永磁同步电动机转速伺服系统PI控制器的一种新设计方法

提出了PI控制器的一种新设计方法,将所有已知和未知的扰动集中为总扰动,简化系统模型,再用积分器作为扰动观测器对总扰动进行观测并补偿。新型PI控制器中的参数与系统性能之间的关系非常简单,易于整定。针对连续变化输入,新型PI控制器引入了输入微分前馈,具有更好的跟踪性能,且输入微分前馈仅是一个微分器,与电动机参数无关,进一步简化了控制器的设计。采用离散最速跟踪微分器对阶跃输入安排过渡过程,可以消除PI控制系统阶跃响应的超调,同时提高系统阶跃响应对控制器参数的不敏感性。实验结果验证了所提方法的有效性。     

永磁同步电机转速环的一种变结构PI控制器

在永磁同步电机调速系统中,传统PI控制的阶跃响应存在超调的问题。采用IP控制虽可消除超调,但会使系统响应变慢,对时变输入的跟踪性能变差。为此,本文提出了一种变结构PI(Variable Structure PI,VSPI)控制器,在传统PI控制器的基础上引入输入微分前馈,并将误差比例环节与误差积分环节并联的结构改为误差的比例微分环节与积分环节串联的结构。结合遇限停止积分的抗积分饱和环节,VSPI控制在时变输入时等效于PI控制,在阶跃给定时等效于IP控制,因此,VSPI控制在解决阶跃响应的超调问题的同时提高对时变输入的跟踪精度。实验结果验证了所提控制方法的有效性和实用性。     

永磁同步电机调速系统的一种变给定增益PI控制器

在永磁同步电机调速系统中,传统PI控制的阶跃响应存在超调的问题。采用IP控制虽可消除超调,但会使系统响应变慢。为此,提出带给定增益的PI控制器,在传统PI控制器的基础上,引入输入微分前馈,将误差比例环节拆成给定比例环节和反馈比例环节之差,并在给定比例环节中增加给定增益M。经优化设计,M在阶跃给定时取0.5,可实现阶跃响应的快速无超调;M在时变给定时取1,可实现无误差跟踪。为使系统能够对阶跃给定和时变给定同时具有很好的跟踪性能,在带给定增益的PI控制器的基础上,利用给定变化率判断给定类型并自动选择对应的最优增益,构成一种变给定增益PI控制器。实验结果验证了所提控制方法的有效性和实用性。     

基于自学习非线性PID的音圈电机精密定位系统

基于音圈电机的精密宏微气浮运动系统，是一种能克服接触摩擦和行程限制的新型精密定位系统。针对系统中用于精密定位的音圈电机受到内外扰动从而影响系统最终定位精度的问题，在建立起音圈电机数学模型的基础上，设计了基于反正弦函数的自学习非线性PID控制器，利用自学习算法对非线性增益函数的增益系数进行实时调整。完成算法设计与仿真后，在搭建的系统平台分别进行了微动台短行程定位和宏微动台的长行程定位实验。仿真和实验结果表明，与传统PID控制器相比较，自学习非线性PID控制器的使用有效提高了系统的鲁棒性和定位精度，系统对位置指令响应迅速无超调，控制精度达到了亚微米级。     

三相高功率因数PWM整流器双闭环控制系统设计

引入电压干扰补偿,建立三相高功率因数脉宽调制(PWM)整流器的简化数学模型,该模型既能真实反映PWM整流器的运行状态,又便于控制系统设计。针对电流内环的控制要求,根据电流内环的斜坡响应特性设计其比例积分(PI)调节参数,提出依照I“TAE性能最佳准则”的PI调节参数设计方法;针对电压外环的控制要求,根据电压外环的阶跃响应特性设计其PI调节参数,提出依照“阶跃响应最佳准则”的PI调节参数设计方法。仿真波形和实验数据验证了简化数学模型和PI调节参数设计方法的正确性。     

基于极点配置的直线电机运动控制器设计

为了提高精密工作台的轨迹跟踪精度和动态响应性能,基于辨识出的控制对象离散化模型,利用极点配置方法设计精密工作台运动控制器的前馈环节和反馈环节,构成具有两自由度结构的精密工作台运动控制系统.通过实验,与PD 加速度前馈的控制方式相比较,精密工作台静态定位误差提高了0.5μm;当精密工作台以120mm/s匀速运动时,轨迹跟踪精度提高了2μm,定位建立时间缩短了10ms.表明,采用极点配置方法设计的运动控制器具有较好的动态响应和轨迹跟踪性能.     

基于直线电机驱动气浮导轨的高精度定位平台实现

精密定位技术在产品精密加工、精密检测中发挥着重要作用。本文介绍了一种利用直线电机驱动气浮平台实现精密定位的方法,阐述了气浮平台工作原理及设计方案,推导了直线电机的控制模型,并利用新型驱动器实现了闭环控制。最后采用LenScan镜面定位仪对平台定位数据进行了比对,验证了定位平台定位的准确性。结果表明该平台结构可靠、系统运行稳定,X、Y方向精度均达到微米级,满足使用要求。现已应用在对半导体器件几何参量的测试中,效果良好。     

基于复合PI控制器的永磁伺服电机电流控制

在永磁电机伺服系统中,电流环PI控制器通常基于零极点对消的方式设计得到,这会限制系统动态性能的提升。针对这一问题,首先通过传递函数分析说明传统电流环PI控制器存在的问题,然后基于状态方程设计电流环复合PI控制器。通过传递函数进行对比,从理论上说明电流复合PI控制器比传统电流PI控制器具有更好的抗扰性能,并给出相应的约束条件。最后,通过实验对比电流阶跃响应和跟踪正弦给定响应。实验结果表明,采用复合PI控制器的电流控制系统对正弦给定的跟踪误差更小,电流阶跃响应也更快,即电流复合PI控制系统具有更好的跟踪性能和抗扰性能,证明了所提方法的有效性。     

基于LCL-S拓扑的感应电能传输系统的建模与控制方法

分析了基于LCL-S拓扑的感应电能传输(IPT)系统的动态特性,旨在利用数字PI控制器提高负载电压动态响应。首先,利用广义状态空间平均建模方法得到IPT系统的大信号模型及稳态工作点。在此基础上,建立描述在IPT系统的输入受到扰动状态下的小信号模型。经实验样机与小信号模型阶跃响应对比证明,小信号模型能够较准确地描述IPT系统动态响应。然后,根据小信号模型,借助Matlab中PIDtool工具箱设计合适的PI控制器参数,提高IPT系统的负载电压响应特性。最后,通过实验证明设计的闭环数字PI控制器使IPT系统负载电压响应时间在12 ms左右。     

基于递归反演方法的电子节气门非线性控制

针对电子节气门的非线性和传统PID控制器的不足,提出一种基于递归Backstepping方法的控制策略,以节气门位置跟踪为控制对象,对电子节气门的结构进行了分析,建立了电子节气门的数学模型,以Lyapunov稳定性理论为基础,设计了Backstepping控制器。为了比较不同控制策略对电子节气门的控制效果,进行了PID和Backstepping两种控制策略的仿真实验,并分别采用阶跃、斜坡和正弦波作为目标信号完成跟踪控制仿真,仿真结果表明,Backstepping控制具有良好的动态特性,阶跃响应时间小于100 ms,控制效果明显优于PID,该控制能有效解决时变非线性系统的快速响应与超调量偏大两者矛盾的问题。     

永磁同步电机的模型预测控制研究

模型预测具有动态响应快速和电流跟踪精确等优点,广泛应用于功率变流器领域。采用模型预测电流控制策略,主要研究永磁同步电机的控制,解决传统PI控制器动态响应慢、有超调等问题。整个实验平台以TMS320F28335为控制器,设计了永磁同步电机控制实验,分析了电动机电流环的稳态和动态响应以及转速的动态跟踪性能。实验验证了模型预测在永磁同步电机控制中的优越性能。     

直线超声电机驱动精密二维定位平台系统

针对当前精密作动技术领域对精密定位系统提出越来越高的要求,设计了一种由蝶形直线超声电机驱动的二维精密定位平台系统。该定位平台系统行程为50 mm?50 mm,以直线型增量光栅编码器作为位置反馈元件,通过上位机编程实现运动控制卡对精密定位平台系统进行控制。为了实现直线超声电机的驱动,设计了一种新型直线超声电机驱动器,实现驱动电压和驱动频率的独立控制。在控制过程中,通过使用复合控制技术,同时结合直线超声电机具有高分辨率步进的控制特性,最终使系统达到高精度运动的控制效果。实验结果表明,在0~50 mm行程内,实现了小于0.28?m的定位精度。     

三相四线制有源滤波器直流侧电压控制研究

针对三相四线制有源滤波器直流侧电压PI控制存在超调比较大、动态响应速度慢等缺点,设计了一种采用模糊控制与PI控制相结合的模糊PI复合控制器。该控制器将输入变量进行模糊化,通过模糊推理控制模糊输出变量,以此实现在线修改参数的目的。分析了直流侧电压PI控制的基本原理,利用模糊控制器的双输出对PI控制器的参数进行整定,给出了二维模糊PI控制器的设计过程。MATLAB仿真结果表明,该方法超调小、动态响应速度快,能满足负载突变工况的要求,验证了所设计的模糊PI控制器的有效性和优越性。     

基于改进遗传算法的PI整定在DTC中的应用

为克服Z-N整定法转速阶跃响应的超调量大以及遗传算法中双亲交叉遗传的不足,提出了改进的多亲交叉遗传算法对PI参数进行整定的方法。从PI调节器工作原理及Z-N整定法的优缺点出发,阐述了基于多亲交叉的改进遗传算法的PI整定过程,然后基于直接转矩控制(DTC)的优良特性,以异步电动机直接转矩控制系统为平台,借助MATLAB/Simulink对PI参数进行了寻优并建立了控制系统仿真模型。仿真结果验证了所提出的PI整定方法的可行性和可靠性。     

基于系统辨识的开关磁阻电机PI参数整定

简要介绍了系统辨识的概念和模型.在Matlab建立的开关磁阻电机模型基础上,给定一个阶跃的斩波信号得到电机的阶跃响应从而求得SR电机小信号模型.利用系统辨识的方法将SR 发电系统视为一个二阶系统,即ARX模型,并由Matlab的系统辨识工具对发电系统进行辨识,得到了系统的PI传递函数,利用劳思判据求解稳定性的方法解出电机Ki、Kp的参数范围,并通过实验验证了方案的可行性.     

PMSM转速调节系统安排过渡过程方法的研究

永磁同步电机(PMSM)转速调节大多采用比例积分(PI)控制,由于系统的初始误差值较大,其存在调速范围小、快速性与超调量不能兼顾的问题.将跟踪微分器用于PMSM转速调节系统中,对参考输入安排光滑的过渡过程,降低系统的初始误差,通过增大PI调节参数来保持转速响应的快速性,实现了转速响应快速超调小,增强了系统的鲁棒性和适应性.仿真实验结果验证了此种方法的优越性.     

扰动电压下光伏最大功率跟踪控制器的设计

分析了扰动电压输出条件下的光伏最大功率跟踪系统构成,使用基于变步长电压扰动法作为功率/电压寻优控制器。设计了一种光伏MPPT系统电压复合控制器,采用光伏输出电压预调节控制+电压环PI调节器的方法实现。通过对光伏输出电压控制器进行数学建模得到电压闭环传递函数,确定了最佳预调节系数及PI调节器参数以得到快速稳定的MPPT控制,仿真分析了控制器阶跃响应及波特图。仿真以及试验结果表明此电压复合控制器能够快速、稳定的实现光伏MPPT响应。     

一种应用正态分布理论的直线超声电机精密定位控制方法

针对直线超声电机在精密驱动过程中存在较强的非线性、时变性及控制模型复杂等问题,提出了一种基于正态分布理论统计直线超声电机驱动电压与速度/位移关系的方法,结合模糊逻辑控制技术,实现了对直线超声电机精密定位控制。利用宏微驱动控制模式对超声电机驱动的平台进行大行程、高精度定位实验研究,实验结果表明采用所提方法,当行程为5 mm时,稳态误差小于5 nm,能抑制系统的超调,改善系统动态性能。同时,由于直线超声电机动态保持力非常大,使得系统具有良好的抗扰动能力。     

一种智能快速比例积分控制器的设计

采用常规比例积分PI控制算法的系统难以实现快速响应性能,综合最大值控制、PI控制、分段控制及专家控制的优点,设计了一种智能快速PI控制器.仿真研究表明,这种控制器能在被控对象模型参数或外界环境发生变化时,运用专家知识自动调整控制器的算法和参数,使系统既可快速响应,又无太大超调,还具有较强的自校正性能.     

惯性稳定平台位置伺服的模糊控制仿真研究

针对制导火箭弹惯性稳定平台位置伺服控制系统非线性、强耦合、外部干扰不确定以及系统参数摄动,传统PID控制无法满足该平台高精度位置控制的问题,提出模糊控制算法的策略,建立弹载惯性稳定平台模型,分析位置模糊控制器的原理,设计以位置偏差与其变化率为输入的惯性稳定平台位置控制器。所提控制算法应用于永磁同步电机驱动的惯性稳定平台系统,通过建模仿真表明,平台位置响应时间仅为25 ms、响应稳定且几乎无超调以及位置跟踪性能好,控制效果优于传统PID控制器,为弹载惯性稳定平台高精度位置伺服控制器的设计提供了参考。