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。     

永磁同步电机改进滑模观测器矢量控制

针对滑模观测器在永磁同步电机无位置传感器控制系统存在的高抖振、收敛速度较慢、观测精度差等问题,提出一种基于自适应滑模增益的变幂次趋近律的新型滑模观测器,该趋近律在幂次趋近律的基础上,增加由观测转速、磁链和外部输入预期目标电流误差组成的自适应滑模增益变指数项,自适应滑模增益变指数项具有时变的较快收敛速度,有效解决原有趋近律趋近模态时间过长的问题,使用李雅普诺夫稳定判据对系统进行了稳定性分析。通过新型滑模观测器和传统滑模观测器进行对照实验,结果表明,相对比较而言所提出的新型滑模观测器收敛速度更快,高频抖振削弱和带载能力加强,自适应滑模增益能有效控制电流误差幅值,最后观测精度提高了20%以上。     

基于新型指数趋近率和转子位置观测器的PMSM积分滑模控制

基于传统指数趋近率的滑模控制系统因复杂性较低,在永磁同步电机(PMSM)中被广泛应用.但当滑模控制系统在做趋近运动时,存在明显抖振,其精度无法应对复杂情况.为了抑制抖振和提高永磁同步电机控制系统的抗外部干扰能力,提出了一种新型指数趋近率,并在该趋近率中使用连续切换函数来平滑控制信号.为进一步降低处理信号时产生的高频扰动,滑模控制器采用了积分型控制器.针对转子位置的估计精度问题,依据龙伯格线性观测器设计了转子位置观测器.仿真结果可以看出,基于新型指数趋近率的积分型滑模控制器和转子位置观测器不仅改善了滑模抖振问题,使系统抗外部扰动能力得到增强,而且对转矩和电流的超调和脉动问题进行了优化.     

基于VGLESO和滑模理论的直流配电网母线电压控制策略

针对直流配电网母线电压稳定性问题,设计了一种变增益线性扩张状态观测器(variable gain linear extended state observer,VGLESO),有效地解决了传统高增益线性扩张状态观测器(linear extended state observer extended state observer,LESO)在运行初始阶段输出存在峰值的问题。在此基础上进一步提出了一种变增益滑模自抗扰控制策略,将其应用到直流配电网AC-DC双向变流器控制系统中的电压外环。变增益滑模自抗扰控制策略在不需要增加额外电流传感器的情况下,就能够实现对系统总扰动的快速跟踪和补偿,有效地抑制了母线电压波动,提高了系统的动态响应。从理论上证明了VGLESO和变增益滑模自抗扰控制策略的稳定性。最后通过MATLAB/Simulink验证了该控制策略的可行性与正确性。     

Force‐based disturbance observer for dynamic force control and a position/force hybrid controller

In this paper, a force‐based disturbance observer (DOB) and a force control system using the DOB are proposed to obtain dynamic force control under disturbances. A DOB can reduce the effect of disturbances and modeling errors on robots. In a conventional DOB, an acceleration response is fed back to a reference, enabling highly precise position control. In other words, the effect of disturbances is decreased by emphasizing the effect of inertial forces. When a force controller is implemented, however, inertial forces are regarded as disturbances respect to a force response. Because inertial forces increase according to the acceleration, conventional DOBs are not suitable for dynamic force control. In the proposed DOB, a force response is fed back instead of an acceleration response. The effect of inertial forces is thus eliminated, thereby improving the tracking performance of force controllers. The proposed method's validity is verified analytically and experimentally. A position/force hybrid controller and a DOB for the controller are proposed as an extension of the proposed DOB. A bilateral controller is given as an example of the proposed hybrid controller, and its tracking performance is demonstrated experimentally. © 2013 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

一种永磁同步电机新型高阶滑模观测器设计

为了提高无位置传感器控制的精度,增强控制系统的鲁棒性,减小不确定扰动的影响,提出了一种新型高阶滑模观测器。该设计使用改进的积分滑模定子电流观测器估算永磁同步电机的反电动势,从而分析得出转子位置和转速估算值。在指数趋近律的设计上,等速项用连续光滑的开关函数代替不连续的符号函数,指数项引入随系统的变化而调整的增益项。通过仿真实验,验证了该滑模观测器对改善转子位置和速度估算精度有明显的提升效果,增强了系统的鲁棒性,抑制了抖振现象。     

Extended disturbance observer for nonlinear system with time-varying disturbance gain

In control engineering, the disturbance is a major problem that deteriorates system robustness. To address this problem, a disturbance observer (DOB) has been proposed and developed. In particular, a general method of estimating high-order disturbance, expressed as a time series expansion, was studied (H-DOB). However, systems to which H-DOB are applicable are limited to those in which disturbance gain is constant. This constraint degrades the generality of H-DOB because applicable systems are limited. Therefore, by expanding to a system with a time-varying disturbance gain, we propose a more general H-DOB. The DOB proposed in this paper redesigns the dynamics of the observer based on the structure of the H-DOB. The proposed DOB is applicable even if the system is highly nonlinear. This paper verifies the convergence of the proposed DOB through proof. Using this proof, the same characteristic error dynamics can be obtained, so the same design method can be applied. The simulation for the verification of the proposed method performs disturbance estimation of the extension system. This simulation proves that, compared to H-DOB, the proposed DOB has good disturbance estimation performance.     

一种优化SMO的永磁同步电机转速抖振抑制方法

针对传统的滑模观测器在估计永磁同步电机转子位置和转速时存在的抖振问题,提出了一种基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制改进方法。基于传统滑模观测器的PMSM无传感器控制系统,其针对抖振问题,在传统SMO基础上进行了改进,提出了一种基于滑模新型趋近律和改进新型饱和函数结合的抖振抑制方法,使滑模控制具有更好的收敛速度和控制性能,有效的削弱了滑模抖振这一现象;开关增益改进为与给定转速成正比的变量,有效的改善了不同转速切换下抖振加剧的现象。仿真结果表明了新型滑模观测器的有效性,转子位置、转速的抖振得到显著抑制,测量精度得到显著提高。     

基于滑模观测器的永磁直线同步伺服系统

针对永磁直线同步电机伺服系统,提出滑模速度观测器和P-IP位置控制策略,来实现参考位置信号的跟踪控制.详细分析了滑模速度观测器的模型结构,给出观测器增益值的确定方法和速度观测算法.详细分析了P-IP控制器的结构和参数确定方法.采用高性能DS1103控制器作为控制核心,搭建永磁直线伺服系统.实验结果表明,滑模观测器能够准确观测动子直线速度和位置,所提出的位置控制系统具有准确的跟踪能力,对外部扰动具有很强的鲁棒性.     

永磁同步电机干扰观测复合滑模控制技术

为了提高在永磁同步电机（PMSM）转速环控制中的滑模控制(SMC)的全局收敛性,提出了一种复合SMC策略,综合了线性滑模面和非奇异终端滑模面的特点,组成新的滑模面,提高了SMC在不同运动阶段的收敛性。在此基础上对传统的幂次趋近律做出改进,改善了SMC在稳态时刻的收敛速度降低的问题。同时,使用基于SMC规律的干扰观测器来观测系统中的未建模动态和未知干扰,对设计的SMC进行补偿,降低SMC对于控制器高增益的依赖性,从而有效改善控制器在稳态时刻因滑模高增益而产生的抖振,提高SMC的控制性能。最后,通过仿真和试验证明控制方法的有效性和可行性。     

一种永磁同步电机无模型超螺旋快速终端滑模控制方法

针对内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor, IPMSM)由于内部参数变化、外部扰动等各种不确定性因素导致控制性能不佳的问题,提出一种无模型超螺旋快速终端滑模控制方法。首先,建立考虑IPMSM不确定性的新型超局部模型,结合超螺旋算法和快速终端切换函数设计无模型超螺旋快速终端滑模控制器,确保系统状态有限时间收敛,并有效减小抖振。其次,设计扩展滑模扰动观测器精准估计超局部模型中的未知部分,并前馈补偿给设计的控制器,进一步提升系统的抗干扰能力和跟踪性能。最后,通过与PI控制和传统无模型滑模控制进行仿真实验对比,验证了该方法具有更快的收敛速度和更强的鲁棒性。     

比例谐振算法和扰动观测器控制的单相逆变器

滤波器参数变化、直流侧电压波动和负载变化等被视为逆变器控制系统的扰动,这些扰动对逆变器的输出电压会产生影响,双闭环控制一般解决不了此类问题.针对上述不足,研究了一种比例谐振算法和扰动观测器的电压控制策略.首先,从理论上研究了扰动观测器抑制外部扰动的有效性和扰动观测器的实现方法;其次,整定了电流控制算法和电压控制算法的参...     

基于扰动估计补偿的PMLSM固定时间积分滑模控制

为了提高永磁直线同步电机(PMLSM)控制系统的动态响应速度和鲁棒性,提出了一种基于扰动估计补偿的固定时间积分滑模控制（DFISMC）方法。首先,在积分滑模面的基础上,引入了一种固定时间滑模控制算法,保证系统可以在固定时间内到达平衡点。其次,设计了一种随系统状态动态调整的控制率增益函数f(s),进一步加快了收敛速度。最后,设计自适应超螺旋扰动观测器估计内部和外部不匹配扰动,并采用前馈补偿的方式将观测值引入控制律,增强了系统的抗干扰能力。仿真结果表明,DFISMC方法不仅保证了系统全局鲁棒性,而且有效提高了系统的跟踪精度和响应速度。     

Adaptive sliding mode observer design for a class of uncertain systems

State feedback method is quite popular in control engineering field. However, some popular properties of state feedback approach cannot be used while any of the system states cannot be obtained beforehand. Therefore, this paper proposes a new observer design for a class of uncertain systems through sliding mode control theory. Based on strictly positive real concept, the stability of the equivalent error system is verified. Further, by using the generalized matrix inverse approach, the proposed switching term can drive the error states to zero, and it ensures the global reaching condition of the sliding mode of the error system. Moreover, the presented sliding mode observer is proposed to possess the invariance property to the uncertainty and/or external disturbance. Furthermore, the developed sliding mode observer is extended to release the limitation of knowing the bounds of the lumped perturbations in advance. That is, not only a new sliding mode observer but also a new adaptive sliding mode observer is proposed in this paper. Finally, three examples are illustrated to demonstrate the validity of the proposed sliding mode observer and the proposed adaptive sliding mode observer. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

同步发电机混沌振荡的模糊滑模变结构控制

为消除周期性扰动下同步发电机中的混沌振荡,使系统输出跟踪给定信号,采用模糊滑模变结构控制方法,设计混沌控制器.采用指数趋近律方法,设计切换控制律,使系统能克服扰动影响,快速到达切换面;在滑动模态,采用模糊控制规则,抑制控制中的高频抖振.仿真结果显示:加入传统滑模变结构控制器后,大约需要12.5 s,系统跟踪上给定信号,在渐近跟踪过程中,控制中出现高频振荡;加入模糊滑模变结构控制器后,在1 s内,系统跟踪上给定信号,在渐近跟踪过程中,控制中无振荡现象.     

基于神经网络推力观测器的永磁直线电机滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统易受到负载扰动、参数变化和推力波动的问题,为确保在较宽的速度范围内实现更为精确的速度控制,采用基于神经网络推力观测器的滑模控制取代常规的PI控制,滑模变结构控制律采用等效控制法,加上负载扰动前馈补偿项,而扰动补偿则是通过线性推力观测器并联一个神经网络观测器相加而得.实验和仿真结果表明,此方法较常规PI控制提高了跟踪性能,增强了伺服系统对参数摄动和外在扰动的稳健性.     

自适应补偿器永磁同步电机积分型连续滑模控制

考虑参数不确定、齿槽转矩、谐波反电动势及电压源逆变器非线性畸变等非理想因素,为提高永磁同步电机驱动系统对参数不确定及非线性扰动下的鲁棒性、高动态特性,提出一种带自适应扰动补测器的积分型连续滑模控制策略。连续滑模控制器无抖振且保证了闭环系统在参数不确定和扰动下的有界。滑模面上的自适应扰动补偿器一方面降低了滑模控制器增益,另一方面保证了系统渐进收敛。最后,通过仿真分析验证了所提控制策略的有效性和优越性。     

带电阻在线辨识的改进型永磁同步电机滑模观测方法

针对永磁同步电机定子电阻的不确定性及传统滑模观测存在的固有抖振问题,提出一种带电阻在线辨识的无速度传感器改进型滑模观测方法。该方法在传统滑模观测器的基础上,采用可变边界层厚度的Sigmoid函数来取代Sign函数,并结合转速大小动态调整观测器增益;同时引入电阻在线辨识环节,运用李雅普诺夫函数设计了电阻参数在线辨识算法,并用于实时修正滑模观测器参数。仿真和实验结果表明,与传统的滑模观测器相比,该算法能够有效地抑制滑模观测器的抖振现象,转速估计对电阻变化的鲁棒性得到增强,提高了永磁同步电机驱动系统在整个调速范围内的观测精度。     

基于自适应增益的PMSM龙伯格-滑模无位置控制

针对传统龙伯格观测器采用的定常增益矩阵在系统工况发生变化时无法达到最优控制,以及未考虑到系统的内部扰动和外部摄动等问题,提出了四阶自适应增益龙伯格-滑模无位置观测器。该方法利用Hurwitz判据制定自适应变增益矩阵,可根据转速变化在线修改增益,并且对系统的扰动进行前馈补偿,在抗扰动方面有进一步的提高,结合滑模控制的方法使系统具有更强的鲁棒性,通过 Lyapunov 证明该方法的稳定性。最后,通过PSIM仿真以及实验验证,证明了新型龙伯格观测器的有效性。     

双极性直流微电网的改进型高阶滑模自抗扰控制

针对双极性直流微电网中分布式新能源的系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素所引起母线电压波动问题,以基于风光互补含混合储能的双极性直流微电网为研究对象,提出一种双闭环改进型高阶滑模自抗扰控制策略。首先,依据自抗扰理论将控制系统拟合为一阶系统模型,转化为自抗扰控制系统范式。其次,设计了改进型超螺旋滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器,引入了具有快速收敛性的级联有限时间扩张状态观测器代替线性扩张状态观测器,既能通过高阶滑模控制算法抑制抖振,又能提高对系统集总扰动的估计精度,从而利用非线性控制策略的优势改善系统动态响应过程及抗扰性能。然后,通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件以及搭建实验平台对3种不同控制策略进行对比验证,实验表明所提控制能够很好地抵抗扰动和提高系统的暂态性能。