采用ESO的自适应算法在PMSM无位置传感器控制中的应用

分析了模型参考自适应 (Model reference adaptive system,MRAS)实现永磁同步电机无位置传感器控制的原理,针对传统的MRAS抗扰动性差,位置估计误差大的问题,提出采用扩张状态观测器（Extended State Observer,ESO）代替传统PI观测器。ESO不仅能提高转子位置的估计精度,其观测的负载转矩还能用作前馈补偿,以减小负载转矩扰动对系统的影响。试验结果表明,在负载和速度突变情况下,使用新型变结构模型参考自适应（MRAS_ESO）估算的转速较传统MRAS的抗干扰性能力更好,系统的鲁棒性更强。     

基于扩展磁链观测的永磁同步电机转矩闭环矢量控制

用于风力发电和电动汽车等特殊应用场合中的永磁同步电机(PMSM)驱动器通常需要直接跟踪主控系统下发的转矩指令,而实际系统中通常不安装扭矩仪等转矩检测部件,因此,电磁转矩的准确获取对高精度转矩闭环至关重要。文中提出了一种基于最小阶扩展磁链观测器的实时定子磁链观测方案,并在此基础上完成电磁转矩的观测计算。该定子磁链观测方案不仅可以避免传统方案造成的积分饱和、相位或幅值偏差等不利影响,而且该观测方案具有较强的参数鲁棒性,其转矩观测计算精度基本不受PMSM交、直轴电感以及转子磁链的影响。11kW的PMSM仿真与实验验证了该方案的可行性和有效性。     

二阶系统线性自抗扰控制的稳定性条件

研究了线性自抗扰控制(Linear active disturbance rejection control, LADRC)抑制内扰的机理.针对无外扰的二阶线性系统, 给出了线性自抗扰控制的一个稳定性充要条件.使用该条件证明了实践中广泛应用的带宽法可以克服对象的参数不确定性, 找到合适的观测器带宽保证自抗扰控制稳定.     

基于三阶超螺旋滑模观测器算法的机器人力矩估计方法

本文研究了六自由度(6-DOF)机器人关节力矩估计问题.为了提高机器人关节力矩估计精度,本文设计了一种三阶超螺旋滑模关节力矩观测器.在对观测器系统进行稳定性分析时,本文设计了一种新的Lyapunov函数证明了观测器闭环系统的稳定性.与已有的机器人力矩观测器结果不同,该力矩观测器仅以机器人关节角度作为观测器输入信号,减少了对机器人系统信息的依赖.最后,以6-DOF工业机器人为对象,开展实验验证.实验结果表明,与传统线性力矩观测器相比,本文提出的滑模力矩观测器估计误差小,验证理论的正确性.     

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。     

振动与力加载耦合的电液伺服控制

振动与力加载耦合的电液伺服系统具有集成模拟被测试件在振动与加载耦合工况下动态性能的优势,针对振动模拟对力加载系统产生的干扰多余力问题,提出了一种力干扰观测器,以提高加载力跟踪精度.首先,建立了振动与力加载耦合的电液伺服控制系统的数学仿真模型;其次,利用递推增广最小二乘算法辨识了力加载系统闭环传递函数;然后,利用零相差跟踪技术设计了力加载系统的前馈逆模型;最后,设计了力干扰观测器,搭建了水平向振动与力加载耦合的电液伺服系统实验台,仿真和实验验证了提出的力干扰观测器可有效降低由于振动扰动而产生的干扰多余力.     

新型感应电机自适应观测与滑模控制策略

基于感应电机在二相坐标下的数学模型,使用滑模变结构与非线性分析方法设计出由1个基于滑模的转矩与磁链控制器和1个速度自适应磁链观测器非线性控制系统.首先以定子电流与定子磁链为状态变量,采用非线性系统分析方法建立误差状态方程,然后在使误差渐近收敛为零的原则下设计滑模流形面,根据Layapunov稳定性条件,推导出电阻估计表达式及用于逆变器输入的定子电压控制规律.利用基于模型参考与状态反馈的速度自适应磁链观测器来完成转速辨识与磁链的准确观测,分析得到观测器的收敛条件及自适应率,证明了其稳定性,其估计值作为滑模控制器的输入完成系统的闭环控制.Matlab的仿真与分析结果证明了控制策略的正确性与有效性.     

基于状态观测器的DC-DC升压变换器反演控制

相比于PI控制而言,基于模型的控制具有动态响应速度快的优点,因此被广泛运用于电力电子领域。然而,系统模型参数的不确定会影响系统的鲁棒性。对DC-DC升压变换器的模型而言,输入电压和负载等效电阻是未知的。针对参数未知的问题,Luenberger状态观测器被用来实时估计输入电压和负载等效电阻的真实值。估计出的真实值实时更新到反演法推出的控制律中,控制DC-DC升压变换器的输出跟踪参考电压。最后,Simulink仿真证明了该方法的有效性和鲁棒性。     

考虑万向轮扭转角扰动轮式移动机器人轨迹跟踪

为了研究轮式移动机器人运动过程中万向轮扭转的扰动对其轨迹跟踪的影响,提出了一种考虑前端万向轮摩擦扰动及其质心与几何中心不重合的轨迹跟踪控制方法。首先,建立了考虑万向轮扭转角扰动的轮式移动机器人动力学模型;其次,根据位姿误差模型,采用反步法设计虚拟速度控制器收敛系统位姿误差;然后,结合扰动观测器对机器人行进过程中万向轮扭转所带来的摩擦扰动进行估计,构造出一种基于积分滑模思想的力矩控制器以保证速度追踪;最后,利用Lyapunov稳定性理论对系统的稳定性和渐近收敛进行证明。仿真及实验结果表明,将万向轮摩擦所带来的扰动反馈给动力学控制器,可以减轻控制器的负载。与忽略万向轮扰动的控制方法相比,轮式移动机器人的位置误差最大值的均方根值降低了37.37%,提高了运动系统的稳定性。