基于新控制律的永磁直线同步电动机滑模控制

针对永磁同步直线电动机(PMLSM)伺服系统的推力波动及滑模变结构控制(SMVSC)的"抖振"问题,结合神经网络的自学习和自适应不确定性系统动态特性的能力,设计了基于神经网络推力观测器的新型控制律滑模控制算法,实现了对推力扰动的补偿,且大大削弱了推力波动及系统的抖振现象,同时在切换控制部分加入改进积分环节来进一步消除系统的稳态误差和系统抖振。仿真结果表明,该方案能提高系统对参数摄动和外在扰动的鲁棒性。     

基于非线性滑模面的多PMSM变结构同步控制

针对目前广泛应用饱和函数来削弱多电机线性滑模变结构同步控制的抖振时,同步控制的精度和削弱抖振之间的矛盾,提出了非线性滑模面变结构控制,这种控制方法在运用饱和函数削弱抖振的同时保证了同步控制的精度。建立了基于耦合补偿原理的多电机相邻交叉耦合环形系统。并将基于相邻交叉耦合环形系统的非线性滑模面变结构控制分别与同样基于此的线性滑模面变结构控制和PID控制进行对比,结果表明非线性滑模面变结构同步控制系统,具有更高的同步控制精度、更强的削弱抖振能力,同时系统的鲁棒性也较高。     

感应电机电流环非线性积分滑模控制策略

滑模控制器能有效提升感应电机电流环鲁棒性,然而传统滑模控制存在严重的抖振问题,虽然通过引入趋近律能有效降低系统抖振,但仍无法实现系统在有限时间内收敛.为此,该文提出一种感应电机非线性积分滑模电流控制器,在削弱系统抖振的同时,实现了定子电流误差在有限时间内收敛.首先,设计非线性积分滑模面,有效避免了传统积分滑模面中初始误差大而导致的积分饱和问题.其次,通过将滑模面的信息引入幂次趋近律,实现控制器对系统状态的自适应收敛,有效地削弱了系统抖振.最后,对比实验结果验证了所提出算法的有效性.     

带干扰补偿的转台模糊滑模控制

针对包含摩擦力矩、建模误差等不确定性的转台系统,提出一种带干扰补偿的模糊积分滑模控制策略。首先设计非线性干扰观测器对系统中的复合干扰进行估计,并利用非线性干扰观测器的估计值对系统进行补偿;其次设计具有积分项的滑模切换函数,积分项的引入提高了系统的静态性能,并将切换函数作为输入设计了单输入模糊控制器,有效减少了模糊规则的数量。仿真结果表明,此控制策略提高了系统的控制性能和抗干扰性,同时有效削弱了滑模控制引起的系统"抖振"。     

永磁同步电机变指数趋近律滑模控制

为取得系统对负载和参数扰动的高稳定性,同时避免滑模控制(SMC)具有的抖振现象,将一种新的滑模变结构控制策略应用于永磁同步电机(PMSM)驱动系统中。采用最大转矩电流比(MTPA)控制分配定子d、q轴电流,并将它们与转矩的关系拟合为低阶多项式,有效地提高了该方法的工程实用性;阐述了在系统存在性条件下改进的变指数趋近律控制策略,通过恰当地选取积分滑模面和切换增益,并将控制律连续化,有效地削弱了滑模控制方法的抖振问题。仿真与实验结果表明,该方法可以有效抑制系统抖振,改善系统鲁棒性,同时具有良好的动、静态性能。     

电磁悬浮系统的改进滑模控制方法

针对电磁悬浮系统存在的非线性、模型不准确性以及复杂运行工况对控制精度的影响,提出一种改进滑模变结构控制策略。通过对电磁悬浮系统进行建模分析设计,基于滑模变结构控制方法的位置外环控制器以及基于PI调节器的电流内环控制器,设计一种分段式变速趋近律,减小悬浮气隙跟踪误差和控制系统抖振,并引入速度状态量来降低控制系统在滑动模态初期过大的趋近速度。仿真和硬件实验结果表明,在采用改进滑模变结构控制策略后,系统的调节时间比传统滑模控制减少了60%,超调量减少了77%,具有更小的稳态误差和抖振,同等干扰情况下具有更强的抗扰动能力。本方法不仅能够有效提高电磁悬浮系统的控制性能,对于其他非线性控制系统也具有较好的参考价值。     

永磁直驱同步风力发电机滑模控制研究

介绍了永磁直驱风力发电系统控制研究。针对传统矢量控制中PI控制器存在参数不易整定,对外界扰动及参数摄动鲁棒性差的问题,引入了滑模变结构控制器。为了减小滑模控制中的抖振现象提高系统的动态品质,提出了一种基于变速变指数趋近律的滑模变结构控制策略。为了使变速变指数趋近律在大幅度削弱抖振的同时,依然使系统具有较强的鲁棒性,对滑模增益进行分段设计,得出基于变增益变速变指数趋近律的滑模变结构控制器。最后在永磁同步风力发电矢量传统线性PI控制的基础上,结合上述滑模变结构控制策略在Matlab/Simulink环境下进行了仿真实验,仿真实验验证了新型滑模控制策略的优越性。     

基于AFSMC的步进电机伺服系统控制研究

针对步进电机伺服系统的高度非线性特征以及外部扰动变化的情况,设计自适应模糊滑模变结构(AFSMC)控制方法。基于滑模变结构控制的强鲁棒性,用模糊系统对系统中具有不确定性的参数进行自适应逼近,可有效降低切换增益和抑制系统的抖振。设计可调参自适应律经由Lyapunov理论分析保证了系统稳定性。仿真结果表明,控制策略相比传统滑模控制,可使系统快速稳定,有效削弱系统的抖振,抵抗外部干扰和提升位置跟踪动态性能。     

直线永磁同步电机的新型滑模控制

针对直线永磁同步电机提出了一种基于负载推力观测器的新型滑模变结构控制,从而实现对推力扰动的补偿。且大大削弱了推力纹波及系统的抖振;在滑动模态中引入积分环节来进一步消除系统的稳态误差和系统抖振。仿真结果表明该方案能提高系统对参数摄动和外在阻力扰动的鲁棒性。     

基于扰动补偿的永磁同步直线电机滑模控制

针对永磁同步直线电机提出了一种基于负载推力观测器的新型滑模变结构控制,从而实现对推力扰动的补偿,且大大削弱了推力纹波及系统的抖振;在滑动模态中引入积分环节来进一步消除系统的稳态误差和系统抖振。仿真结果表明该方案能提高系统对参数摄动和外在阻力扰动的鲁棒性。     

三相电压型PWM整流器不平衡控制虚拟导纳法

输入电压不平衡会导致三相电压型PWM整流器谐波增加、损耗增大,严重时可以烧坏整流器。针对传统的解决方案结构较复杂、运算量大,提出虚拟导纳控制法。根据三相电压型PWM整流器不平衡时瞬时功率平衡理论,找到虚拟导纳这一核心控制量,引入可实现电流无静差控制的广义积分器,形成两相静止坐标系下电流控制简化方法,由此设计了虚拟导纳控制系统。通过Matlab仿真和实验验证表明该控制方法不仅性能稳定,实现三相电压不平衡时电压无波纹控制和实时可控的功率因数,而且不需要对正负序电流进行独立检测,提高了系统的快速性。引入的广义积分器具有的简单离散迭代算法也大幅减少了计算量。     

PWM整流器的模糊滑模变结构控制

结合滑模变结构控制与模糊控制两者的优点,提出了PWM整流器的模糊滑模变结构新型复合控制方案,使PWM整流器既具有变结构控制的良好鲁棒性,又能最大限度的减小抖振。文章给出了PWM整流器的数学模型,分析了PWM整流器的空间矢量脉宽调制的实现方法,着重探讨了模糊滑模变结构控制器的设计。实验结果表明,系统能保证有很高的功率因数和输入电流较好的正弦度;能适应负载的扰动和非线性变化;具有良好的动静态性能。     

The Sliding-Mode Control Based on a Novel Reaching Technique for Permanent Magnet Synchronous Motors

Abstract

In order to improve the robustness, disturbance rejection and dynamic response performance of permanent magnet synchronous motor (PMSM) speed servo system, a novel sliding mode control (NSMC) strategy is adopted to replace the traditional proportion integral (PI) regulator in the design of speed controller. The mathematical model of PMSM is analyzed and a sliding mode controller based on a novel reaching technique is proposed. The integral of speed error is introduced into sliding mode surface to avoid the requirements of acceleration signal and reduced the steady-state error of the system. Meanwhile, a variable speed reaching method is imported to make the approaching speed correlate with the change of system state |s|, so as to improve the dynamic quality. In addition, the sigmoid function is used to replace the sign function in the conventional SMC, which further reduces chattering phenomena. Simulation and experimental results show that the proposed NSMC method based on the new reaching technique can realize precise speed control. Compared with the conventional PI and SMC control, this method not only achieves a fastest and best response speed, but also has a strongest robustness of resisting the external disturbance.     

三相电压型PWM整流器控制特性

基于三相电压型PWM整流器的工作原理,研究了PWM整流器的四象限运行的工作状态,并在此基础上提出PWM整流器网侧呈现受控电流源、且电流和功率因数均可控的特性,这使得整流器可以灵活地在各种工作状态间切换。针对PWM整流器网侧功率因数控制的要求,指出PWM整流器需工作在升压状态,且推导出其保持正常运行时直流电压与交流输入电源电压的比值应大于一个临界升压系数。提出了基于空间矢量算法的PWM整流器阶段电流控制策略:升压系数较大时采用单位功率因数控制模式,升压系数较小时则切换至滞后功率因数控制模式。设计并搭建了基于DSP数字化的三相电压源型PWM整流器的物理平台,实验波形验证了PWM整流器自身运行特性与其工作在临界升压系数时电流控制策略的切换控制的正确性。     

永磁同步电机新型趋近律滑模控制策略

为了提高永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态性能,提出一种新型趋近律滑模控制策略。所提出的新型趋近律在幂次趋近律的基础上加入指数项,并且在幂次项指数中引入系统状态变量使幂次项指数与系统状态关联,解决幂次趋近律在远离滑模面时趋近速度慢的问题,同时使系统能平滑进入滑模面。然后,基于扩张状态观测器观测系统负载扰动,并将观测值前馈补偿至滑模控制器,降低负载扰动对系统的影响,提高系统的鲁棒性。仿真与实验结果表明,所提出的新型趋近律滑模控制策略能够有效地提高系统的动态性和鲁棒性。     

三相PWM整流器直接功率控制研究

进行了三相电压型整流器(VSR)瞬时有功功率和瞬时无功功率的控制来达到对系统输入电流和输出电压控制的原理分析,提出了基于滑模变结构的空间电压矢量调制的直接功率控制策略,建立了直接功率控制系统Simulink模型,完成了实例仿真.仿真结果表明,使用该控制策略的三相PWM整流器具有更快的响应速度和更好的鲁棒性.     

三相电压型PWM整流器准定频直接功率控制

建立三相电压型脉宽调制（pulse width modulation,PWM）整流器在不同坐标系下的数学模型,分析直接功率控制（direct power control,DPC）的工作原理。针对直接功率控制中开关频率变化问题,通过对PWM整流器瞬时功率分析推导,提出一种内环直接采用电流控制的新型准定频直接功率控制策略。仿真验证了算法的可行性。采用PM300DVAl20智能功率模块,设计50kVA的三相电压型PWM整流器控制实验,在10kHz、5us的开关频率下获得良好的实验结果。实验结果表明,所提方法实现单位功率因数运行,与现行的DPC—SVM定频控制方法相比,具有更好的动静态响应性能。     

基于空间矢量的三相电压型PWM整流器的研究

建立了三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,研究了其前馈解耦控制策略。在此基础上结合空间矢量调制（SVPWM）的算法,设计了三相电压型PWM整流器控制系统,并在Matlab的Simulink中进行了系统仿真。仿真结果表明,设计方法可行,仿真模型正确。     

基于空间矢量的三相电压型PWM整流器的研究

建立了三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,研究了其前馈解耦控制策略.在此基础上结合空间矢量调制(SVPWM)的算法,设计了三相电压型PWM整流器控制系统,并在Matlab的Simulink中进行了系统仿真.仿真结果表明,设计方法可行,仿真模型正确.     

改进变指数趋近律直线伺服系统位置滑模控制

永磁同步直线电机(PMSLM)直接驱动负载运动,电机性能易受内外界扰动影响,使电机控制性能变差。滑模控制(SMC)是一种不连续性控制,具有良好的鲁棒性能,但传统滑模本身存在抖振问题。针对这一问题,设计了一种改进的SMC,在指数趋近律的基础上引入状态变量的变指数积分幂次项、幂次趋近律和饱和函数,实现PMSLM位置SMC,有效地减小了滑模引起的抖振问题。采用扩张状态观测器(ESO)实时观测负载扰动,通过调整控制量来减小滑模变结构中的趋近律参数,达到改善电机控制性能的目的。