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。     

基于实时负载转矩反馈补偿的永磁同步电机变增益PI控制

为了减小负载转矩扰动对永磁同步电机转速的影响,对负载转矩扰动下永磁同步电机(PMSM)伺服系统数学模型的频域特性进行了研究,总结出负载转矩扰动和速度PI控制器参数之间的关系,提出了基于负载转矩反馈补偿的永磁同步电机变增益PI控制方案。变增益PI(VGPI)控制器根据转速信号中特定频率分量的变化,进行控制器增益的实时调节;同时采用FPGA器件设计并实现了基于Kalman滤波器的负载转矩观测器,能够对负载转矩扰动进行实时观测和补偿,提高了永磁同步电机伺服系统对负载转矩扰动的抑制能力。实验结果验证了控制策略的有效性。     

表贴式永磁同步电机转速环复合PI无位置传感器控制

针对传统永磁同步电机转速环PI控制下转速跟踪性能差的问题,设计一种复合PI无位置传感器应用于表贴式永磁同步电机转速环控制系统。在传统PI控制的基础上,转速环采用积分钳位型抗积分饱和方法,增加给定输入微分前馈环节和控制增益环节,增强转速环系统跟踪响应性能。分析无阻尼自然频率和阻尼比两者参数选取对系统转矩扰动和角速度测量噪声抑制能力的影响,证明系统抗转矩扰动性能与抑制噪声性能之间存在矛盾。针对该问题,设计以电机转子角速度为状态变量的新型滑模观测器对角速度进行观测,将其直接引入至转速闭环系统反馈,避免角速度反馈噪声对转速跟踪性能造成影响。实验结果验证了该理论分析的正确性与控制策略的可行性。     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机自抗扰无源控制

针对传统永磁同步电机滑模控制存在的抖振以及系统抗扰动鲁棒性差问题,提出一种基于扩张状态观测器的永磁同步电机自抗扰无源控制方法。转速外环设计自适应滑模控制器,采用扩张状态观测器对系统干扰项进行观测,用其进行前馈补偿。电流内环将无源控制与自抗扰控制相融合,得到d-q旋转坐标系下的电压给定。新型控制方法可有效抑制系统抖振,增强系统鲁棒性。试验结果验证了所提控制方法的有效性和实用性。     

基于扩张状态观测器的PMSM积分时变滑模控制

为了实现永磁同步电机(PMSM)驱动系统的高精度跟踪控制,提出了新型积分时变滑模控制策略,该策略考虑到系统的非线性和耦合特性对动、静态性能的影响,首先采用反馈线性化原理将系统模型线性化,然后为了加快动态响应过程,采用单回路结构取代串级结构设计积分时变滑模控制器。针对负载扰动的问题,设计了一种以负载转矩为观测对象的扩张状态观测器,并将观测值反馈到控制器中以克服扰动对性能的影响。最后在永磁同步电机实验平台上开展了对比实验研究,通过实验结果可以看出,积分时变滑模控制器使系统具有无超调、快速性的优点,提高了系统的动态和稳态性能,扩张状态观测器能够快速跟踪负载的变化,增强了控制器对负载扰动的鲁棒性。     

基于非线性自抗扰控制的双闭环PMSM速度控制策略研究

针对在传统PI控制策略下永磁同步电机伺服系统中存在转速易超调和抗扰能力差等问题,提出一种基于非线性自抗扰控制的双闭环永磁同步电机速度控制策略。在速度环和电流环中将传统的PI控制器替换为非线性自抗扰控制器,分别设计转速环和电流环的非线性自抗扰控制器。在转速环中,利用跟踪-微分器解决响应快速性和超调之间的矛盾;引入二阶扩张状态观测器,对扰动进行估计并补偿;通过非线性状态误差反馈控制律,提高系统的控制精度。在电流环中,通过引入自抗扰控制中最核心的扩张状态观测器,减小未知扰动对系统的影响。仿真结果表明,系统具有响应快、无超调、抗扰能力强的特点,对负载、转速变化具有较强的鲁棒性,验证了该控制策略的有效性。     

基于负载转矩观测的PMSM直接转矩反步控制

基于永磁同步电机数学模型,考虑永磁同步电机的非线性特性,提出了一种新颖的反步法控制策略设计转矩和磁链非线性控制器,使电机具有快速的速度和转矩响应性能,并且能有效减小转矩和电流脉动。针对负载转矩扰动的问题,设计了负载转矩Luenberger状态观测器以减小扰动对系统的影响,并采用线性矩阵不等式对反馈增益进行求解。通过仿真可以看出,所设计的控制器使系统具有良好的动静态特性,负载转矩观测器能准确估计负载变化,使系统对负载扰动具有较强的鲁棒性。     

基于新型扰动观测器的永磁同步电机滑模控制

为了提高永磁同步电机(PMSM)调速系统的控制性能,提出了一种基于新型扰动观测器的滑模速度控制器。建立了包含参数不确定性及负载扰动的PMSM数学模型。为了减少扰动量的影响,设计了一种新型扰动观测器,并以此得到的观测值作为前馈量补偿到滑模控制器的输入端。仿真及试验结果表明,与传统PI控制器相比,该算法提高了系统的鲁棒性和动态响应速度。     

基于改进自抗扰的风力发电系统最大功率控制

针对永磁同步风力发电系统(PMWS)存在的非线性、参数摄动、不确定性、多干扰等问题,采用一种基于最佳叶尖速比的最大功率跟踪控制方法,将最大功率捕获问题转换为最佳速度跟踪问题,分别针对速度环和电流环进行自抗扰控制器的设计;考虑到大干扰环境中,系统受内、外扰动的影响,转速跟踪精度有所下降,为提高控制精度和鲁棒性,针对速度环设计了一种基于扰动观测的降阶自抗扰控制器。通过扰动观测器对系统的总干扰进行在线观测,然后利用自抗扰控制器进行干扰补偿,从而提高转速的跟踪能力。仿真结果验证了所设计的复合控制器能有效地抑制系统扰动对转速的影响,提高了系统的鲁棒性和抗干扰性能。     

基于滑模观测器的永磁直线同步电机速度控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)在速度跟踪控制过程中因其模型具有非线性、参数时变性以及变量间的随机耦合等特点,导致电机速度跟踪控制精度低,提出了一种滑模观测器的永磁直线同步电机反馈线性化速度跟踪控制方法。首先建立了永磁直线同步电机的非线性模型,采用非线性坐标变换以及非线性状态反馈方法将电机系统进行了解耦处理,从而得到具有独立的非线性特点的电流和速度子系统。并设计了速度跟踪控制器,对反馈线性化所需要的动子加速度以及负载扰动信号,设计了一种扩张滑模观测器对其进行有效观测。仿真实验结果表明:该控制方法能够有效提高电机的速度跟踪精度拥有较好的鲁棒性。