基于ADRC及变结构PID控制的伺服系统研究

针对永磁同步电机交流伺服系统中参数不确定、外部扰动及非线性等因素降低系统控制精度的问题,利用自抗扰控制器(ADRC)设计速度环控制器,通过扩张状态观测器(ESO)估计系统不确定,从而实现转速跟踪。利用变结构PID设计位置环控制器,实现系统小角度响应的快速性。实验结果表明,该方法在干扰转矩突变的情况下表现出良好的动态性能。     

基于双环控制思路的有源电力滤波器H_∞控制

应用平均化建模的方法,建立了考虑外界干扰的有源电力滤波器(APF)系统的平均化模型.根据直流侧电容电压响应速度远远慢于输出电流响应速度(两者的响应在时间轴上分离),将控制器设计为电流环与电压环2个部分.电压环控制采用PI控制方法设计,而在电流环设计时将APF非线性系统进行简化,进而设计H_∞控制器.最后利用极点配置对闭环系统的收敛速度进行定性配置.该控制器的设计考虑了系统参数摄动及外界干扰的不确定性,使控制器具有较强的鲁棒性;设计时从系统的状态平均化模型出发,物理意义清晰,设计思路合理,针对一般H_∞控制器设计需求解Riccati方程的不足,对矩阵进行归一化然后利用LMI工具箱简化控制器求解,易于在工程中实现.仿真与实验结果验证了控制器设计方法的正确性和有效性.     

基于电流估算的永磁同步电机伺服控制系统设计

在有位置精度要求的伺服电机控制应用场合,为了降低电机控制系统的成本,设计了一种永磁同步电机(PMSM)的无电流传感器控制方法。基于矢量控制策略,通过电机定子电压方程对定子电流进行迭代估算,根据系统响应速度要求,对控制器参数进行了设计,利用Bode图分析了系统的带宽,在不使用电流传感器的情况下实现了PMSM位置环、速度环和电流环控制,通过仿真验证了该控制器参数的有效性。在表贴式永磁同步电机(SPMSM)上进行了位置控制实验,动态响应效果满足设计要求,验证了该方案的有效性和可行性。     

交直流混联系统非线性自适应广域附加控制器的设计

为了提高交直流混联系统的暂态稳定性,设计了基于高压直流输电(High Voltage Direct Current, HVDC)大信号调制方式的非线性自适应广域附加控制器(Nonlinear Adaptive Wide-area Supplementary Controller, NAWSC)。该控制器利用扰动观测器估计和补偿实际系统中的非线性动态,无需精确模型,解决了模型不确定时稳定控制措施不易设计的难题。同时,该控制器通过整合广域功角信息得到的系统等值功角进行输出反馈,直接实现暂态稳定控制。在四机两区域交直流混联系统和10机39节点交直流混联系统中进行仿真。结果表明：在不同运行工况下,NAWSC相对于比例积分型广域附加控制器具有更好适应性;在参数不确定下,NAWSC相对于基于精确模型的反馈线性化广域附加控制器具有更好的控制鲁棒性。所设计NAWSC可以提高HVDC暂态调节能力。     

基于交替联合迭代的关节电机滑模控制参数整定方法

机器人关节电机的控制器参数整定是实现系统良好控制性能的前提。提出了一种基于交替联合迭代的关节电机滑模控制器参数整定方法。设计了永磁同步关节电机的电磁参数,并设计了PID电流环控制器和滑模速度环控制器结合的滑模-PID控制器。利用工程整定方法初步整定滑模速度环控制器的参数;增设冗余PID速度环控制器,对其参数进行整定,以冗余PID速度环控制器和滑模速度环控制器作用于系统时的输出转速为迭代变量,交替选择速度环控制器参数进行联合迭代,完成滑模速度环控制器参数的整定。利用MATLAB/Simulink软件对系统进行仿真,证明方法具有较高的整定效率,可使关节电机控制系统获得良好的控制性能。     

永磁同步电机调速系统自抗扰控制器的设计北大核心

将自抗扰控制器(ADRC)运用到永磁同步电机(PMSM)调速系统控制中。电流环采用一阶非线性自抗扰控制器(NLADRC)抵消电流环反电势的影响,减小电流跟踪误差和相电流总谐波畸变(THD);转速环采用一阶线性自抗扰控制器(LADRC)对负载转矩和黏滞摩擦进行补偿,提高系统转速稳定性;最后利用基于带宽的参数整定公式整定控制器参数。仿真和实验结果表明系统具有良好的转速稳定及抗负载扰动能力,验证了控制器设计的有效性。     

基于转矩观测器的垂直轴风力发电最大功率跟踪反演控制

为了提高垂直轴永磁直驱风力发电系统控制的鲁棒性和自适应性,针对大范围风速扰动和系统参数不确定的特点,应用非线性干扰观测器(NDO)实现垂直轴风力机气动转矩的估计,再结合反演(Back-stepping)控制方法设计发电最大功率跟踪(MPPT)控制器。控制器采用基于最佳转速跟踪的MPPT策略,通过逐步选择虚拟控制量和构造李雅普诺夫函数,使每个被控子系统具有良好的渐近特性,进而得到整个系统在大扰动下的全局渐近控制律。利用Matlab/Simulink建立系统的仿真模型,通过与PID控制器的对比实验,验证了反演控制器设计的正确有效性。     

永磁同步电机调速系统自抗扰控制器的设计

将自抗扰控制器(ADRC)运用到永磁同步电机(PMSM)调速系统控制中。电流环采用一阶非线性自抗扰控制器(NLADRC)抵消电流环反电势的影响,减小电流跟踪误差和相电流总谐波畸变(THD);转速环采用一阶线性自抗扰控制器(LADRC)对负载转矩和黏滞摩擦进行补偿,提高系统转速稳定性;最后利用基于带宽的参数整定公式整定控制器参数。仿真和实验结果表明系统具有良好的转速稳定及抗负载扰动能力,验证了控制器设计的有效性。     

参数不确定Chen混沌系统鲁棒模糊控制器的设计

基于TS(Takagi-Sugeno)模糊模型，研究具有参数不确定性Chert混沌系统的鲁棒控制器设计。首先构建含有参数不确定性的TS模糊模型：然后利用并行分布补偿的方法，设计使模糊系统在平衡点附近渐近稳定的鲁棒模糊控制器。该设计通过解一组线性矩阵不等式(LMI)得到局部区域控制器，进而设计TS模糊系统的鲁棒控制器。该鲁棒模糊控制器的渐近稳定性条件更为宽松，能够降低控制器设计的保守性。最后的仿真结果表明所设计的鲁棒模糊控制器对参数不确定Chert混沌系统具有良好的控制效果。     

永磁同步电机混沌系统鲁棒非脆弱模糊H∞控制

为了探讨一类具有不确定参数的非线性系统T-S模糊模型,采用并行分布补偿策略,设计了两种带有不确定控制增益的模糊控制器。利用Lyapunov稳定性理论和矩阵理论,采用线性矩阵不等式(LMI)的处理方法,给出了存在非脆弱模糊控制器且满足鲁棒H∞性能指标的充分条件。用满足这一条件的控制器来控制永磁同步电机(PMSM)混沌系统,选择实际中可行的交轴电压作为控制变量,使系统不仅对控制增益的变化有非脆弱性,而且当系统存在扰动时,该控制器设计方法也能很好的抑制干扰。     

高压电缆交联悬链式生产线悬垂自抗扰控制策略研究

针对高压电缆交联悬链式生产线(HXLPEL)悬垂控制系统进行研究，提出一种基于自抗扰控制(ADRC)的悬垂控制策略，分别针对下牵引速度环、电流环以及磁链环进行自抗扰控制器的设计。考虑到交联悬垂控制系统是一个非线性、不确定、多干扰的复杂系统，并针对生产工况发生剧烈变化时导致的参数摄动、模型不匹配等问题，提出了一种基于模型补偿的自抗扰控制策略(MADRC)，通过应用参数观测技术有效提高传统ADRC的控制性能。仿真结果验证了所设计的复合控制器的有效性。     

基于Hamilton理论的多机系统励磁与UPFC的非线性鲁棒协调控制器设计

针对多机电力系统中参数的不确定扰动对系统稳定控制器影响的问题,利用广义耗散Hamilton理论设计了一种新型多机励磁和统一潮流控制器(UPFC)的非线性协调控制器。首先,建立了包含UPFC动态调节作用的多机电力系统动态方程,构造了系统的Hamilton能量函数,从而将系统表示成广义耗散Hamilton系统形式。其次,利用含参数摄动的L_2干扰抑制控制理论设计了多机励磁和UPFC的非线性协调控制器。此控制器设计过程同样适用于含有参数摄动的其他FACTS装置与多机励磁的协调控制器设计。最后,以四机两区域系统进行了仿真分析,结果表明当系统中存在多种参数摄动时,所设计协调控制器能够保证系统的功角稳定、实现UPFC接入点电压的无差调节并且具有较好的鲁棒性。     

基于自抗扰控制器的PMSM无传感器控制

无传感器控制技术能够降低永磁同步电机(PMSM)控制系统的成本,同时提高可靠性。结合自抗扰控制器(ADRC),将负载转矩和摩擦转矩作为总扰动,设计一阶ADRC作为转速控制器;将电阻压降和反电动势作为总扰动,设计一阶ADRC作为电流控制器。利用电流环d轴ADRC中扩张状态观测量,结合锁相环(PLL)构造闭环控制估计转速和转角,实现无传感器控制。仿真和实验结果表明,系统能准确估计转速和转角,抗速度和负载扰动能力强,稳态和动态性能良好,对电机参数不敏感,鲁棒性强。     

永磁同步电机抗抖振滑模控制算法研究

将永磁同步电机(PMSM)双闭环矢量控制中的电流环调节器与一阶速度模型相结合,得到调速系统二阶模型。在此基础上,设计了基于指数趋近率的滑模控制器,实现系统渐进跟踪,且在一定程度上减小了控制器抖振。利用扩张状态观测器测量系统扰动,对控制量进行补偿,进一步减小了控制器抖振。通过Lyapunov稳定性定理证明了闭环控制系统的渐进稳定性,同时仿真和实验均验证了控制器的有效性。     

刚性联接双电机系统功率平衡控制策略

针对刚性联接双电机系统因参数摄动和负载变化导致的系统输出功率不均衡问题,基于转矩闭环矢量控制系统,提出了一种自抗扰模型预测(ADRC-MPCC)转矩交叉耦合功率平衡控制策略。首先,建立刚性联接双电机系统的统一数学模型,基于该模型分析了功率不平衡产生的原因;其次,通过确定合适的转矩反馈补偿系数,提高了系统中双电机的同步性能;最后,设计自抗扰控制器对转速环、磁链环和转矩环的扰动进行估计和补偿,并通过简化模型预测控制方法对逆变器开关状态进行选择,减少了控制器的运算时间。仿真与实验结果表明,提出的控制策略实现了参数摄动和负载扰动情况下刚性联接双电机系统的输出功率平衡,验证了功率平衡控制策略的有效性。     

一种新型STATCOM非线性控制器

研究静止同步补偿器(STATCOM)的非线性控制设计问题,建立STATCOM的动态数学模型。为消去模型中的非线性,引入基于坐标变换和状态反馈的微分几何方法。考虑到系统中存在不确定因素,所得到的模型为一个含有扰动项的不确定线性系统。利用自抗扰控制技术(ADRC)中的扩张状态观测器(ESO)观测该模型并消除其扰动,通过反馈将其线性化。结合微分几何方法中的状态反馈,得到原系统的非线性控制器。仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的电压调节能力。     

基于细菌觅食优化算法的永磁同步电机位置伺服系统模糊控制策略

针对PID控制器参数固定而引起永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统控制效果不佳问题,设计了基于细菌觅食优化算法的模糊控制器。该位置控制系统是以空间矢量控制为理论基础,由位置环、速度环、电流环构成的PMSM三闭环控制系统。在MATLAB/Simulink环境中将模糊控制器应用在系统位置环上。对比仿真结果发现,参数优化后的模糊控制器在系统位置环的作用更加优越,完全克服了传统PID控制器的缺点,能有效提高电机位置控制的快速性和准确性。     

PMLSM的互补式滑模控制系统设计

针对永磁线性同步电动机在位置控制中易受系统参数变化、外界负载干扰以及摩擦力等不确定因素的影响,提出并设计了以径向基神经网络为预估器的互补式滑模控制器,以实现精确的位置控制。设计中利用饱和函数作为切换函数,利用径向基神经网络预测器来预测系统中的不确定项。从而减少了系统的抖振,消除稳态误差,提高了系统的暂态响应速度。通过仿真结果,验证了该控制器具有优异的跟踪能力和鲁棒性。     

基于改进自抗扰控制的永磁同步电机无传感器系统研究

针对永磁同步电机(PMSM)矢量控制无速度传感器系统的速度辨识问题,分别在系统的速度环、电流环设计自抗扰控制器替代传统的PI调节器。通过自抗扰控制(ADRC)中的扩张状态观测器(ESO)对扰动的准确估计进行速度辨识,实现系统的无传感器运行;对典型自抗扰控制器进行改进,简化模型结构并引入模糊控制算法对控制器参数进行优化。仿真结果表明:改进ADRC比PI调节更能满足PMSM系统的高性能控制要求;与模型参考自适应相比,采用ESO观测方法在电机低速运行时的转速估计效果更好,且对电机参数变化不敏感,鲁棒性更强。     

基于快速输出采样的MIMO离散系统变结构控制

针对一类含有界扰动的多输入多输出离散时间线性系统,采用快速输出采样反馈技术（FOS）,设计了离散变结构控制器,并给出了确定控制器参数的方法,且未知扰动的界已知但不要求满足匹配条件。理论分析表明,所设计的控制器能保证闭环系统是有界稳定的,无需利用系统的状态作为反馈而仅利用输出采样来设计控制器,因而具有较强的实用性且易于实现。通过仿真验证了结论的有效性。