失配参数在线矫正的永磁同步电机预测电流控制

针对永磁同步电机预测电流控制模型参数失配引起的系统性能下降问题,提出一种基于内模控制观测器的应对策略来矫正模型参数.首先,根据旋转坐标系下的永磁同步电机动态模型,设计了d, q轴电流内模控制观测器并进行稳定性推导证明,观测器可以无静差估计d, q轴电流变化率,进而在线估计电机参数;然后,由卡尔曼滤波减弱参数噪声得到最优参数估计,阈值化处理最优参数估计后在线更新失配参数.最后,在稳态和调速阶段两种不同工况中,将所提策略应用于参数失配的永磁同步电机三矢量预测电流控制;实验结果表明,与同类方法相比,所提策略能在线矫正失配参数,在改善电流波动系数及总谐波畸变率方面表现更好.     

基于自适应滑模电流控制算法的仿真研究

针对永磁同步直线电机具有的非线性,扰动敏感的特点,提出基于自适应滑模电流控制算法的滑模控制.通过在电流环引入自适应律,进行在线估计系统内部参数摄动以及模型不确定性扰动,来改善永磁同步直线电机驱动系统中的电流环响应速度、追踪性能,并将正弦饱和函数代替常规sign函数,来削弱系统抖振,提高系统的鲁棒性和稳定性.同时设计二阶扩张观测器预测系统的负载扰动,二阶扩张观测器中利用提出的新型sigfal函数,改善了传统扩张观测器的预测精度和稳定性,然后将预测值前馈到电流环对其进行补偿,来减小滑模控制增益.仿真结果证明,所提出的方法可以提高永磁同步直线电机驱动系统的抗干扰性和动态响应性能.     

基于HLADRC的汽包水位控制北大核心CSCD

高阶扩张状态观测器自抗扰控制(High-order Linear Active Disturbance Rejection Control,HLADRC)与传统线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)相比,在干扰抑制方面具有很大的优势,目前有少量应用在强干扰系统中来进行干扰抑制。汽包水位系统具有强干扰、非线性、强耦合、多变量的特性,是锅炉控制的难点。以汽包水位为对象,构造汽包水位高阶扩张状态观测器自抗扰控制系统。通过与线性自抗扰控制系统对比,在外界扰动作用下和模型参数失配情况下的性能,仿真结果表明:HLADRC系统,在动态响应、干扰抑制能力方面均优于LADRC系统,且对系统模型参数变化有一定的鲁棒性。     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机PWM电流预测控制

针对传统永磁同步电机PWM电流预测控制中电机参数扰动偏差造成的输出电流静差及振荡问题,提出基于扩张状态观测器的新型PWM电流预测控制算法.分析电机参数扰动偏差对PWM电流预测控制系统的影响,构建相应的扩张状态观测器来观测参数偏差造成的系统扰动,为传统预测控制算法提供实时性扰动补偿,并通过极点配置验证新型算法的稳定性.仿真结果表明,新型算法能够快速无静差地观测系统扰动,有效避免电感参数扰动偏差对电流预测系统的影响.     

基于ESO分数阶滑模调节的PMSM模型预测转矩控制

为了提高永磁同步电机调速系统的性能,提出一种基于扩张状态观测器的分数阶滑模预测转矩控制策略。采用扩张状态观测器对电机的综合扰动项、定子电流和反电动势进行实时观测,可快速准确得到它们的估计值并进行补偿;利用估计值构建分数阶滑模控制器来削弱系统抖振并提高鲁棒性;利用转矩和磁链无差拍预测控制,减少了遍历次数并降低了计算复杂度。通过仿真和半实物平台进行了验证,所得结果表明,所提出的方法能有效提升系统的鲁棒性,使电机具有良好的动态和静态性能。     

一种具有结构或参数失配的混沌系统同步方法

本文讨论了不同结构或具有相同结构但参数失配的混沌系统的同步问题.根据扩张状态观测器的思想构造“扩张系统”以表达结构或参数的差异,并挖掘可测同步误差中所隐含的信息对“扩张系统”的各个状态进行估计,在此基础上设计物理上可实现的控制器,实现了两个具有模型或参数失配的混沌系统的同步.以Lorenz系统和Duffing,VanderPol系统为例进行仿真,同步效果很好.     

基于时变增益扩张状态观测器的逆变器系统自适应 super-twisting电压鲁棒控制

针对电压源逆变器系统中负载扰动和参数摄动, 本文提出了一种基于时变增益扩张状态观测器的自适应 super-twisting鲁棒电压控制新方法. 首先考虑负载扰动, 建立单相逆变器系统的动态模型, 进而考虑系统参数摄动, 通过引入非测量辅助状态变量, 将上述动态模型转化为只包含匹配扰动的状态方程; 其次, 设计时变增益扩张状态 观测器, 以实现对非测量辅助状态变量与包含负载变化和参数摄动等因素在内的集总不确定项的估计; 最后, 基于 此扩张状态观测器, 设计采用自适应super-twisting算法的滑模控制律, 以实现逆变器系统输出电压对其参考电压的 快速准确跟踪并增强系统鲁棒性. 仿真实验结果表明: 所提出的时变增益扩张状态观测器可在保证观测误差收敛 的同时, 有效抑制“初始微分峰值”现象; 采用自适应super-twisting算法的滑模控制策略可使逆变器系统输出电压 具有较高跟踪精度和较小总谐波失真率, 增强系统的抗干扰能力, 并降低控制输入信号“抖振”.     

带有海浪滤波器的船舶航向反步自适应输出反馈控制

针对复杂海况下船舶航向控制中的模型非线性、参数不确定和海浪扰动问题,提出了一种基于反步法的非线性自适应输出反馈控制算法.首先基于无源理论设计了一种状态观测器以实现海浪滤波和状态估计,这种观测器无需海浪扰动的方差信息从而减少了观测器参数数量.然后假定系统模型参数未知,基于反步法给出了非线性控制律和参数自适应律.利用Lyapunov理论证明了这种自适应输出反馈控制系统的稳定性.仿真结果表明本文所提控制器具有较好的控制性能,对不确定性模型参数具有良好的自适应性.     

基于神经网络的电力并网逆变器控制技术研究

研究了电流模式控制的电力并网逆变器的PR( proportion resonant)控制策略,针对提高并网供电功率优化逆变换器设计,分析了含LCL滤波器的电流双环控制电力并网逆变器模型.目前采用的比例谐振控制器难以用数字控制器实现的问题,提出了BP神经网络的增量式PR控制技术.在MATLAB平台上,建立数学模型仿真.仿真结果证明,在电流发生突变情况下,采用BP神经网络的电力并网逆变器的增量式PR控制,电流波形具有更好的动态性能与静态性能.对神经网络训练进行仿真,结果表明,并网供电控制取得良好的供电效果,为设计提供了参考依据.     

单相LCL型并网逆变器的滑模控制策略

为了改善单相LCL型并网逆变器的稳态性能和瞬时响应性能,提出了一种基于改进切换函数的滑模控制策略。该控制策略从开关函数模型角度分析单相LCL型并网逆变器的数学模型,得到系统的状态方程。通过选取合适的滑模面,求得等效控制。提出一种改进的切换函数设计滑模控制器,并用李雅普洛夫第二法证明了系统的稳定性。最后用MATLAB对系统进行了仿真实验,仿真结果表明,采用该控制策略的逆变器具有较好的稳态性能和瞬时响应性能,其并网电流畸变率为0.41%。     

耦合量前馈的并网逆变器解耦控制

传统的基于同步旋转坐标系的LCL型并网逆变器电流双闭环控制策略,在建立逆变器模型时,直接忽略了d轴和q轴之间的耦合关系。这样会造成系统模型的不准确,影响控制效果,为此提出了一种基于耦合量前馈的解耦策略。在各轴加入其他轴的耦合分量,耦合分量的大小和本轴被控对象实际产生的耦合量大小相等、方向相反。通过这种耦合量前馈补偿的策略最终消除了d、q轴之间的耦合关系,提高了系统控制模型和控制性能的精确性。为了进一步提高系统的控制性能,提出了一种基于频率特性的新型控制器参数设计方法。该方法可以准确计算出内外环控制器的参数,解决了传统控制器参数设计过程中需要反复试凑的问题。MATLAB仿真结果表明,所提出的控制策略取得了良好的解耦效果,并网电流的总谐波失真较小,实现了高功率因素并网。     

多星发射上面级主动抗扰姿态控制技术研究

针对多星发射的运载火箭上面级在入轨段由于卫星分离产生的质量偏移,从而引起的三轴姿态严重耦合问题展开了研究,提出了基于广义扩张状态观测器的改进预测函数控制姿态控制方法.该控制方法将质心偏移造成上面级结构参数偏差和引入的干扰力矩以及其他未知系统参数偏差、外界扰动和未建模动态视为集总扰动,并将该非匹配干扰通过等效输入扰动技术转换为匹配干扰,由广义扩张状态观测器对变化后的系统状态和未知集总扰动同时观测.将集总扰动在反馈回路予以补偿保证了预测模型与上面级真实动力学模型有较高匹配度,进一步保证预测函数控制有较高的控制跟踪精度和较快的响应速度,并对外界扰动和参数偏差有较强的鲁棒性.文中算例仿真和性能对比验证了该方法的有效性及可行性.     

基于扩张状态观测器的车辆横摆稳定模型预测控制器设计

针对车辆横摆稳定性控制问题,本文提出一种基于扩张状态观测器的线性模型预测控制器设计方法.首先,将非线性车辆模型线性化,建立带有模型误差干扰项的线性模型,其中线性化导致的模型误差采用扩张状态观测器估计得到,并证明了观测器的稳定性.然后基于此模型设计线性预测控制器,近似实现了非线性预测控制器的控制效果,同时降低了计算量.最后,通过不同路况下的仿真实验结果,验证了所提方法的计算性能和控制效果.     

基于扩张状态观测器的车辆横摆稳定模型预测控制器设计（英文）

针对车辆横摆稳定性控制问题,本文提出一种基于扩张状态观测器的线性模型预测控制器设计方法.首先,将非线性车辆模型线性化,建立带有模型误差干扰项的线性模型,其中线性化导致的模型误差采用扩张状态观测器估计得到,并证明了观测器的稳定性.然后基于此模型设计线性预测控制器,近似实现了非线性预测控制器的控制效果,同时降低了计算量.最后,通过不同路况下的仿真实验结果,验证了所提方法的计算性能和控制效果.     

基于扩张状态观测器和LQ的轧机传动控制

轧机驱动电机与轧辊间采用长轴连接,连接轴刚度有限,在带材高速轧制时容易产生扭转振动现象.运用扩张状态观测器对系统状态和负荷扰动项进行观测,基于扩张状态观测器和LQ设计了具有负荷力矩前馈补偿的轧机主传动扭转振动控制系统.仿真结果表明:控制器有效改善了轧机主传动系统的跟踪性能,抑制了系统的扭转振动现象,同时对系统内部参数如轧辊转动惯量等的摄动也具有较强的鲁棒性.通过与传统电流、转速双PI控制和基于降维状态观测器的状态反馈控制比较,证明了方法的有效性和优越性.     

容错逆变器驱动的PMSM双环预测控制的研究

为了提高三相四开关容错逆变器驱动的永磁同步电机调速系统的性能,提出了调速系统双闭环预测控制策略。在转速环中设计了带扰动补偿的模型预测控制方法,通过离散扰动观测器估计负载扰动并进行前馈补偿,与模型预测速度控制相结合得到[q]轴电流环的期望给定值。在电流环中设计了基于离散滑模的有限控制集模型预测控制方法。通过与传统PI、FCS-MPC方法进行仿真对比,验证了该方法在空载启动、给定转速突变以及存在负载扰动、参数变化时,可使容错逆变器驱动的永磁同步电机调速系统具有更好的动态响应能力和鲁棒性。     

基于ESO的无速度传感器PMSM系统自适应滑模FCS-MPC

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的性能,基于反双曲正弦函数的扩张状态观测器(ESO)技术,提出一种新颖的无速度传感器自适应滑模有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略,采用ESO技术构造PMSM系统转速和反电动势的观测器,实现对电机转速和反电动势快速准确估计.用带有负载ESO的自适应滑模控制作为系统的转速调节器,以提高系统的鲁棒性;利用基于快速矢量选择的FCS-MPC策略,达到减少转矩脉动、降低系统算法计算量的目的.仿真结果表明,基于ESO的无速度传感器自适应滑模FCS-MPC策略能够使PMSM系统可靠稳定运行,达到满意的转矩和转速控制效果.与基于积分型滑模面的自适应滑模FCS-MPC策略相比,所提出的控制策略能使系统具有良好的动态性能和抗负载干扰能力.     

基于自抗扰控制技术的实时飞行仿真研究(英文)

针对四旋翼无人机欠驱动、强耦合的非线性动力学特性,文中研究设计了基于自抗扰控制技术的闭环飞行控制系统。自抗扰控制技术中,扩张观测器与基于误差的非线性反馈控制是其重要的两个部分。扩张状态观测器估计外部干扰和模型不确定性,以实现干扰和模型不确定性的动态补偿;此外,采用基于误差的非线性反馈可以改善控制效果。为保证飞行任务中精确的航迹跟踪,文中分析设计了一种实用的制导策略,并构建实时可视化飞行仿真系统以实现对所设计的制导策略和自抗扰飞行控制系统更为严格有效的验证。仿真结果表明所研究设计的制导策略和闭环飞行控制系统具有良好的制导和控制性能。     

双馈风力发电机系统的自抗扰神经网络的励磁控制

在双馈发电机传统控制方式的基础上, 将自抗扰控制技术和BP神经网络相结合结合, 应用于双馈风力发电机并网运行的控制上, 提出了一种新的双馈风力发电机并网运行控制方案. 该控制方案具有内外两个控制环, 内环通过BP神经网络实现双馈风力发电机的转子d-q轴电流控制, 外环通过自抗扰技术实现双馈风力发电机定子侧的有功、无功控制. 由于自抗扰控制器利用一阶跟踪微分器和扩张状态观测器对系统扰动进行动态跟踪补偿, 在此基础上输出双馈电机转子交--直轴电流的参考值, 然后将该参考值作为BP神经网络训练样本的输入, 训练后的BP神经网络可以更好地逼近实际转子电压输出量. 论文设计并实现了该方案的具体控制算法. 仿真测试表明: 该控制方案具有优良的动态性能, 对系统的内外扰动具有较强的鲁棒性, 在没有精确的发电机参数情况下依然可实现并网系统的稳定运行.     

参数未知的离散系统Q-学习优化状态估计与控制

控制系统的应用中存在状态不能直接测量或测量成本高的实际问题,给模型参数未知的系统完全利用状态数据学习最优控制器带来挑战性难题.为解决这一问题,首先构建具有状态观测器且系统矩阵中存在未知参数的离散线性增广系统,定义性能优化指标;然后基于分离定理、动态规划以及Q-学习方法,给出一种具有未知模型参数的非策略Q-学习算法,并设计近似最优观测器,得到完全利用可测量的系统输出和控制输入数据的非策略Q-学习算法,实现基于观测器状态反馈的系统优化控制策略,该算法的优点在于不要求系统模型参数全部已知,不要求系统状态直接可测,利用可测量数据实现指定性能指标的优化;最后,通过仿真实验验证所提出方法的有效性.