混合励磁电机系统输入输出解耦和线性化

讨论混合励磁电机系统的输入输出解耦和线性化问题.根据机电动力学原理,导出了混合励磁电机系统在与转子同步旋转的d-q坐标系中的动态方程.应用非线性系统几何理论,通过非线性状态反馈和坐标变换,实现了混合励磁电机系统的输入输出解耦控制和完全线性化.将原系统分解为3个线性子系统：d轴磁链子系统、q轴磁链子系统和转速子系统.仿真结果表明,基于输入输出线性化控制设计的混合励磁电机控制系统具有良好的动态性能.     

基于滑模观测器的直线伺服系统反馈线性化速度跟踪控制

在许多高速、高精的直线伺服系统中,要求能实现对速度的快速精确跟踪,但其模型的非线性和变量间的耦合给控制带来难度.对高速、高精速度跟踪控制中,电流和速度的变化过程在时间尺度上相对接近,不能简单地采用磁场定向矢量控制方法实现静态解耦,否则电流和速度间的非线性耦合将破坏速度跟踪品质.采用状态反馈线性化方法来实现永磁直线同步电动机(PMLSM)模型的精确线性化和动态解耦.利用非线性坐标变换和非线性反馈将系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.通过扩展滑模观测器来实现对所需要的动子速度、加速度和负载扰动的鲁棒观测.并利用李雅普诺夫理论对由反馈线性化和滑模观测器构成的非线性闭环系统的稳定性进行了证明.仿真结果表明该方案使PMLSM伺服系统具有良好的鲁棒速度跟踪性能.     

基于微分几何的无轴承电机神经SMVS解耦控制

以无轴承永磁薄片电机为研究对象,阐述了其径向力悬浮机理,推导了径向悬浮力数学模型.采用非线性微分几何的方法研究了无轴承永磁薄片电机在负载运行时径向悬浮力之间的解耦控制问题,实现电机径向悬浮力与悬浮力绕组中电流之间的解耦控制.将原耦合系统解耦和基本线性化成独立的伪线性系统,并对解耦后的伪线性子系统设计了神经滑模变结构控制...     

一类受不确定干扰的非线性系统的输出跟踪设计方法

本文应用非线性系统的部分线性化方法 ,将一类满足一定条件的受不确定干扰的非线性系统的输出跟踪问题转变为一个部分线性化子系统的状态镇定控制问题 ,且同时实现了对不确定干扰的解耦。     

三自由度直升机模型跟踪控制

针对三自由度直升机模型中存在的轴间强耦合和非线性的特性,采用系统分解与输入-状态反馈的线性化方法,对非线性耦合模型进行精确线性化处理,实现了系统解耦与线性化,并简化了控制器设计结构.首先应用拉格朗日方法对系统进行力学仿真分析.通过建立直升机的精确模型,将模型分解为两个子系统,利用状态线性化,得到简单的线性系统.分别采用无静差跟踪方法与伺服控制方法设计子系统控制器,改善了系统性能,实现了对参考输入的无静差跟踪.仿真表明,方法提高了系统稳定性,轨迹跟踪效果好.     

同步发电机非线性广义子系统模型的解耦控制

针对基于非线性奇异子系统模型的同步发电机,本文利用逆系统方法,研究了其励磁汽门综合控制的输入输出线性化解耦问题.同步发电机本质上是电力大系统中的一个非线性奇异子系统,同步发电机的解耦控制是使系统达到优良性能的重要途径之一.本文提出一种递推算法,利用逆系统方法将被控系统转化为两个独立的积分型线性子系统,实现了系统的动态解耦.仿真结果表明了本文所提控制方法的有效性.     

可逆冷带轧机速度张力系统的动态滑模解耦控制

为削弱可逆冷带轧机速度张力系统中各变量间的非线性耦合影响,本文提出了一种基于幂指数趋近律的微分几何动态滑模解耦控制方法.首先,应用微分几何理论,通过非线性状态反馈和坐标变换,实现了可逆冷带轧机速度张力非线性耦合系统的输入/输出动态解耦和线性化.其次,针对解耦后得到的各独立线性子系统,综合考虑可逆冷带轧机速度张力系统的负载扰动、参数摄动和未建模动态等不确定部分的影响,基于幂指数趋近律设计了动态滑模控制器.理论分析表明,所提出的控制方法能够保证闭环系统渐近稳定,并能有效削弱系统抖振.最后,对某1422mm可逆冷带轧机速度张力非线性耦合系统进行仿真,并同其他解耦控制方法相比较,结果验证了所提出方法的有效性.     

一类非线性多变量系统的解耦线性化

本文讨论了非线性多变量系统的解耦和完全线性化问题.利用微分几何理论中分布不变 性的概念,提出并证明了当系统的相对阶次之和小于系统维数时,非线性解耦系统实现完全线 性化并保持其解耦性不变的条件,还给出了这类系统完全线性化的具体求解方法.     

平面二级倒立摆的圆周行走与镇定控制

采用拉格朗日方程建立了平面二级倒立摆的非线性动力学模型, 将其在平衡位置线性化, 得到系统在两个正交控制方向解耦的近似模型. 针对每一个方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统所组成的六阶欠驱动系统, 设计了自适应滑模模糊控制器, 实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的镇定控制, 验证了该控制算法对欠驱动、不稳定、多变量耦合系统的有效性.     

可逆冷带轧机速度张力系统的模糊自适应动态面反步控制

研究了基于动态面反步控制和模糊自适应逼近的可逆冷带轧机速度张力系统直接反馈线性化(direct feedback linearization,DFL)动态解耦控制问题.首先,通过构造非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)削弱了模型中非匹配不确定项对系统性能的影响,进而应用DFL理论实现了速度张力非线性耦合系统的动态解耦和线性化;其次,将反步控制与动态面控制相结合完成了解耦后速度张力各线性子系统控制器的设计,且有效避免了反步控制中的"微分爆炸"现象;再次,采用模糊自适应方法对所设计控制器中的匹配不确定项进行了逼近估计,有效地提高了速度张力系统的跟踪控制精度;稳定性分析结果表明,可逆冷带轧机速度张力系统是一致最终有界的.最后,基于工业现场的实际数据进行仿真对比研究,仿真结果验证了本文所提方法的有效性.     

Dynamic feedback linearization of the induction motor

Dynamic state feedback is used to achieve feedback linearization of the induction motor. It is shown that the sixth-order nonlinear dynamical model of the induction motor consisting of rotor speed, two stator currents, two rotor fluxes and an integrator in the feedback controller can be made equivalent to two third-order decoupled linear systems by nonlinear state feedback through the stator input voltages. It is further shown that a nonsingular dynamic feedback linearizing transformation exists as long as the (electromagnetic) torque put out by the motor is nonzero     

五自由度无轴承异步电机[[alpha]]阶逆系统解耦控制

五自由度无轴承异步电机是一个多变量、非线性、强耦合的复杂控制对象，要实现电机转子稳定悬浮和运行，必须对电机转矩力和悬浮力进行动态解耦控制.本文应用多变量非线性[[alpha]]阶逆系统方法，对这个复杂控制系统进行动态解耦控制研究.首先介绍了三自由度磁轴承的工作原理和二自由度无轴承异步电机径向力产生机理，并给出三自由度磁轴承轴向力、径向悬浮力方程和二自由度无轴承异步电机转矩力和径向悬浮力方程，建立了电机的状态方程，然后分析了基于阶逆系统理论解耦控制的可行性，应用状态反馈线性化方法，将原复杂系统解耦并线性化，最后采用线性系统理论进行了综合和仿真.仿真结果表明这种控制策略能够实现五自由度无轴承异步电机转矩力与悬浮力之间的动态解耦，系统具有良好的动、静态性能.     

五自由度无轴承异步电机α-阶逆系统解耦控制

A 5-degrees-of-freedom bearingless induction motor is a multi-variable, nonlinear and strong-coupled system. In order to achieve rotor suspension and operation steadily, it is necessary to realize dynamic decoupling control among torque and suspension forces. In the paper, a method based on α-th order inverse system theory is used to study dynamic decoupling control. Firstly, the working principles of a 3-degrses-of-frsedom magnetic bearing and a 2-degrees-of-freedom bearingiess induction motor are analyzed,the radial-axial force equations of 3-degrees-of-freedom magnetic bearing, the electromagnetic torque equation and radial force equations of the 2-degrees-of-freedom bearingless induction motor are given, and then the state equatious of the 5-degrees-of-freedom bearingless induction motor are set up. Secondly, the feasibility of decoupling control based on dynamic inverse theory is discussed in detail, and the state feedback linearization method is used to decouple and linearize the system. Finally, linear control system techniques are applied to these linearization subsystems to synthesize and simulate. The simulation results have shown that this kind of control strategy can realize dynamic decoupling control among torque and suspeusion forces of the 5-degrees-of-freedom bearingless induction motor, and that the control system has good dynamic and static performance.     

Linearizing control of induction motor based on networked control systems

A new approach to speed control of induction motors is developed by introducing networked control systems （NCSs） into the induction motor driving system. The control strategy is to stabilize and track the rotor speed of the induction motor when the network time delay occurs in the transport medium of network data. First, a feedback linearization method is used to achieve input-output linearization and decoupling control of the induction motor driving system based on rotor flux model, and then the characteristic of network data is analyzed in terms of the inherent network time delay. A networked control model of an induction motor is established. The sufficient condition of asymptotic stability for the networked induction motor driving system is given, and the state feedback controller is obtained by solving the linear matrix inequalities （LMIs）. Simulation results verify the efficiency of the proposed scheme.     

基于定转子电阻误差补偿的感应电动机自适应逆解耦控制研究

对于具有多变量、非线性、强耦合、慢时变等特征的异步电动机调速系统, 实现定子磁链与电磁转矩的高精度动态解耦是提高系统性能的关键. 首先通过非线性状态反馈建立感应电动机的积分逆模型, 并在此基础上提出了一个基于定、转子电阻误差补偿的感应电动机自适应逆解耦控制方法, 将补偿后的积分逆模型串联到对象的输入端建立广义被控对象. 复杂的感应电动机调速系统被解耦成电磁转矩与定子磁链的两个独立回路, 利用线性系统理论分别对独立回路进行综合设计, 实现定子磁链和电磁转矩对各自给定值的渐近跟踪. 利用Matlab进行了仿真实验, 实验结果验证了建议方案的有效性和可行性.     

非线性控制系统的特性（Ⅲ）

本文采用线性系统理论比较的方法来阐述非线性控制系统理论。文章通过一些例子来分析非线性控制系统的能控性、能观性、抗干扰性、解耦和稳定性等方面的特性，从而进一步说明非线性控制系统理论在提法、论述和结论上的特点。     

双馈风力发电机功率解耦的非线性控制研究

针对传统矢量控制双馈风力发电机动态解耦不佳现象及电机参数依赖性问题,提出基于滑模变结构控制和反馈线性化控制的非线性控制策略。分别对两种策略的控制原理和优缺点进行了详细分析。在PSCAD环境中,将非线性控制策略应用于DFIG矢量控制中,建立其系统模型。仿真结果表明：提出的两种策略均能实现双馈风力发电系统最大功率点跟踪以及有功功率和无功功率解耦。对仿真结果进行对比分析,发现基于滑模变结构的系统有较好的解耦效果,较强的全局鲁棒性,控制效果优于反馈线性化控制,为双馈发电机励磁控制系统的设计奠定了理论基础。     

Explicit Necessary and Sufficient Conditions for Quadratic Linearization

The existing necessary and sufficient conditions for quadratic linearization of control affine systems are in effect, constructive in nature. The exception is the classical result, which requires one to check involutive properties of distributions of the quadratic polynomials to be linearized. Nevertheless, the latter condition is difficult to verify. In this paper, we provide necessary and sufficient conditions for quadratic linearization that are not constructive but are based on checking a linear system of equations involving quadratic polynomial terms only. The system needs only to be put in controller normal form of the linear part which is known. Thus, the result is verifiable and explicit. Also, if required, once the quadratic linearization conditions are met, we show how to construct the coordinate and state feedback transformation to implement the linearization.