基于遗传算法的可控励磁直线磁悬浮同步电动机自抗扰控制

对可控励磁直线磁悬浮电动机控制系统提出基于遗传算法的自抗扰控制策略。根据可控励磁直线磁悬浮电动机的运行机理,建立其数学模型。设计反馈跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性反馈控制律,对传统函数fal进行改进,应用到控制器中。实现对给定信号的跟踪,并将系统耦合量和外界扰动作为系统的“总扰动”,并对总扰动进行观测与补偿。针对控制器中存在多个参数难以整定的问题,采用遗传算法对控制器参数进行寻优。对控制系统进行仿真研究,结果表明,基于遗传算法的自抗扰控制系统具有对参考信号良好的跟踪性能,以及对干扰信号的抑制能力。     

数控机床直线同步电动机磁悬浮系统反馈线性化控制的研究

由于在数控机床直线同步电动机磁悬浮系统中,直轴电流、悬浮高度与水平速度之间存在非线性耦合,以及负载扰动等不确定因素,会对控制系统产生诸多不利影响。针对该问题,提出了一种新型解耦控制方法。建立可控励磁磁悬浮直线同步电动机(controllable excitation linear magnetic suspension synchronous motor, CELMSSM)的数学模型;通过选取适当的状态变量得到该电动机的仿射非线性模型;在传统电流控制的基础上,利用非线性系统的微分几何理论,通过坐标变换与状态反馈,将电动机仿射非线性模型解耦线性化为直轴电流子系统、水平速度子系统以及悬浮高度子系统的3个可独立控制的线性子系统;根据最优极点配置法设计系统的控制规律,从而实现可控励磁磁悬浮直线同步电动机的动态解耦控制。最后,对控制系统进行仿真研究,结果表明通过反馈线性化控制与传统PI控制仿真对比,所提出的控制策略可使系统的动、静态性能得到显著增强。     

可控励磁直线同步电动机跟踪与干扰抑制H_∞鲁棒控制器设计

针对磁悬浮可控励磁直线同步电动机控制系统,提出跟踪与干扰抑制H_∞鲁棒控制。首先,建立可控励磁直线同步电动机控制系统在磁悬浮运行状态下的数学模型;其次,为设计状态反馈与扰动前馈复合控制系统,设计扰动观测器对不确定性的外部扰动进行观测;再次,将系统对给定信号的跟踪与干扰信号的抑制问题转化为标准H_∞问题,通过解Riccati方程得到半正定解,进而设计出跟踪与干扰抑制的H_∞鲁棒控制器,以达到实现直线同步电动机数控机床磁悬浮平台精确控制的目的;最后用Matlab软件对H_∞鲁棒控制的可控励磁直线同步电动机伺服系统进行仿真研究,仿真结果表明该控制系统能够很好地跟踪给定信号,并且对于不确定性的外部扰动,H_∞控制比PI控制具有更良好的抑制作用。     

可控励磁直线同步电动机滑模控制的研究

在磁悬浮可控励磁直线伺服系统中,对于外部不确定性扰动和系统自身参数摄动的问题,提出一种全过程都具有鲁棒性的滑模控制,让状态轨迹全程沿着滑模面运动。同时,针对滑模控制会产生抖振的缺点,采用双曲正切函数柔化控制输入信号,以达到实现直线同步电动机数控机床磁悬浮平台精确控制的目的。在Matlab环境下对控制系统进行仿真分析,结果表明在该控制策略下,可控励磁直线电动机磁悬浮伺服系统对外部扰动和自身参数摄动具有良好的鲁棒性,并且减小系统的抖振,从而验证该控制方法的有效性。     

可控励磁直线同步电动机滑模控制的研究北大核心

在磁悬浮可控励磁直线伺服系统中,对于外部不确定性扰动和系统自身参数摄动的问题,提出一种全过程都具有鲁棒性的滑模控制,让状态轨迹全程沿着滑模面运动。同时,针对滑模控制会产生抖振的缺点,采用双曲正切函数柔化控制输入信号,以达到实现直线同步电动机数控机床磁悬浮平台精确控制的目的。在Matlab环境下对控制系统进行仿真分析,结果表明在该控制策略下,可控励磁直线电动机磁悬浮伺服系统对外部扰动和自身参数摄动具有良好的鲁棒性,并且减小系统的抖振,从而验证该控制方法的有效性。     

可控励磁磁悬浮进给平台电磁特性的有限元分析

设计一种可控励磁直线同步电动机磁悬浮进给平台,平台与直线同步电动机动子固定相连,直线同步电动机同时实现平台的进给与悬浮。可控励磁磁悬浮进给平台的电动机定子为直流励磁,磁极既是励磁磁极也是平台的悬浮磁极,磁极与动子铁心间的法向力为平台的悬浮力,调节励磁电流改变平台的悬浮力;电枢在磁场中受到的切向力为驱动平台的电磁推力,调节电枢电流以调节平台的电磁推力。为了研究可控励磁直线同步电动机磁悬浮进给平台的电磁特性,建立了该平台的数学模型和运动方程,并在数学模型的基础之上对电磁推力与悬浮力进行有限元计算。电磁推力的解析计算结果与有限元分析结果相比较,最大相对误差为8.73%,悬浮力的解析计算结果与有限元分析的结果相比较,最大相对误差为19.15%。计算结果表明可控励磁磁悬浮进给平台运行的可行性。     

电励磁直线同步电动机磁悬浮系统H∞鲁棒控制的研究

为解决电励磁直线同步电动机磁悬浮系统状态变量之间的非线性和不确定性扰动问题,提出一种磁悬浮系统H_∞鲁棒控制方法。由电励磁直线同步电动机磁悬浮系统的运行机理,建立电励磁直线同步电动机悬浮系统的悬浮力方程和运动方程,推导悬浮系统的状态空间模型,针对状态空间模型的非线性,在平衡工作点处对其进行线性化,将系统对扰动的抑制问题归结为H_∞鲁棒控制器的设计,通过解Riccati不等式的正定解,得到悬浮系统的H_∞鲁棒控制器。最后,采用MATLAB/Simulink软件进行仿真研究,通过与PI控制比较,结果证明H_∞鲁棒控制方法可使电励磁直线同步电动机具有良好的抑制扰动的能力。     

基于扩张状态观测器的PMSLM自抗扰控制

目前,在许多工业领域内,对直线交流伺服系统进给的快速性和精密性要求很高,如何准确快速地控制好直线永磁同步电动机是工作现场的重中之重.利用包含跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈(NLSEF)3部分的自抗扰技术,把直线永磁同步电动机的外扰和内扰看成是一个整体,然后对总扰动进行了动态补偿.该方法算法比较简单,跟踪速度快,辨识精度高,无超调.最后,通过Matlab仿真软件对一个特定的直线电机进行了仿真,仿真结果证明它具有强抗干扰性和强鲁棒性.     

带有迟滞非线性的气动运动模拟平台自抗扰轨迹跟踪控制

针对带有迟滞非线性的气动运动模拟平台的轨迹跟踪提出了带有切换扩张状态观测器的自抗扰控制方法。气动运动模拟平台的迟滞非线性特性主要指气动人工肌肉在正向充气反向放气时长度和拉力曲线的差异。针对此特性设计了切换扩张状态观测器来估计和补偿模型非线性,分别对于气动人工肌肉正反向充放气的不同模型采用不同的观测器增益,以提高状态估计效果,减小跟踪误差。进一步,设计了状态误差反馈控制器,得到了基于切换扩张状态观测器的二阶非线性动态系统全局有界稳定的充分条件。最后实验结果证实了所设计的切换扩张状态观测器的实际效果。     

线性/非线性自抗扰切换控制在变载荷气动加载系统中的应用

针对气动加载系统压力跟踪控制中强非线性、强耦合性、模型不精确性等问题,提出一种线性/非线性自抗扰切换控制器,该控制器结合了线性自抗扰控制器参数整定简便、理论分析简单和非线性自抗扰控制器跟踪精度高、响应快的优点,设计线性/非线性切换扩张状态观测器对系统的耦合项以及不同幅值的扰动等不确定项进行估计,并采用切换状态误差反馈控制律给予实时主动补偿,进而实现系统加载压力的实时控制,并完成了线性/非线性切换扩张状态观测器的收敛性证明。最后,在气动变载荷摩擦磨损试验机试验平台上进行试验验证,与线性自抗扰和非线性自抗扰进行对比,试验结果表明,改进的控制器具有抗干扰性强、跟踪精度高、应用性强等特点。     

一种改进型ADRC实现的机床进给用永磁直线同步电动机调速系统

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)这一具有未知强非线性、变量耦合性,存在未建模动态和不确定外扰等特点的对象,提出了一种改进型一阶自抗扰控制器(ADRC)并给出其离散形式,它克服了常规自抗扰控制器非线性状态误差反馈控制律中非线性函数的不平滑性,同时利用其扩张状态观测器观测系统内部扰动和外部扰动,并进行补偿,实现了PMLSM调速系统的实时动态线性化.仿真对比分析和实验研究表明,这种改进型ARDC实现的PMLSM调速系统具有很好的动态、静态特性及鲁棒性.     

永磁直线同步电机一阶速度抗扰动控制

永磁直线同步电机(PMLSM)采用直接驱动方式,其动子上存在包括负载力、摩擦力和磁阻力在内的多重扰动力,这些直接作用在动子上的扰动严重地影响到直线电机的速度稳定性。提出了一种PMLSM抗扰动速度控制策略,基于扩张状态观测器(ESO)观测出多重扰动力对PMLSM的速度动态过程的扰动作用,引入跟踪微分器(TD)和非线性状态误差反馈(NLSEF)对这个扰动作用进行补偿,进而实现PMLSM一阶速度抗扰动控制。     

基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机控制

针对永磁同步电动机(PMSM)的负载扰动问题,提出了一种基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机前馈控制方法。通过设计降阶负载观测器来实时观测电机负载转矩变化,并将观测值作为电流前馈补偿来增加系统鲁棒性;考虑到转动惯量对观测器的影响,引入了梯度校正参数估计法,对电机的转动惯量进行了实时辨识;最后,将负载转矩观测与永磁同步电机的矢量控制相结合,对永磁同步电机的q轴分量进行了转矩前馈补偿以提升系统的动态性能。仿真结果表明,采用梯度校正参数估算法能快速准确地迭代计算永磁同步电机的转动惯量,所设计的降阶负载扰动观测器能有效地估计转矩变化。研究结果表明,基于降阶负载转矩观测器的前馈补偿与永磁同步电机矢量控制相结合,能有效地提升永磁同步电动机转速控制的鲁棒性。     

线性自抗扰气缸位置伺服控制研究

针对气动伺服系统复杂的非线性问题,提出了一种线性自抗扰控制策略对气动伺服系统进行位置控制。利用线性自抗扰控制器不依赖于被控对象精确数学模型的特点,解决被控气动系统内外各种不确定性,设计了线性扩张状态观测器来估计和补偿系统的全部干扰,同时给出了线性状态误差反馈控制器来保证系统的闭环响应性能。证明了线性扩张状态观测器的收敛性和闭环系统的镇定性。应用线性自抗扰控制策略与PID控制策略在气缸伺服系统中进行实验、比较,实验结果表明所设计的线性自抗扰控制器具有良好的控制效果。     

基于扰动观测器的直线电机速度系统预测函数控制

针对直线电机伺服系统存在非线性、不确定性和各种扰动等特性,提出了一种基于扰动观测器和预测函数控制的复合控制方法。首先建立直线电机伺服系统的数学模型;然后设计扰动观测器对参数变化和外部干扰进行补偿,将干扰估计值反馈给预测函数控制器,建立带有干扰信息的预测模型,从而优化控制方法,提高伺服系统的控制效果。仿真结果表明,采用该复合控制方法设计的扰动观测器和预测函数控制器能够有效抑制扰动,满足系统对快速性和稳态精度的要求,系统具有较强的鲁棒性和抗干扰性,能够实现伺服系统的有效控制。     

基于滑模扰动观测器的PMSM增量式模型预测控制

针对永磁同步电机模型预测控制在强扰动下的控制性能降低,及非增量式预测模型存在静态误差等问题,提出一种基于滑模扰动观测器的永磁同步电机转速-电流单环增量式模型预测控制方法。首先,基于永磁同步电机在同步旋转坐标下的数学模型和模型预测控制的原理,设计了转速-电流单环增量式模型预测控制器以消除静态误差。然后,设计电流限幅器,以保证电机工作于电流约束内。最后,设计滑模扰动观测器对负载扰动进行观测,用于前馈补偿控制,并证明观测器的稳定性。仿真结果显示,所设计的观测器能快速、准确地观测到负载转矩的变化,所提出的单环控制器具有良好的动态性能。与传统PI控制及非增量式模型预测控制进行仿真对比,所提方法具有超调小、抗干扰能力强等优点。     

无速度传感器永磁同步电动机反馈线性控制研究

本文利用永磁同步电动机定子交轴电流和转速方程构造降维线性Luenberger观测器来获得电动机的转速，观测器简单易行，通过特征值的配置可以获得快速的收敛速度。本文采用直接反馈线性控制策略来设计系统控制器，使系统具有良好的速度跟踪和转矩响应。通过Matlab的仿真，验证了系统设计的有效性和可行性。     

基于滑模和扩张状态观测器的双绕组无轴承磁通 切换电机转子悬浮控制策略研究

双绕组无轴承磁通切换电机是非线性多变量的复杂对象,传统的转速PI与径向位移PI控制存在超调大,系统易受外界扰动影响等缺点。基于滑模变结构控制思想,提出一种转子径向位移滑模控制策略。针对滑模控制中存在建模不准确,以及转子动力学模型中存在陀螺效应等问题,通过建立一种扩张状态观测器对系统扰动进行观测,并在滑模控制基础上加入扰动前馈补偿,设计出一种径向位移滑模控制与扩张状态观测器的复合控制策略。实验结果表明,所提径向位移滑模控制相比传统PI控制具有响应速度快、径向位移脉动小、抗负载扰动性强等优点。所提径向位移滑模与扩张状态观测器的复合控制策略,相比于径向位移滑模控制可有效减小转子径向位移脉动约30%,进一步增强了系统的鲁棒性。     

基于定子磁场定向的无轴承异步电动机控制策略

集旋转与悬浮于一体的无轴承异步电动机是一个非常复杂的非线性系统,电磁转矩与径向悬浮力之间的非线性解耦是实现电动机稳定悬浮运行的基础.提出基于转矩绕组定子磁场定向控制策略,设计自适应磁通观测器观测定子磁通,径向悬浮控制所需的转矩绕组气隙磁通由观测的定子磁通和定子电流适时辨识.应用Matlab/Simulink对样机进行了仿真研究,计算机仿真表明,电磁转矩与径向悬浮力之间的完全解耦可以实现,验证了定子磁场定向控制策略的有效性.     

基于离散型扰动观测器的直线电动机控制研究

针对推力波动、摩擦力等因素对直线电动机控制性能的影响,设计了一种基于扰动观测器的高速高精度位置伺服系统。采用离散时间的扰动观测器设计方法,对考虑与忽略时间延迟环节时,扰动观测器的品质进行比较。仿真分析与试验研究表明：在高速高精度的直线电动机运动控制中,引入带有时间延迟的扰动观测器,能够消除直线电动机速度响应曲线中的微小振荡,减小位置响应曲线中的超调和稳定时间。