基于观测器的火炮伺服控制系统故障检测

基于观测器的故障诊断方法,是基于观测对象数学模型可以确定的一种故障诊断方法.当伺服控制系统出现传感器、执行器或控制电路故障或失效,在观测器观测误差中会叠加一故障向量,使得观测误差不为0,则可判断控制系统发生故障.采用该方法对火炮伺服控制系统进行实时监控,对于提高火炮伺服控制系统可靠性和智能性具有现实意义.本文以一典型火炮伺服控制电路为例,求取了其故障观测器各参数,并建立了Matlab/simulink电路模型.仿真验证表明:通过观测器的观测误差对伺服控制系统运行状态进行实时监控和故障诊断,是行之有效的方法.     

双馈风电机组关键传感器的故障诊断方法

针对提高双馈风力发电机组运行可靠性和控制系统冗余度的问题,提出研究其控制系统中关键传感器故障诊断方法。从双馈发电机电磁暂态模型出发,构建了定、转子电流和定子电压的观测器模型。通过机组动、暂态特性仿真,并和传感器实际输出信号进行比较,验证了所建观测器模型的准确性。基于观测器方法和扰动过滤单元设计,构建了一种基于自适应阈值的传感器故障诊断模型。通过对传感器不同故障类型以及干扰信号辨识能力的仿真比较,表明提出的故障诊断方法和模型的有效性。     

无刷直流电动机控制系统故障观测器的设计

建立了无刷直流电动机双闭环控制系统的数学模型。利用控制系统的数学模型和神经网络的非线性学习能力,设计了一种无刷直流电动机控制系统的故障观测器。仿真结果表明:该神经网络故障观测器输出曲线平滑,无噪声干扰,观测器与控制系统输出的误差小,神经网络故障观测器能非常迅速、准确地估计系统的实际输出。     

单相脉宽调制整流器传感器故障诊断与容错控制

单相脉宽调制(PWM)整流器通常采用网侧电流与直流侧电压双闭环控制系统结构,一旦其检测系统中的传感器发生故障,将导致反馈值出现偏差,影响系统的控制效果与运行安全。设计一种准确可靠的单相PWM整流器网侧电流与直流侧电压传感器故障诊断与容错控制方案。采用解析冗余的方法实现故障诊断,基于单、双极性两种调制方法的开关函数取值设计了系统滑模观测器与状态估计器;将传感器采集值与观测器估计值作差并归一化建立系统残差,故障诊断单元通过比较残差与阈值定位故障传感器并迅速采取容错控制策略,以观测器的估计值代替故障传感器的测量值实现控制系统重构。通过仿真与实验模拟了三种传感器故障,验证了所提出故障诊断与容错控制方案的有效性与可靠性。     

永磁同步电动机无位置传感器的滑模观测器设计

提出了一种基于滑模观测器的永磁同步电动机无位置传感器的控制方法.采用坐标变换,建立永磁同步电动机的数学模型,依据滑模观测器理论,设计了滑模观测器,观测出电机反电动势,实现对永磁同步电动机的转子位置和转速实时估算,并进行了仿真,同时对电机负载转矩的扰动影响进行了实验研究.仿真和实验结果表明,所提出的控制方法是可行的,且具有较强的鲁棒性.     

基于非线性状态观测器的无刷电机故障诊断

为了对无刷直流电动机的非线性系统实现快速、精确的故障检测,采用精确的无刷电机非线性系统模型,并应用RBF神经网络,设计了一种非线性状态观测器,通过观测器的估计值与实际输出值之间的残差来判定无刷电机故障与否,并将无刷直流电动机非线性模型在某一工作点附近线性化,采用线性观测器的方法对其进行故障诊断的仿真并与非线性故障诊断方法相比较。结果表明,对于在多工作点工作的无刷直流电机,该方法能获得更精确的故障检测结果。     

基于扩张状态观测器的直流电动机转速自抗扰控制器设计

针对直流电动机速度控制系统负载的未知时变特性和被控对象参数的不确定性,首先建立直流电动机速度系统的模型,将不确定性负荷扰动和未建模动态视为一个综合扰动项,然后利用扩张状态观测器对综合扰动项进行观测和补偿,基于自抗扰控制技术设计了一个不依赖于对象模型的直流电动机速度鲁棒控制器。仿真结果证明:该控制器不仅有效地抑制了不确定负荷扰动的影响,同时对系统内部参数如电动机转动惯量、电枢电阻、转矩常数等的摄动也具有较强的鲁棒性。     

基于扩张状态观测器的电力系统强迫扰动监测

提出将扩张状态观测器(extended state observer,ESO)应用于电力系统强迫扰动估计问题。将电力系统的强迫扰动量扩张成新的一阶状态量,与原系统方程一起组合成新的增广系统,以此来建立扩张状态观测器,在PSCAD里搭建观测器仿真模型,通过选择合适的观测器参数,对单机无穷大系统原动机功率扰动进行仿真分析,结果表明该观测器对系统的状态和扰动量可进行准确的估计,从而验证了该方法的有效性。并在此基础上,研究了正弦波和脉冲波2种扰动形式对系统稳定性的影响,结果表明在相同幅值和频率的情况下,正弦波更易引起系统的不稳定。     

基于ESO的电压平衡器模型预测控制方法

为改善双极性直流微电网的电能质量,提出了一种基于扩展状态观测器的模型预测控制方法,用于电压平衡器中点电压平衡控制及输出电流的改善。首先建立平衡器的数学模型,并根据其传递函数中的负载扰动项,设计基于扩展状态观测器的模型预测控制,最终实现输出电流的跟踪控制。在负载切换情况下,与传统基于闭环结构的模型预测控制相比,该方法提高了系统的响应速度,抑制了电压平衡控制的超调量;与基于输出采样的模型预测控制相比,该方法不需要增加传感器,在有效抑制输出电流波动的同时,降低了系统成本。最后,通过搭建仿真与实验平台,进行仿真分析与实验验证,结果表明:所提方法显著提高了电压平衡器对双极性直流母线的调节性能。     

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开路故障诊断

为提高中点钳位型（NPC）三电平并网逆变器故障诊断的准确性和鲁棒性,该文针对其开关管单管和双管故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开路故障诊断方法。该方法首先建立逆变器在正常状态和开关管故障状态下的混合逻辑动态模型;其次设计收敛速度快且显著抑制抖振的自适应滑模观测器精确估计正常状态下的三相电流值;然后利用实际系统和观测器的输出电流提出基于电流形态因子的故障检测方法;最后根据电流残差来构造故障定位变量进行故障定位。在此基础上,通过建立前次故障状态的自适应滑模观测器实现双开关管开路故障诊断。该文提出的方法能够同时实现单管和双管开路故障诊断,诊断速度快、鲁棒性强,且避免增加额外传感器。实验结果验证了该文所提诊断方法的鲁棒性和有效性。     

基于位置观测的直驱系统无速度传感器技术

针对兆瓦级永磁同步直驱系统中电机的特点,采用一种基于状态观测器和锁相环模型相结合的无速度传感器控制技术。该技术通过电机数学模型,建立定子电流的状态方程,并构建基于定子电流状态方程的观测器模型;运用锁相环原理,在假定旋转坐标系下对观测器模型的输出建立速度和位置估计的闭环控制器。采用此技术构建了应用于直驱系统的永磁同步电机矢量控制方案。通过仿真验证了所述方案的可行性,并通过实验室样机平台,验证其在全速范围内位置和转速估计的正确性。     

采用自抗扰控制器的永磁直线电动机速度控制

设计了一种基于自抗扰控制原理的永磁直线电动机调速系统。将系统内部模型的不确定性与系统的外部扰动统一视为系统的未知干扰，通过扩张状态观测器来估计，根据估计状态设计非线性反馈控制律进行直接反馈线性化补偿，使直线电动机速度调节转化为解耦的线性系统的控制。仿真结果验证了该控制策略对状态的正确估计，以及对摩擦力和纹波推力扰动对速度精度影响抑制的可行性和鲁棒性。     

PMSM调速系统的有限时间复合控制器设计

针对永磁同步电机调速系统提出了一种基于反馈线性化、有限时间控制和扩张状态观测器的复合控制方案。由于未知外部扰动和参数不确定性,PMSM伺服系统是非线性的。首先,利用反馈线性化的思想,将电机模型变换为两个线性子系统。基于永磁同步电机电压与转速和电流的数学模型,分别设计了相应的单控制环有限时间控制器。其次,对于系统中存在的未知外部扰动和参数不确定性,利用扩张状态观测器技术估计系统的集总扰动,并且将估计值用于前馈补偿设计。最后仿真结果表明了该复合控制方案的有效性。     

基于状态观测器的三电平逆变器故障检测与识别

针对NPC三电平逆变器单相桥臂半导体器件的开路故障,在建立三电平逆变器状态空间模型的基础上,通过分析各类故障特征提出了相应的故障后逆变器状态空间模型,由此构建状态观测器,并基于此对相应的故障检测与识别算法进行研究,最终通过仿真建模对故障诊断策略的有效性进行了验证。仿真结果表明,基于状态观测器的方法可以快速检测故障发生,并能准确识别故障器件和类型,达到了预期目标。     

基于微分几何和扩张状态观测器的励磁控制

建立了单机无穷大系统的励磁控制数学模型,提出一种基于微分几何和扩张状态观测器的非线性变结构励磁控制。首先根据微分几何理论对系统的状态方程进行坐标变换,然后构造状态扩张观测器(ESO)来实现非线性模型动态补偿线性化,利用变结构理论设计虚拟控制量,并引入了基于机端电压偏差的比例积分控制,从而实现非线性励磁控制规律的设计。仿真结果表明,所设计的非线性励磁控制器在小扰动和大扰动情况下,不仅能较好地保证发电机角速度和功角的稳定,改善机端电压的调节精度,而且鲁棒性较好。     

基于旋转高频电压注入的对转PMSM无传感器控制

为了使对转永磁同步推进电动机结构简单,性能可靠,建立了该电机的无传感器控制系统。介绍了对转永磁同步推进电动机的结构,建立了电机的数学模型,设计了基于锁相环技术的转速跟踪观测器,提出了一种基于旋转高频电压注入的速度检测方法,可实现对转永磁同步推进电动机全速域内无传感器控制。仿真结果证明该方法能完成对转永磁同步推进电动机的调速控制,并实现扰动下的双转子转速跟随,且响应迅速,鲁棒性强。     

无速度传感器三电平逆变器异步电动机直接转矩控制系统(I)——基于降阶观测器的定子磁链观测和速度辨识

给出了三电平逆变器供电的异步电动机调速系统的数学模型,在固定合成矢量方法基础上,提出了一种基于降阶磁链观测器的无速度传感器直接转矩控制方法,以降阶模型为可调模型利用模型参考自适应(MRAS)方法辨识电动机转速。仿真和实验结果表明该方法能够实现高性能的三电平逆变器供电异步电动机直接转矩控制系统无速度传感器运行。     

一种新型STATCOM非线性控制器

研究静止同步补偿器(STATCOM)的非线性控制设计问题,建立STATCOM的动态数学模型。为消去模型中的非线性,引入基于坐标变换和状态反馈的微分几何方法。考虑到系统中存在不确定因素,所得到的模型为一个含有扰动项的不确定线性系统。利用自抗扰控制技术(ADRC)中的扩张状态观测器(ESO)观测该模型并消除其扰动,通过反馈将其线性化。结合微分几何方法中的状态反馈,得到原系统的非线性控制器。仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的电压调节能力。     

一种无刷直流电动机故障诊断方法研究

提出一种基于小波熵和SOM神经网络的无刷直流电动机故障诊断方法,以无刷直流电动机的霍尔传感器和驱动器故障为研究对象,采用小波分析对故障信号进行分析,并在此基础上通过小波熵对故障特征进行提取,作为故障诊断部分(神经网络)的输入,由训练得到的神经网络对故障进行分类和识别,最后建立无刷直流电动机仿真模型,对该故障诊断方法进行仿真验证。     

基于卷积神经网络的直线同步电动机电枢绕组故障诊断

通过绕组函数理论对直线同步电动机进行分析,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的直线同步电动机故障诊断方法。从直线同步电动机的数学模型出发,基于绕组函数理论对电动机正常状态和匝间短路故障状态进行仿真,对电流波形图进行快速傅里叶变换(FFT)得到不同状态的数据集。利用CNN中的GoogLeNet网络结构,在保持网络空间维度的同时不增加故障诊断的计算量。将数据集输入到网络模型进行故障诊断,仿真结果表明GoogLeNet网络结构对直线同步电动机电枢绕组的短路故障识别率达到了96.5%以上。