永磁同步电机滑模变结构鲁棒控制

为了克服常规PID速度控制器的缺点,有效抑制状态变量的超调问题,加快转子的收敛速度,增强系统的抗干扰性,提出了一种用于表面式永磁同步电动机的上下界滑模变结构速度控制器。与常规PID速度控制器不同,该控制器将速度误差与系统状态量的变化相关联,通过预设负载转矩的上下界值来实时改进滑模控制率。该控制器可取代常规PID控制器应用于永磁同步电动机矢量调速系统中。仿真和实验结果表明,基于上下界的滑模变结构控制器能够有效地提高系统的静态、动态特性与鲁棒性。     

MF型音圈电机滑模-自抗扰控制研究

针对系统外部不确定扰动及内部摩擦力等非线性特性对MF型音圈电机控制系统的影响,提出了基于滑模控制与自抗扰控制结合的复合控制。建立了基于改进LuGre动态摩擦力电机模型,设计了内环采用PI控制的双闭环控制,其中外环在系统远离滑模面时采用滑模控制实现快速响应,到达滑模面趋近平衡点时采用自抗扰控制消除抖振,提高系统稳定性和控制精度。通过与PID控制以及滑模控制对比的仿真和试验数据表明:提出的滑模-自抗扰控制显著提升了MF型音圈电机阶跃响应时间、相位滞后时间、控制精度,同时系统对负载变化以及噪声具有较强的抗扰性和鲁棒性。     

基于新型电压控制律的永磁同步电机滑模补偿控制

针对永磁同步电机转矩闭环控制系统中动态耦合项和反电动势项引发弱动态性能的问题,提出一种基于新型电压控制律的永磁同步电机滑模补偿控制方法。首先,基于永磁同步电机模型建立新型电压控制律,保证转矩闭环控制系统的稳定性。其次,利用速度估值与滑模面的函数关系,设计自适应速度观测器,对d、q轴耦合项和反电动势项进行补偿,同时实现系统的速度闭环控制。在此基础上,引入含sigmoid非线性光滑函数的滑模面,构造滑模补偿控制策略,实现控制律在整个运动过程中对参数摄动和外扰动的鲁棒性。最后,搭建Matlab/Simulink仿真模型和由TMS320F28335控制的400 W永磁同步电机的实验平台。仿真和实验结果表明所提控制方法具有转矩和电流波动小、响应快和鲁棒性强的特性。     

基于新型趋近律的永磁同步电机积分滑模控制

为了提升永磁同步电机(PMSM)调速系统动态品质,提出了一种基于新型混合趋近律的积分滑模控制算法。在传统指数趋近律基础上,引入了双曲正切函数、终端吸引子和基于系统状态变量幂函数的自适应因子,并结合积分滑模面,提高了系统趋近速度自适应调节能力和干扰抑制能力,有效削弱了抖振水平。基于所提出的趋近律,设计了PMSM新型混合趋近律积分滑模速度控制器,通过仿真完成了与传统PI算法控制性能的对比分析。仿真结果表明,新型趋近律速度滑模控制器具有更好的速度跟踪精度,抗负载扰动性能更好,抖振量非常小,鲁棒性强。     

永磁同步电动机的无抖振滑模控制系统设计

针对永磁同步电动机位置伺服系统,基于同步旋转坐标系下永磁同步电动机精确的数学模型,利用矢量控制技术,设计了位置/电流双闭环解耦控制结构,以实现转矩线性化控制,简化控制器设计.结合高阶滑模和非奇异终端滑模的控制思想,利用鲁棒微分估计器技术,分别提出了位置环和电流环的高阶非奇异终端滑模控制方案,在保证控制系统全局非奇异和稳定性情况下,可消除控制信号的高频抖振,提高系统的动态响应速度和控制精度,实现系统强无抖振的滑模控制.提出一种自适应负载转矩估计方法,解决了未知负载扰动系统的鲁棒控制问题.仿真结果证明所提控制方法的有效性和可行性.     

永磁同步直线电动机径向基神经网络PID控制

针对永磁同步直线电动机的初级磁链近似为常数这一特点,在d-q轴下建立了直线电动机的数学模型。直线电动机具有非线性、耦合性、负载扰动、时变不确定性等特点。常规PID控制虽然结构简单、输出稳定、易实现,但在高速高精度应用场合却不能达到理想的控制效果。提出了一种基于RBF神经网络与传统PID控制相结合的新策略,形成RBF神经网络整定PID控制,在一定程度上改进了PID控制性能。仿真结果表明,RBF神经网络PID控制具有更好的动态响应性和更加稳定的跟踪性能。     

三电平扩展卡尔曼滤波异步电机滑模控制

传统异步电机闭环控制中转速和磁链外环采用比例积分(PI)控制,针对其有超调和动态响应慢等问题,提出了一种新型的滑模控制器用于外环转速和磁链控制,改善了动态性能.采用五阶扩展卡尔曼滤波(EKF)来估计转速和磁链并用于闭环反馈,进一步研究了引入转矩观测后的六阶EKF,考察了转动惯量对速度估计的影响,在三电平逆变器驱动异步电机平台上进行了各种实验.结果表明,基于EKF和滑模控制的无速度传感器控制系统在较宽的速度范围内具有良好的动静态性能.     

Comparative evaluation of sliding mode fuzzy controller and PID controller for a boost converter

Nonlinear controllers such as fuzzy controllers and sliding mode controllers have been applied to boost converters because of their nonlinear properties. Although both fuzzy and sliding mode controllers have desirable characteristics, they have disadvantages in practice when applied individually. A sliding mode fuzzy controller is proposed to control boost converters. The sliding mode fuzzy controller combines the advantages of both fuzzy controllers and sliding mode controllers. It also has advantages of its own that are well suited for digital control design and implementation. A sliding mode fuzzy controller is designed and verified with experimental results using a prototype boost converter with a DSP-based digital controller. Experimental results of the boost converter using sliding mode fuzzy control are evaluated in comparison with experimental results using a linear PID and PI controller. The comparison indicates that the sliding mode fuzzy controller is able to obtain the desired transient response under varying operating points without chattering. The startup response using sliding mode fuzzy control is superior to the response using PID and PI control, while the load transient response shows no obvious advantage.     

发电厂主汽温系统的模糊滑模控制研究

电厂主汽温被控对象是一个典型的变参数、强扰动的对象,常规的PID控制器难以满足控制要求。针对此问题,设计一种自适应模糊滑模控制器。该控制策略基于带积分补偿的变结构控制器,并利用自适应模糊控制方法,把滑模控制器中的不确定项进行模糊逼近。利用李亚普诺夫函数证明了控制器的稳定性。将此控制策略应用到电厂主汽温控制系统中,仿真结果显示此控制方法具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能。     

滑模控制的永磁同步电机伺服系统一体化设计

为解决传统滑模变结构控制的永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)位置伺服系统中速度不控或控制律设计复杂的问题,提出一种简化的位置、速度控制器一体化设计方法。分析常规变结构伺服系统中位置、速度滑模控制器设计的思想和方法,并利用状态变量间的对应关系改进传统滑模面。借鉴经典PID伺服系统的控制思想,综合设计系统的外环控制器,实现精确的位置定位及速度控制。在此基础上,采用积分及前馈等补偿策略以消除变结构系统中固有的抖振现象,并提高了系统的动态特性和鲁棒性。仿真和实验结果均验证了文中所提出方法的正确性及控制策略的有效性。     

基于变指数趋近律的永磁同步电机滑模控制

为了提升永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态品质,提出了一种基于新型变指数趋近律的滑模速度控制算法。基于传统指数趋近律,引入了变指数函数和双曲正切函数,提高了系统趋近速度自适应调节能力和抖振抑制能力。基于新型变指数趋近律,设计了PMSM滑模速度控制器。通过与传统指数趋近律滑模控制算法、PI控制算法对比,仿真试验结果表明,新型滑模速度控制器具有较好的速度跟踪精度和抗扰动能力。     

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.     

新型永磁同步电机高精度调速系统

提出一种基于他控式变频调速的永磁同步电动机 (permanent magnet synchronous motor,PMSM)高精度调速系统。针对永磁同步电动机在该运行方式下的失步、效率及转速振荡问题,通过对功角特性及稳定性的分析,提出一种功角闭环控制策略并详细阐述了其理论依据。针对被控对象特性参数随负载变化的问题,设计了分段式PID参数模糊自整定控制器,系统实时检测电机运行功角并将其控制在某理想值附近。实验结果表明,所提控制策略响应速度快、无超调,系统运行稳定,无转速振荡,有效地解决了永磁同步电动机失步和运行效率问题。     

基于滑模控制的永磁同步电机模糊调速系统

为解决滑模控制系统抖振和动态响应性能之间的矛盾,采用模糊滑模控制策略,根据系统的误差来实时调整切换增益的大小。在速度误差较大时,切换增益变大,提高系统动态响应速度;在速度误差较小时,切换增益变小,减小系统的抖振。模糊控制采用新的模糊规则,将速度误差作为单输入变量,有效简化了模糊控制系统的参数调试。滑模控制器采用等速趋近律,并用饱和函数代替符号函数,进一步减小系统稳定时的抖振。通过仿真分析和试验结果可知,模糊滑模控制系统在提高动态响应性能的同时,可有效减小系统的抖振。     

交流调速系统的一种新型滑模控制器

本文针对滑差频率型矢量控制的交流调速系统，设计了一种新型滑模控制器，采用插入积分环节的方法，成功地解决了滑模控制的抖动问题。数字仿真和实验结果表明由这种新型滑模控制器与积分环节构成的速度调节器能使系统获得非常优良的动态和静态性能。其设计方法简单，控制器的实现容易，具有重要的工程应用价值。     

基于LMI的永磁同步电机鲁棒H∞自补偿滑模控制

针对传统矢量控制方案由滑模增益选择保守造成抗负载扰动与参数摄动等不确定因素的鲁棒性差的问题,设计了基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒H_∞滑模速度控制器和电流控制器。在速度控制器设计中,将求解H_∞状态反馈控制器增益问题转化为求解具有约束条件的LMI问题,从而求出H_∞状态反馈控制器增益,构成滑模面。在此基础上,设计出基于范数有界的滑模控制律,使系统状态可以实现有限时间内到达所需滑模面。在电流控制器设计中,同理设计出滑模面与滑模控制律,对于滑模控制律中的复合项采用自适应方式进行估计,消除了滑模开关增益选择的保守性。仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。     

基于滑模变结构控制的水轮机调节系统

出了消除状态方程稳态误差的方法,在此基础上设计了水轮机调节系统的滑模变结构控制器.仿真试验表明,改进的三控制输入水轮机调节系统状态空间方程是一种有效的水轮机调节系统模型;滑模变结构控制器性能优于 PID 控制器,对水轮机调节系统的物理参数摄动、运行工况变化、各种幅度扰动具有更好的鲁棒性、适应性.     

永磁同步电机交流伺服系统的滑模模糊控制

针对模糊控制器在设计过程中参数难以确定以及滑模控制存在抖动等问题,将滑模控制理论与模糊控制理论相结合,提出了一种基于Sugeno型模糊推理的滑模模糊控制器的设计方法。使每一条Sugeno型模糊推理规则的后件部分为一滑模控制策略,保证了模糊控制系统的稳定性和动态性能。将该方法用于永磁同步电机交流伺服系统位置控制器的设计,并进行了仿真。结果表明,该方法综合了传统的滑模控制和模糊控制的优点,具有很好的动态跟随性和较强的鲁棒性,有效地削弱了抖动。     

Field-programmable Gate Array Based Fuzzy Sliding-mode Controller for a Permanent Magnet Synchronous Motor Drive

Abstract—In this article, a field-programmable gate array based fuzzy sliding-mode controller is proposed to control a permanent magnet synchronous motor drive. First, the dynamics of a permanent magnet synchronous motor is derived, and the vector control scheme is introduced in the current loop. Next, to improve the performance of the permanent magnet synchronous motor drive, a fuzzy sliding-mode controller with an integral-operation switching surface is proposed and applied to the speed loop, in which a fuzzy inference mechanism is adopted to generate the reaching control signal. Further, an integrated hardware design method is developed to implement the field-oriented vector current controller and the proposed fuzzy sliding-mode speed controller on a single field programmable gate array chip. Finally, a prototyping platform based on an Altera field-programmable gate array is established to evaluate the ability of the proposed fully integrated solution in terms of control quality and time/area performances. The preferable performance of the proposed field-programmable gate array-based fuzzy sliding-mode control approach for permanent magnet synchronous motor drive is verified by the experimental results compared with the conventional proportional-integral control and sliding mode control schemes.     

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.