交流伺服电机速度与位置环的一体化鲁棒控制

提出一种交流伺服系统的离散域复合控制方案,可实现在未知负载条件下的准确位置控制。基于永磁同步电机伺服系统中位置与速度环组成的数学模型,以电机转角位置作为系统的测量反馈信号,设计一个降阶线性扩展状态观测器对电机转速（未量测）和未知负载扰动加以估计,并用于反馈控制和扰动补偿。采用TMS320F2812DSP在一台实际的永磁同步电机上进行了实验测试,结果表明伺服系统能在未知负载情况下实现平稳和准确的目标位置跟踪,且对负载和参数差异具有较好的鲁棒性。这种控制方案可方便地应用于相关的伺服系统。     

基于扰动观测器的PMSM同步协调滑模控制

针对在负载扰动情况下多永磁同步电机控制系统出现电机转速不同步的问题,提出了基于扰动观测器的永磁同步电机同步协调滑模控制策略。从单电机高性能控制策略和三电机耦合结构角度出发,首先,在矢量控制基础框架下,设计了基于非线性负载转矩观测器的积分型滑模速度控制器,构成了单电机高性能矢量控制调速系统;其次,提出了一种基于PI速度补偿器的偏差耦合控制结构,相比传统的偏差耦合控制结构能较好地实现在负载扰动下三电机的转速同步协调运行。最后通过仿真验证了方法的有效性。     

具有未知负载扰动的水井钻机电液伺服系统无模型自适应控制

针对电液伺服系统在水井钻机推进工况下存在的参数不确定以及未知负载扰动突变等非线性因素,提出了基于径向基(RBF)神经网络扰动观测器的无模型自适应控制方法.首先,通过改进的无模型自适应控制动态线性化方法,将被控系统线性化为与输入输出相关的增量形式,并将未知负载扰动合并到一个非线性项中;然后,设计了径向基神经网络扰动观测器对含有未知负载扰动的非线性项进行估计,作为对未知扰动的补偿;最后,设计了时变参数估计律,通过在线调整伪偏导数,给出了电液伺服系统的控制更新律.仿真结果表明,所设计的控制器能够对未知负载扰动突变进行补偿,并能确保跟踪误差有界收敛.     

基于模糊神经网络的位置控制器研究

提出了一种基于Sugeno模糊揄神经网络位置控制器，以永磁无刷直流电机（BLDM）构成伺服系统作为对象进行了仿真实验，研究了该控制器的学习精度、收敛速度及控制性能，仿真结果表明本文所设计模糊神经网络位置控制器学习精度高、收敛速度快、在系统同时存在电机参数的变化和负载扰动时，具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。     

基于ADRC的起动机负载测试系统

负载扰动、摩擦力扰动、纹波推力扰动和其他不确定扰动严重影响汽车起动机负载测试系统的测试精度和测试速度,电流和转速的协调控制也对系统提出了更高的要求.该文采用自抗扰控制(ADRC)方法,通过扩张状态观测器(ESO)估计出所有未知扰动作用量并给予实时动态补偿,以抑制未知扰动实现“自抗扰”控制,实现了对电流和转速的解耦控制.利用工控机和数据采集卡构建控制系统实验平台,实验结果表明,采用ADRC的起动机负载测试系统测试精度和速度都有较大提高.     

基于无传感器的PMSM电流控制策略的研究

提出一种新型的滑模观测器,并分别研究在4种不同的电流控制策略下,基于该新型滑模观测器的PMSM伺服系统的控制问题。该新型滑模观测器引进了Sigmoid函数作为控制函数用来抑制抖振,并根据PMSM的反电动势模型构建了反电势观测器来提取所需的连续信号,因此取消了传统的一阶低通滤波器和相角补偿环节。为了对电机的转子位置和转速进行更加精确的估算,引入了转子位置锁相环结构。在Matlab/Simulink平台基础上建立了4种不同的电流控制策略,基于新型滑模观测器PMSM无位置传感器三闭环控制系统仿真模型,分别对反电动势估算、速度估算、位置估算和突加负载扰动进行了仿真分析。仿真结果表明,该新型滑模观测器在4种不同的电流控制策略下,对电机转子位置和转速的估算、电磁转矩以及定子三相电流有着不同的影响,验证了该新型滑模观测器算法的可行性。     

基于扩张状态观测器的二质量系统非奇异快速终端滑模控制

针对含未知负载信息的二质量伺服系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制方法.首先,利用电机侧位置信息设计有限时间扩张状态观测器估计系统的扰动,并将估计值融入到控制器中作为前馈项对系统的未知扰动进行补偿;然后,引入一种新型的滑模趋近律,该趋近律能够避免传统滑模控制中存在的奇异性问题,据此设计非奇异快速终端滑模控制器,保证系统状态在有限时间内收敛到原点,并根据李雅普诺夫稳定性理论分析闭环系统的稳定性;最后,通过仿真和实验验证所提出方法的优越性.结果表明,与传统的PID等控制相比较,所提出的基于扩张状态观测器的有限时间滑模控制方法能够提高系统的跟踪性能,并有效增强二质量伺服系统的抗扰动能力.     

基于EKF的PMSM无传感器控制研究

针对永磁同步电机(PMSM)位置与速度传感器易受外部条件和自身精度的影响,以及PMSM无传感器控制等问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的PMSM非线性预测无传感器控制方法。该方法具有预测性、自适应能力、抗干扰性、易于软件实现等优点。首先,详细分析了PMSM的矢量控制系统数学模型和EKF原理。其次,将EKF算法应用于PMSM的无传感器矢量控制中,即将电机αβ轴电流和电压作为输入变量,经过EKF算法运算,估算出转子转速和转子位置来代替电机的位置与速度传感器。最后,搭建基于MATLAB/Simulink的PMSM无传感器矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明,EKF控制方法能准确估算出电机在空载和负载(随机)时的位置和转速,且具有较好的可预测性和系统响应性。在电机突加负载的情况下,也可以快速恢复到稳定状态,具有较强的抗负载性。     

数据驱动的无模型自适应直线伺服系统精密控制和实现

针对现代制造业对高精度机床伺服系统的要求, 将数据驱动的无模型自适应控制方法应用到直线伺服系统的位置控制中, 控制器设计不包括直线伺服系统结构的任何信息, 是直接基于动态线性化模型中伪偏导数的估计和预报, 而伪偏导数是根据直线电机电压输入和位置输出在线估计的. 永磁同步直线电机运动控制系统的实时实验结果表明, 在相同条件下, 数据驱动的无模型自适应控制方法的位置跟踪误差比PID减小了0.4mm到2.6 mm, 比神经网络控制时减小了0.2mm到0.5 mm. 该方法还提高了对负载扰动的鲁棒性.     

基于改进模糊PID位置随动系统控制

针对直流有刷电机在使用传统模糊PID控制器进行位置随动控制时,由于负载转矩变化导致系统跟随性能下降以及负载转矩未知的问题,提出了基于负载观测器的改进模糊PID控制器代替传统模糊PID控制器,在传统模糊控制结构的基础上增加负载观测器,实时观测系统负载转矩,并利用负载转矩实时调节系统控制器参数,提升了系统在负载转矩突变时的位置跟随能力。仿真结果表明：负载观测器能实时、准确地观测负载转矩,改进模糊PID控制器对负载扰动有较强的抑制能力,并有效减小了系统的调节时间和稳态误差。     

基于模型预测电流控制的双电机转速同步控制策略

常规的双电机转速同步控制系统中,两台永磁同步电机及其驱动器均采用基于比例积分（PI）的矢量控制方式,调试参数多,即使采用复杂的转速同步控制策略,双电机驱动系统的速度同步误差大,响应时间慢,抗扰性差。该文提出一种交叉耦合转速同步控制方法,输出大小相等方向相反的速度补偿量作用于双电机的速度环;使用扩张状态观测器观测负载转矩,将不可测负载扰动补偿于电流控制回路;采用模型预测电流控制算法,提高响应速度。使用Simulink建立双电机转速同步控制仿真模型,与常规转速同步控制方法对比,仿真结果表明提出的双电机驱动系统速度阶跃响应时间缩短了50%,暂态转速同步精度提高了65%,增强了系统的抗扰性。     

新型模糊滑模控制器在交流位置伺服系统中的应用研究*

为解决交流位置伺服系统速度不可控的问题,利用滑动模态的控制思想,设计出一种新型速度位置一体化控制器作为位置伺服系统外环控制器。通过对速度曲线的规划,实现理想的速度控制和精确的定位。在此基础上,采用模糊控制补偿负载变化和外界扰动对系统的影响,同时柔化控制信号,减弱了滑模控制系统中固有的抖振现象。仿真结果证明了所设计控制器的正确性及控制策略的有效性。     

基于MRAS无速度传感器的DTC系统Simulink仿真研究

异步电机的精确控制和速度辨识是交流传动系统中重要问题;文中在Simulink软件环境中构建了基于MRAS无速度传感器的异步电机DTC系统;该系统中采用DTC对异步电机进行控制,定子磁链采用在全速范围内有效的u-n模型观测器来估计,电机转速采用MRAS辨识算法来估算;由于速度辨识算法中电压模型的纯积分环节会引起的误差积累和漂移问题,采用改进积分型转子磁链估算模型来解决;仿真结果表明了文中转速辨识方法能准确推算出电机转速,所设计的控制系统动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强,具有良好的静、动态控制性能.     

一种防盘式对转电机转子失步的控制方法

用于水下航行器对转螺旋桨驱动的盘式对转永磁同步电机由一个定子一套绕组,2个永磁转子构成。需要用一套变频器控制2个转子保持同步,在2个转子上的负载相同或对称变化时,现有文献提出的方法能够控制两转子转速保持同步。然而受水流影响,双转子负载不对称突变时,转子转速下降幅度不相同,由于PI调节慢且有一定静差,容易造成转子失步,电机可控性差。为了提高电机抗不对称负载扰动的能力,用线性自抗扰控制器取代PI调节器,设计了线性电流自抗扰控制器和基于模型补偿的转速线性自抗扰控制器,模型补偿转速线性自抗扰控制器能够提高了系统对扰动的估计速度和精度,从而控制系统对转速调节加快。仿真实验表明,控制方法能够有效地防止对转电机在负载变化不对称的情况下发生转子失步。     

基于CMAC 的带有未知负载干扰电液位置伺服系统的自学习控制

针对电液伺服系统的特点,提出了基于ＣＭＡＣ神经网络非线性控制的结构和算法。对电液位置伺服系统的动态仿真表明,雇地未知和时变外负载干扰具有明显的抑制作用。     

电液位置伺服系统内模鲁棒控制器的设计

针对电液位置伺服系统存在一定的参数不确定性和较大的负载扰动等问题,建立了电液位置伺服线性系统的数学模型,并将其转化为H∞性能准则问题.利用H∞鲁棒控制理论,设计了电液位置伺服控制系统的鲁棒状态反馈控制器;基于内模原理的设计方法,设计了跟踪控制器.仿真结果表明,该位置鲁棒跟踪控制系统不仅对于伺服系统的参数不确定性有较好的控制效果,而且可以有效地抑制位置伺服系统负载扰动的影响,并有效地提高系统的跟踪特性,使系统具有良好的动态性能.     

滑模观测器在大惯量扫描镜系统中抗谐振的应用

针对扫描镜伺服控制系统中柔性连接所导致的机械谐振问题,本文提出一种结合电机加速度反馈以及负载速度反馈的滑模观测器控制方法.首先建立伺服系统柔性连接的数学模型并分析谐振对系统性能的影响;然后给出滑模观测器的设计过程;随后将观测出的电机加速度以及负载速度反馈到伺服系统中进行补偿;最后分析了位置传感器对伺服系统控制性能的影响,系统的鲁棒性,并与相似被控条件下的其他控制方法进行了比较.仿真结果表明:与未采用观测器时相比,本文所提出的方法有效地抑制了基于柔性连接的伺服系统中的机械谐振问题,提高了系统的控制性能,且具有较高的鲁棒性.     

改进的MRAS无速度传感器VC控制系统仿真研究

针对交流传动系统中异步电机的精确控制和速度辨识等问题,在Simulink软件环境中,对基于模型参考自适应系统(MRAS)无速度传感器的异步电机的矢量控制(VC)系统进行了研究。系统采用按转子磁场定向的VC对异步电机进行控制,通过MRAS辨识算法估算电机转速,由Popov超稳定定理对磁链偏差进行收敛。由于速度辨识算法中电压模型的纯积分环节会引起误差积累和漂移问题,故采用改进积分型转子磁链估算模型来解决这一问题。仿真结果表明,速度辨识方法能够准确推算出电机转速,控制系统动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强,具有良好的动静态控制性能。     

基于龙伯格观测器的感应电机预设性能位置跟踪优化控制EI北大核心CSCD

考虑暂稳态约束、控制参数优化及参数摄动和负载扰动等对感应电机位置跟踪控制性能的影响,本文提出了一种基于龙伯格观测器的预设性能优化控制方法.首先,针对电机转子磁链在实际中不可测的问题,采用龙伯格观测器对其进行了快速准确的估计.其次,基于反步法完成感应电机位置预设性能控制器的设计,基于变增益指数趋近律完成感应电机磁链滑模控制器的设计,通过构造干扰观测器对电机系统中由参数摄动和负载扰动引起的不确定项进行观测,实现了对系统给定值准确的跟踪控制.再次,将遗传算法(GA)与改进的粒子群优化(IPSO)算法相结合,对所设计的控制器参数进行优化整定,进一步提高了系统的收敛速度和稳态精度.基于李雅普诺夫稳定性理论分析表:所设计的控制器能够保证位置跟踪误差一直处于预设边界内,且整个闭环系统是全局一致有界稳定的.最后,通过仿真和模拟实验对比分析验证了本文所提方法的有效性及在实际电机系统中应用的可行性.     

智能观测器在伺服系统控制中的应用

研究优化伺服控制系统策略,永磁同步电动机( PMSM)的伺服系统优化,可改善电动机系统的稳定性和响应特性.通过提高伺服系统定位精度和抗干扰能力,有效保证机器运行效率.针对传统有速度传感器矢量控制增加了系统复杂度和成本的问题,为优化伺服系统控制结构,提出了一种采用神经网络观测器的伺服系统无速度传感器矢量控制策略.系统中不需要安装传感器来检测PMSM转子位置/速度信号,而是利用神经网络观测器从电机反电动势信号中估算转子位置/速度,从而优化了系统整体结构,减小了系统复杂度.通过对PMSM的伺服系统无速度传感器矢量控制系统的建模与仿真测试,结果表明,所设计的神经网络观测器能够准确估算转子位置/速度,控制系统能够精确跟踪给定转速指令,改进了伺服系统优化控制问题,为实际应用提供了参考.