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。     

永磁同步电机伺服系统模糊滑模控制

研究了永磁同步电机(PMSM)伺服系统鲁棒稳定性问题,设计了PMSM伺服系统模糊滑模控制器,它能有效减小系统抖振,并能在伺服系统参数变化情况下,保证系统的鲁棒性。在Matlab/Simulink平台上的仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

基于积分滑模的永磁直线同步电动机直接推力控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)直接推力控制(DTFC)存在推力纹波和稳态误差等问题,提出一种基于积分滑模的PMLSM伺服系统DTFC方案。利用速度与推力作为状态变量,在同步旋转定子磁链矢量坐标参考系中构建二阶非线性状态空间方程,并根据此空间状态建立积分滑模控制律,取代独立的速度控制器与推力控制器,简化了系统的控制结构,提高了系统的动态响应。选用饱和函数作为切换函数,降低了滑模控制(SMC)的抖振现象,进一步消除速度跟踪中的稳态误差,提高了系统的鲁棒性。利用李雅普诺夫稳定性分析证明了积分滑模控制器是全局渐近稳定的。通过实验验证了所提出的方法是有效的,与采用PI控制的DTFC相比,基于积分滑模的DTFC系统具有更快的动态响应,更好的稳态控制性能和较强的鲁棒性能。     

基于开关增益自适应的感应电机鲁棒滑模控制方法

针对感应电机在不确定性干扰条件下难以进行稳定控制的问题,基于开关增益自适应技术,提出了一种鲁棒滑模控制与磁场定向控制相结合的感应电机速度控制方法。通过在转速与磁通滑模控制器中引入开关自适应增益和积分器插值,保证了与传统滑模控制算法相同的鲁棒性和动态性能,同时有效抑制了定子电压的抖振现象,且所提控制方法对负载转矩变化及电气参数不确定性敏感度较低。最后,通过仿真和物理实验对所提方法进行了验证,结果表明：所提出的控制方法能够准确、快速地跟踪参考信号,同时具有良好的鲁棒性。     

永磁直线同步电机的智能互补滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统的位置跟踪精度问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的智能互补滑模控制(ICSMC)方法。建立了包含端部效应、参数变化、外部扰动及非线性摩擦等不确定性因素的PMLSM动态方程。设计了互补滑模控制器,采用广义滑模面和互补滑模面相结合的设计,降低了系统跟踪误差,提高了系统响应速度,并削弱了抖振现象;利用RBF神经网络直接对系统存在的不确定性进行估计,在线调整RBF网络参数以改善系统动态性能,提高系统鲁棒性,并用李雅普诺夫定理保证系统闭环稳定性。通过分析系统实验结果,验证了所提出的控制方法有效降低了系统跟踪误差,并使系统具有良好的动态性能和鲁棒性能。     

永磁同步电机无位置传感器双滑模鲁棒控制

基于表面式永磁同步电机在二相坐标下的数学模型,采用滑模变结构方法设计了由滑模控制器和扩展滑模观测器组成的鲁棒控制系统。针对电机参数摄动和负载扰动对驱动性能的影响,以转速误差为参量建立滑模面,构造滑模速度控制器以取代目前在大多数控制方案中使用的PI控制器,利用Lyapunov理论推导出自适应速度控制律,得出速度控制的参考电流和参考电压表达式。由扩展滑模观测器估算转子速度和位置,分析得到观测器的收敛条件及自适应率,证明了其稳定性。理论分析表明该方案的控制器和观测器性能不依赖于电机参数和负载干扰,具有较强的鲁棒性。仿真结果验证了控制方案的有效性与正确性。     

基于分段滑模控制的位置伺服系统

针对永磁同步电机伺服系统在运行过程中参数变化及负载扰动等问题,分析了滑模变结构控制器设计的原则和方法。将滑模变结构控制与矢量控制相结合,设计了适用于矢量控制位置伺服系统的分段式滑模变结构控制器。试验结果表明分段式滑模变结构控制伺服系统符合定位过程中时间最优化的原则,响应迅速,鲁棒性好。     

永磁同步电机的端口受控哈密顿控制

在永磁同步电机的伺服控制系统中,绝大多数采用矢量控制和直接转矩控制,由于永磁同步电机是一种非线性的机电能量转换装置,运行时受电机参数的变化、负载扰动等因素对整个系统的稳定性、可控性影响较大。提出一种基于端口受控哈密顿方法建立了永磁同步电机的非线性数学模型,设计了一种端口受控哈密顿控制器,并分析了该控制器的鲁棒稳定性。对比传统PI矢量控制,通过仿真及实验结果表明所设计的端口受控哈密顿控制器具有优越的性能和较强的鲁棒性。     

交流伺服系统的串级滑模变结构控制

针对永磁同步电机交流伺服系统,提出了串级滑模控制方案。在速度环滑控制器中引入了积分环节,减小了转矩的脉动,位置环采用了准滑模控制方案,极大地抑制了位置输出的抖动。仿真研究表明,该控制方案具有较强的抗参数摄动抗干扰能力,表现出良好的控制性能。     

交流伺服系统的串级模糊滑模控制研究

本文提出一种新的模糊滑模控制器的设计方法，将模糊控制与滑模控制有效结合，先用滑模控制保证跟踪误差在边界层内，然后用模糊滑模控制消除抖振。仿真结果表明，由此构成的三环串级伺服系统具有无抖动、无静差、响应速度快且对外部干扰和参数变化鲁棒性好等优点。     

Practical Implementation of Novel Robust Position Control Scheme for Synchronous Reluctance Motor

A variable structure robust position controller is presented for a three-phase synchronous reluctance motor. Linear control and variable structure control and pulse-width modulation generation are combined. These provide robust, fast, and accurate position control without the penalty of high chattering. Schemes, including conventional sliding-mode control and the proposed scheme, are tested under parameter variations, and sudden perturbations are applied to the system at a specific time, then compared. This scheme uses both advantages of traditional variable structure control methods and linear methods. The disadvantages of each method, such as chattering and parameter sensitivity, are minimized. Results demonstrate that the proposed technique preserves the classical linear position control merits, while both the steady-state and transient behavior are significantly improved in terms of robustness, accuracy, and low ripple. The results also prove that the position reference command is perfectly tracked in spite of motor parameter uncertainties and load torque disturbance in control of the system that uses the new schemes.     

PMSM位置伺服系统的自适应反步滑模控制

针对PMSM位置伺服系统参数和负载的不确定因素,借助于反步设计思想与自适应控制和滑模控制相结合,研究该系统的位置跟踪自适应反步滑模控制器.利用Lyapunov理论,获证该系统在所获控制器作用下是全局渐近稳定的.数值实验显示,该控制器能有效抑制系统参数和负载转矩的变化,系统的鲁棒性强,位置输出能有效跟踪参考信号.     

基于负载转矩滑模观测的永磁同步电机滑模控制

为了减小负载转矩扰动对永磁同步电机(permanentmagnet synchronous motor,PMSM)控制系统的影响,提高系统抗扰能力,提出一种以转速和负载转矩为观测对象的扩展滑模观测器,以实际转速与观测转速之差构成滑模面,负载转矩观测结果由负载转矩实际值和经过滤波后的抖振信号组成,当滑模运动发生后转矩观测误差渐进收敛到零。设计了基于指数趋近律的PMSM滑模控制(sliding-modevariable structure control,SMC)系统,将观测的负载转矩进行前馈补偿,以克服负载时变对控制性能的影响。实验结果表明,该观测器可准确地观测负载转矩,采用的前馈补偿方案对系统负载扰动有较强的鲁棒性,并且SMC固有抖振现象得到了有效抑制。     

一种无速度传感器感应电机鲁棒滑模控制策略

设计了一种在同步旋转坐标系下的无速度传感器感应电机滑模速度和磁通控制方案,并设计了一种收敛速率可调的闭环滑模磁通观测器。Lyapunov稳定性理论推导和仿真结果均证明了该控制策略和磁通观测器对参数摄动和不确定因素有很强的鲁棒性。为了削弱变结构控制中的抖振现象,采用饱和函数来代替符号函数。在转速观测器中加入在线估计负载转矩环节,使得转速观测器对负载转矩变化具有良好的鲁棒性。在电机参数和负载发生剧烈变化的情况下,分别利用该控制策略和精确反馈线性化控制方法进行了对比仿真。仿真结果验证了该控制策略与观测器的有效性。     

永磁同步电机抗抖振滑模控制算法研究

将永磁同步电机(PMSM)双闭环矢量控制中的电流环调节器与一阶速度模型相结合,得到调速系统二阶模型。在此基础上,设计了基于指数趋近率的滑模控制器,实现系统渐进跟踪,且在一定程度上减小了控制器抖振。利用扩张状态观测器测量系统扰动,对控制量进行补偿,进一步减小了控制器抖振。通过Lyapunov稳定性定理证明了闭环控制系统的渐进稳定性,同时仿真和实验均验证了控制器的有效性。     

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.     

Robust Sliding Mode Speed Controller-based Model Reference Adaptive System (MRAS) and Load Torque Estimator for Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM) Drives

This paper presents a robust sliding mode control (SMC)-based model reference adaptive system (MRAS) aimed at improving the dynamic performance of interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) drives. MRAS following a speed controller for IPMSM drives is developed. The error signal between the plant speed and MRAS speed is augmented to permit the prescribed specifications be maintained using SMC. The load disturbance is detected using a load torque estimator and is compensated through the q-axis current reference value. The load torque estimator is used to provide a feedforward value in the speed controller in order to decouple the load torque from the speed control. This method can improve IPMSM dynamic performance against the disturbance torque without increasing SMC gain due to both chattering and stability limitations. The complete field-oriented control of an IPMSM drive with the proposed controller is successfully implemented in real time using the DSP-DS1102 control board for a laboratory 1-hp motor. A performance comparison of the proposed controller with the conventional PI controller is also provided. The efficacy of the proposed controller is verified by simulation and experimentation under different operating conditions. It is found that the proposed controller provides an excellent speed response under load torque disturbance and parameter uncertainty.     

基于偏差耦合的反演自适应滑模同步控制

采用偏差耦合控制结构和基于反演的自适应滑模控制算法相结合的方法,设计了多电机同步系统的同步控制器,利用李亚普诺夫函数证明了该算法的收敛性和稳定性。对五台电动机同步控制系统仿真表明,该控制策略的同步稳定性高,收敛速度快,鲁棒性强。     

基于新型趋近律的六相永磁同步电机滑模控制

为了提高六相永磁同步电机调速系统的动态特性,提出一种新型滑模趋近律,在传统指数趋近律的基础上,引入系统状态变量设计双变指数趋近律,抑制滑模控制抖振,并提高滑模趋近速率。使用该趋近律方法设计一六相永磁同步电机滑模速度控制器,并与传统指数趋近律、PI控制器分别进行试验比较。研究表明,在电机起动、稳态和突加负载三种状态下,新型趋近律在转速响应和转矩响应都优于指数趋近律和PI控制,该速度控制器能有效提高系统的静、动态特性与鲁棒性。