡状态的周期点的混沌同步控制问题,提出了一种基于自动控制理论与有限时间控制原理的零误差系统算法。首先,通过已建立的PMSM的数学模型,经过数学公式转化得到PMSM各状态变量与其预期设定值之间形成的误差系统模型;然后,利用李雅谱诺夫稳定性理论,对所形成的误差系统模型进行同步控制器与校正率的设计,并证明误差系统在有限时间内快速地收敛至零点;最后,对误差系统施加干扰量,对算法进行鲁棒性分析。理论与仿真结果表明,所提出的算法能实现误差系统到达零点后仍一直维持在零点的平衡状态,有效地抑制PMSM系统中混沌吸引子现象的产生,灵活地调整PMSM的输入输出,在确保PMSM正常运转的基础上,PMSM系统对不定性参量与外部扰动量具有良好的鲁棒特性。     

基于分数阶滑模控制技术的永磁同步电机控制

针对传统整数阶滑模控制系统中存在的抖震问题,本文提出了分数阶滑模控制策略并应用到永磁同步电机的速度控制.传统滑模控制器中的开关函数由作用在切换流型或其整数阶导数面推广到其分数阶导数面,利用分数阶系统的特性,缓慢地传递系统的能量,有效地削减抖震.本文采用模糊逻辑推理算法,实现软开关切换增益的自整定.仿真和实验证明,本文提出的分数阶滑模控制系统不但能有效地削减抖震,而且能保持滑模控制器对系统参数变化和外部扰动的鲁棒性.     

永磁同步直线电动机自抗扰控制算法研究

针对永磁同步直线电动机对于外界扰动以及系统参数变化敏感的特点,在传统自抗扰控制技术的基础上,结合前馈和反馈控制,提出一种改进型自抗扰控制算法,利用该算法可有效观测并补偿永磁同步直线电动机速度及位置控制系统中的动态耦合扰动。仿真结果表明,与经典PID控制及传统自抗扰控制算法相比,改进型自抗扰控制算法具有更好的动静态特性。     

Model predictive position control of permanent magnet synchronous motor servo system with sliding mode observer

In order to improve the control accuracy and robustness of permanent magnet synchronous motor (PMSM) servo system, a new non-cascade predictive control strategy is proposed to replace the traditional three-closed-loop servo control in this paper. The design process is as follows. First, the state variables and a discrete-time state space model of motor are defined; meanwhile, the lumped term of disturbance is included in the motor model. Second, the optimal cost function is chosen to design the model predictive controller (MPC). Then, according to the uncertain parameters and external disturbance, the sliding mode observer (SMO) is introduced to estimate and compensate the disturbance. Finally, the comparative experimental result proves that the proposed predictive control method not only has less regulation parameters but also has high position tracking accuracy and strong anti-interference ability even under different conditions.     

基于连续控制集的永磁同步直线电机模型预测控制

永磁同步直线电机(permanent magnet linear synchronous motor, PMLSM)目前多被应用于直线牵引系统,例如轨道交通、无绳电梯等.传统的永磁同步直线电机预测控制主要考虑有限控制集模型预测控制(finite-control-set model predictive control, FCS–MPC),在一个系统采样周期从备选的开关状态中选择一个相对最优的开关状态送入逆变器中.该方法的计算量通常随着预测步长的增加呈几何增长,因而限制了其广泛使用.本文针对PMLSM提出一种基于二次优化的连续控制集模型预测控制(continuous-control-set model predictive control, CCS–MPC)策略.该方法在每个周期内选择两组开关状态送入逆变器,表现为两个相邻电压矢量的合成,因而可以达到更为平滑的控制效果.策略结合了FCS–MPC中的扇区划分原理,将扇区中的两个相邻非零矢量和一个零矢量等效合成为二次优化的最优控制矢量.与此同时,在二次优化的框架下CCS–MPC有效地避免了多步预测控制中计算量过大的问题.仿真与实验结果表明在相同条件下,所提方法相较于空间矢量调制以及FCS–MPC能获得更好的PMLSM控制效果.     

基于ESO的永磁同步电机伺服系统快速终端滑模控制

为了优化永磁同步电机(PMSM)伺服系统的控制性能, 本文提出了一种基于非奇异快速终端滑模控制(NFTSMC)和扩张状态观测器(ESO)的复合控制策略. 论文首先建立了考虑集总扰动的永磁同步电机数学模型, 根据所定义的非奇异终端滑模面和趋近律, 设计了位置跟踪控制器, 所设计的控制器采用非级联结构替代了传统的位置环和速度环控制器, 并通过李亚普诺夫定理证明了稳定性和有限时间内收敛. 为了进一步提高系统的抗扰动性能, 本文引入了扩张状态观测器来估计系统扰动并将其应用于前馈补偿. 然后, 文章对系统整体进行了稳定性证明. 最后,文章完成了基于所设计控制器的仿真和实验验证. 结果表明, 该控制器具有良好的位置跟踪性能且收敛速度快, 对外部干扰具有强鲁棒性.     

永磁直线同步电机的自适应Backstepping滑模控制研究

针对永磁直线同步电机(PMLSM)控制系统的不确定性因素,提出了自适应 Backstepping滑模控制器,实现运动跟踪。建立 PMLSM 系统模型,采用 Backstepping 设计,在滑模控制的基础上,基于 Lyapunov 函数设计自适应率,改善控制性能。仿真结果表明,系统具有稳定快速的跟踪性能,考虑实际系统中参数不确定性因素,控制器仍具有较强鲁棒性。     

线性电机伺服系统的自适应鲁棒控制

通过对一类音圈电机直驱式精密伺服系统运动控制问题的研究,在只考虑系统标称模型的情况下,采用分数阶形式的趋近律,得到了一种有限时间滑模控制算法;与此同时,当系统存在参数不确定和外界干扰的情况下,将有限时间滑模控制方法和自适应控制理论相结合,构造了一种自适应滑模控制律.另一方面,本文还考虑了系统具有输入饱和约束的情况,通过引入一个辅助系统,进而设计了一种自适应抗饱和控制律.而且,文中对闭环系统的稳定性进行了证明.最后,仿真和实验对所提出控制策略的有效性和伺服精度进行了对比、分析和验证.     

隔爆型变频一体化永磁同步电动机研制

国内刮板输送机转动惯量大,启动转矩大,导致其驱动电动机的启动比较困难,普通的异步电动机难以胜任。针对该问题,研制了1 200kW隔爆型变频一体化永磁同步电动机。该电动机采用优化的电磁方案,将电磁负荷控制在合理范围内,可满足弱磁调速要求;结构设计充分考虑变频供电特点、隔爆性能要求及体积和质量限制,符合相关防爆要求,且结构紧凑;冷却方案设计充分考虑散热能力和余量,确保电动机有合理的温升限值。有限元分析结果表明,该电动机主轴挠度和强度、铁芯隔磁桥强度均在合理范围内。样机试验结果表明,该电动机具有良好的恒转矩特性和调速性能。