永磁交流伺服自抗扰直接转矩控制

设计了一种基于自抗扰控制器的永磁同步电动机直接转矩控制系统.该系统将不确定性负载扰动(外扰)和系统参数变化(内扰)视为一个综合扰动项,然后利用自抗扰控制器(ADRC)对综合扰动项进行观测和补偿.仿真结果证明,该系统不仅有效地抑制了不确定负载扰动的影响,同时对系统内部参数如电机转动惯量等摄动也具有较强的鲁棒性.该系统相比PI控制具有动态控制性能优越、抗扰能力强、控制精度高等特点.     

永磁直线伺服系统最优参数负载扰动补偿方法

对于直接驱动永磁直线伺服系统,负载扰动和系统参数的变化严重影响系统伺服性能。本文提出了一种位置控制器与负载扰动补偿器相结合的扰动抑制方法,该方法同时兼顾了直线伺服系统快速的瞬时响应和良好的抗干扰能力。其中位置控制器决定系统的瞬时响应特牲,而负载扰动补偿器则用来改善系统的抗干扰能力。在负载扰动补偿器的参数确定中提出利用Parseval定理中信号在时间域内的总能量与频域内的总能量相等的原理,将位置偏差量的时域性能指标转为频域性能指标,再通过对劳斯-赫尔维茨(Routh-Hurwitz)二维数组的计算,确定最优化PI参数。仿真结果与实验表明,该补偿方法使直线电机伺服系统具有良好的控制精度与鲁棒性。     

基于全阶扰动观测器的三相VIENNA整流器控制

以三相VIENNA整流器为对象,针对传统PI控制系统长时间运行存在的电感变化等问题,提出一种基于全阶扰动状态观测器的三相VIENNA整流器控制策略。首先,将系统电感参数扰动引入VIENNA整流器,构建全阶扰动状态观测器来实时观测系统扰动。其次,离散化观测器,通过极点配置设计变增益反馈系数,在保证稳定性的前提下,提高观测器收敛速度。最后,在PI控制算法中,利用观测器估算扰动电压,补偿由电感变化引起的误差。仿真和实验结果表明,所提控制策略,在电感变化时,能够较好地观测系统扰动,避免参数扰动造成系统振荡,保证VIENNA整流器可靠稳定运行。     

一种变参数比例积分控制BUCK变换器设计

BUCK变换器中存在诸如系统参数不确定、输入电压变化、输出负载变化等多种扰动,这些扰动对BUCK变换器的输出有很大影响,而采用传统的比例积分控制(proportional integral,PI)方法很难取得满意的控制效果。为此,在传统的PI控制策略的基础上,提出了变参数比例积分(variable parameters proportional integral,VAPI)控制策略以解决系统干扰的问题。由于VAPI控制器不仅具有传统PI控制器瞬态响应速度快和消除静态误差等的优点,同时还能在不同的阶段调整相应的参数,使得BUCK变换器在每个阶段都有更好的特性。首先用变参数比例积分器替换常规的比例积分器,然后设计扰动观测器观测出参数摄动与负载变化带来的系统扰动,将其作为补偿量补偿到前馈通道,提高系统的收敛速度与抗扰动能力,最后通过仿真和实验,分别验证了该算法的有效性。     

二自由度鲁棒IMC控制器设计

在航空稳定平台中,为了解决扰动力矩对于视轴稳定性的影响,在鲁棒IMC控制原理的基础上,利用局部干扰观测器思想进行改进。结合二自由度控制思想,通过引入一组与误差量无关的控制器,将扰动抑制和跟踪精度分离,在保证控制系统鲁棒性的前提下,提高了稳定平台的抗干扰能力和稳定跟踪能力。对于本文方法进行了仿真和物理实验,设计实验如下：1）平台外框架不动,内框架以0.5 Hz,1°/s的正弦信号运动;2）外框架以1 Hz,6°/s的正弦信号作为速度扰动,内框架在补偿轴系摩擦力矩的前提下保持稳定。实验结论：二自由度鲁棒内膜控制系统有效的克服了轴系摩擦力矩所带来的影响,使得控制系统具有更好的输入响应特性,并将平台稳定精度从0.03°提升到0.004°,证明了本方法在保证良好输入响应特性的前提下,提高其抗干扰能力。     

基于自抗扰控制器的稳定平台控制策略研究

舰船在海上航行的晃动会对载体的稳定性产生影响,为了提高舰船上稳定平台控制系统的控制稳定精度和扰动抑制能力,文中对控制策略进行研究。设计了三环串级稳定平台控制系统器,对二阶被控对象进行控制,通过位置环的二阶自抗扰控制器实现平台位置的预估和补偿。将整个稳定平台控制系统视为"积分器串联型"的标准系统,对影响平台位置稳定性的因素作为"总扰动"进行估计和主动补偿,抑制扰动对平台位置的影响。实验结果表明:位置环应用自抗扰控制器的控制策略在跟随频率为1 Hz的位置指令时的延迟时间为60ms,对于2 Hz~20 Hz、幅值为5°的扰动响应曲线的最高峰值为0.7°。比同样的三环串级控制而位置环采用PID控制的稳定平台的延迟时间缩短40 ms,扰动抑制能力提高了0.8°。     

基于实时负载转矩反馈补偿的永磁同步电机变增益PI控制

为了减小负载转矩扰动对永磁同步电机转速的影响,对负载转矩扰动下永磁同步电机(PMSM)伺服系统数学模型的频域特性进行了研究,总结出负载转矩扰动和速度PI控制器参数之间的关系,提出了基于负载转矩反馈补偿的永磁同步电机变增益PI控制方案。变增益PI(VGPI)控制器根据转速信号中特定频率分量的变化,进行控制器增益的实时调节;同时采用FPGA器件设计并实现了基于Kalman滤波器的负载转矩观测器,能够对负载转矩扰动进行实时观测和补偿,提高了永磁同步电机伺服系统对负载转矩扰动的抑制能力。实验结果验证了控制策略的有效性。     

无刷直流电机调速系统鲁棒性设计

为提高无刷直流电机调速系统的鲁棒性,利用扰动观测器对外部负载转矩扰动进行估计并加以补偿,利用模糊自适应控制器实现PID参数的在线自整定,以适应因系统内部参数变化引起的扰动.仿真和实验表明,所设计的调速系统对系统负载扰动和参数变化的鲁棒性较好,并具有较高的速度跟踪精度.     

基于非线性伪微分的稳定平台自抗扰控制

为了进一步提高稳定平台的抗干扰能力,首次采用非线性误差反馈NLEF、伪微分负反馈PDFF和ADRC相结合,形成算法形式较为简单的NLE_PDFF_ADRC控制器.建立了稳定平台的等效扰动数学模型,设计了NLE_PDFF_ ADRC控制器;对首次提出的NLE_PDFF控制器在飞行器模拟转台上对3～5 Hz、188～314(°)/s载体正弦速度扰动作用,测试其抗扰动的性能.实验结果表明,对比传统的平方PI控制器,采用NLE_PDFF_ADRC控制器控制器,系统的扰动隔离度在3～5 Hz提高30％.该控制器成功应用于某型稳定平台中,经充分考核,验证了其有效性.     

基于线性自抗扰控制的柔性多状态开关直流电压控制策略

为提高柔性多状态开关（flexible multi-state switch,FMSS）的抗干扰能力,以保证在系统干扰的情况下维持直流电压稳定,该文提出一种基于线性自抗扰控制（linear active disturbance rejection control,LADRC）的FMSS直流电压控制策略,其控制策略可以将作用于研究对象的不确定因素整合成系统总扰动,并对扰动进行实时跟踪估计和补偿,以此抑制系统干扰。通过Matlab/Simulink对FMSS建模,并设计线性自抗扰控制器模块来替换电压外环和电流内环中的PI控制器模块。在系统干扰的情况下,对FMSS的抗干扰能力进行实验验证。仿真结果表明,与传统PI双环控制策略相比,基于LADRC的控制策略能更好地应对系统干扰,能有效提高系统干扰抑制的能力,维持FMSS直流电压稳定。     

基于扰动观测器的电压源型逆变器控制

基于扰动观测器(DOB)的原理,结合PWM电压源型逆变器受控对象的特点,为逆变器提出了一种新的控制策略,并设计了相应的附加型扰动观测器。将附加型扰动观测器作为补偿器添加到传统的双环反馈控制系统中,提高了逆变器输出的抗干扰性能和动态响应速度。这种附加型扰动观测器结构简单、实现时所需计算量小且不需要增加新的采样信号,适合工程应用。在基于DSP MC56F8323的PWM逆变器系统中对新的控制系统和传统的控制系统进行比较,该附加型扰动观测器的有效性和实用性得到了验证。     

基于自适应PSO的微电网双向DC-DC变换器前馈自抗扰控制

针对传统PI控制光储微电网系统双向DC-DC变换器存在的直流母线电压波动大、充放电有效性差、抗干扰能力弱等问题,设计了一种基于自适应粒子群优化(APSO)的双闭环控制策略。首先,建立双向DC-DC变换器的数学模型。其次,设计了包括电压环线性自抗扰控制(ADRC)、电流环PI控制的双闭环控制系统,并在电压环中加入前馈控制以增强控制系统的鲁棒性。然后,针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,提出了一种基于APSO算法的参数优化系统,该算法引入了自适应惯性权重因子,使惯性权重在粒子群迭代过程中可以动态调整以获得更佳的寻优效果。最后,设计一种带罚函数的时间乘以误差绝对值积分(ITAE)指标作为适应度函数,实现了前馈线性自抗扰控制(FF-LADRC)系统控制参数的自主寻优。MATLAB仿真结果表明,所提控制策略能够有效减小直流母线电压波动,提升储能系统的充放电性能,解决了线性自抗扰控制器参数整定问题。     

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。     

基于扰动抑制的三相逆变器模型预测控制策略

为了提高三相逆变器的鲁棒性,设计了一种基于扰动抑制的模型预测控制(MPC)策略.新型MPC控制器采用了扰动观测器(DOB)以简化预测模型,同时具有无约束和有约束两种工作模式.无约束模式MPC控制下三相逆变器稳态电压可得到精准调节,而在约束模式下通过优化调制可使系统快速进入到无约束模式,这确保了在系统所有运行条件下的较优...     

基于非线性ESO的风电并网逆变器改进自抗扰控制

针对永磁直驱风电系统并网逆变器中传统双闭环PI控制策略抗扰性能和控制精度不足的问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器(NLESO)的改进型自抗扰控制(ADRC)技术用以提高直流母线电压的控制性能.通过将线性扩张状态观测器(LESO)中的误差增益矩阵变为随时间变化的非线性函数对传统LADRC进行了改进,提高了LESO的动...     

Force‐based disturbance observer for dynamic force control and a position/force hybrid controller

In this paper, a force‐based disturbance observer (DOB) and a force control system using the DOB are proposed to obtain dynamic force control under disturbances. A DOB can reduce the effect of disturbances and modeling errors on robots. In a conventional DOB, an acceleration response is fed back to a reference, enabling highly precise position control. In other words, the effect of disturbances is decreased by emphasizing the effect of inertial forces. When a force controller is implemented, however, inertial forces are regarded as disturbances respect to a force response. Because inertial forces increase according to the acceleration, conventional DOBs are not suitable for dynamic force control. In the proposed DOB, a force response is fed back instead of an acceleration response. The effect of inertial forces is thus eliminated, thereby improving the tracking performance of force controllers. The proposed method's validity is verified analytically and experimentally. A position/force hybrid controller and a DOB for the controller are proposed as an extension of the proposed DOB. A bilateral controller is given as an example of the proposed hybrid controller, and its tracking performance is demonstrated experimentally. © 2013 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

电励磁直线同步电机磁悬浮系统自抗扰控制

电励磁直线同步电机(EELSM)磁悬浮控制系统能够实现直接驱动和无摩擦进给,有效提高伺服系统的稳态及其动态性能,考虑EELSM系统运行中受到不确定性扰动的问题提出自抗扰控制(ADRC)策略。根据EELSM的特殊结构和工作机理,推导EELSM系统的数学模型,包括励磁回路的电压方程、磁悬浮力方程和运动方程。设计三阶非线性自抗扰控制器(NLADRC),将悬浮方向上的外界扰动作为系统的“总扰动”,对总扰动进行估计和补偿,可以有效提高系统抗扰能力以及跟踪精度。由于NLADRC存在多参数的整定、以及物理意义不明确等问题,总结出非线性函数参数整定的规律。最后,建立ADRC系统的仿真模型。仿真结果表明,通过与PI控制器对比,采用ADRC的EELSM伺服系统具有良好的动态性能,并且能有效抑制扰动。     

基于非线性干扰观测器的PMSM自适应反演滑模控制

为了解决永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统中存在的内部参数摄动、负载扰动以及外界不确定性干扰等问题,设计了基于非线性干扰观测器(NDO)的自适应反演滑模控制器。通过NDO对系统存在的扰动进行观测,并将观测结果引入到自适应反演滑模控制器进行补偿。针对引入NDO后的系统,设计自适应反演滑模控制器,对滑模控制器中的切换增益利用自适应律进行调节,削弱系统抖振,提高系统的抗干扰能力和鲁棒性。仿真结果表明,与传统反演滑模控制相比,基于NDO的自适应反演滑模控制器对系统中存在的扰动具有更好的抗干扰能力,该控制器可削弱系统的抖振,从而提高了PMSM位置伺服系统的跟踪精度。