基于新型趋近律和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的转速控制性能,克服扰动对伺服控制的影响,提出了一种基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法.设计了一种新型趋近律,以解决传统趋近律滑模面趋近时间和系统抖振之间的矛盾,提高系统响应快速性.综合考虑系统存在内部参数摄动和外部负载扰动,设计了滑模扰动观测器,并将观测值前馈补偿到速度控制器输出端;将观测器切换增益设计为扰动观测误差的函数,以削弱滑模观测值抖振.仿真结果显示,与传统趋近律相比,采用新型趋近律可有效提高系统的响应速度,快速准确的跟踪速度阶跃信号;滑模观测器可准确的观测系统扰动的变化;当系统加入负载扰动时,PI控制最大转速波动值为75 r·min-1,而基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制最大转速波动值较小为30 r·min-1,鲁棒性更好.实验结果显示,采用基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以快速跟踪400 r·min-1的速度指令,调节时间为0.12 s,稳态跟踪误差为±4 r·min-1,且转速无超调;滑模观测器可准确无超调的估计系统扰动值,进一步提高系统的抗扰动性能;当电机以400 r·min-1稳速运行时,加入0.6 N·m的负载扰动,基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法最大转速波动为23 r·min-1,与PI控制相比,转速波动减小了8%.上述仿真和实验结果具有较好的一致性,表明基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以有效抑制滑模控制系统的抖振,提高转速控制系统的鲁棒性和动态响应性能.      

具有未知扇区非线性输入混沌系统的自适应滑模投影同步

研究了一类具有未知扇区非线性输入且含有未知不确定性和外部干扰的主从混沌系统的投影同步问题.首先选择了一个合适的滑模面,然后基于Lyapunov稳定性理论设计滑模控制器和自适应更新规则.所设计的控制器不受未知不确定性和外部干扰的影响,具有很强的鲁棒性.通过对不确定主从Duffing-Holmes系统的仿真研究,验证了所设计控制器的有效性.     

冷连轧过程中机架间张力控制研究

冷连轧过程是一个具有内外不确定性和显著扰动的非线性复杂系统,带材的最终输出质量取决于中心线厚度和机架间张力的控制策略。重点研究了5机架冷连轧机架间张力控制问题,张力动力学可以用不确定性扰动的参数模型来描述。为了克服模型的不确定性和外部扰动,提出并设计了鲁棒控制器,并通过仿真验证了所提出的控制器的性能。     

PMSM伺服系统参数自适应全局滑模变结构位置控制器设计

针对PMSM(永磁同步电动机)伺服系统滑模变结构控制器设计过程中存在的滑模切换函数到达阶段不具有鲁棒性及控制器输出存在抖振问题,设计了具有全程鲁棒性的参数自适应全局滑模变结构位置控制器。首先设计一个系统动力学特性表现为状态反馈控制系统的滑模面,然后在选定的全局滑模面下,根据到达条件给出控制器的设计方案。对PMSM伺服系统的仿真试验证明,所设计的参数自适应全局滑模变结构位置控制器克服了伺服系统不确定因素带来的影响,实现了具有一定自适应能力的高性能PMSM伺服控制系统。     

基于多模型模糊切换的轧机液压伺服系统位置控制

针对轧机液压伺服系统中弹性负载力和外负载力的跳变,建立并优化系统连续工作时不同工况下的轧机液压伺服系统被控对象的多模型集,分析了采用状态反馈控制的、具有外部扰动的切换系统的稳定性。对每一模型采用LMI方法设计了稳定的状态反馈控制器,对多模型控制系统采用基于模糊规则切换策略进行设计和优化．仿真结果表明,所设计的控制系统具有良好的稳定性和动静态性能。     

稀土永磁电机鲁棒直接转速预测控制方法研究

针对稀土永磁同步电机直接转速控制中,因未建模扰动而导致转速性能差的问题,提出一种基于扩张状态观测器的鲁棒直接转速预测控制方法,推导了稀土永磁同步电机的超局域数学模型,设计了多个扩张状态观测器,观测了系统的未建模扰动和参数时变扰动,提高了控制器鲁棒性以及对负载扰动的响应速度。最后,通过搭建基于表贴式永磁同步电机的驱动系统,验证了所提控制策略的有效性。     

冷带轧机两侧压下系统自适应同步控制研究

驱动冷带轧机的液压伺服系统由伺服阀和不对称液压缸组成。建立了某650mm冷带轧机的位置系统的非线性数学模型,并且给出了其参数。首先针对操作侧和传动侧压下位置子系统简单设计了控制器。由于两侧子系统的参数不同,例如总的质量、摩擦阻尼系数和液压缸活塞的初始位置不同等,会造成压下位置的不同步。为了解决这一问题,利用模型参考自适应控制的思想,设计了压下位置自适应同步控制器,该控制器也可用于倾辊控制。仿真结果表明两侧的位置误差能够很好地趋近于零或倾辊给定信号,系统的同步控制精度能够得到有效保证,并能够在一定程度上改善出口带材的板形质量。     

基于自适应滑模的多螺旋桨浮空器容错控制

针对多螺旋桨浮空器执行机构易发生故障的容错控制问题,同时考虑系统所受到的未知外部扰动和螺旋桨输入幅值的饱和约束,提出一种自适应滑模容错控制方法。建立浮空器的四自由度运动模型,系统分析矢量螺旋桨的故障类型,分为输出力的大小故障和矢量转角故障,得到浮空器执行机构的故障模型。基于自适应和滑模控制理论,由跟踪目标与系统当前状态偏差设计积分滑模面。针对未知外部扰动和执行机构偏移故障,设计相应的自适应律进行处理;针对螺旋桨输入饱和约束,应用Sigmoid函数设计跟踪轨迹进行处理。由此设计一种自适应滑模容错控制策略,利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的全局渐近稳定性能。以上海交通大学的多螺旋桨浮空器为模型,仿真验证了故障容错控制方法的有效性和鲁棒性。      

板带轧机厚控系统非线性模型与故障模拟

为提高轧机液压压下厚度控制系统(H AGC)建模精度,考虑系统中伺服阀流量与阀口压力之间这一典型非线性关系,应用机理建模的方法建立了轧机液压压下系统的非线性动态仿真模型。研究结果表明：与线性模型相比该非线性模型更加贴近真实系统模型,可以更加准确、完善地反应各参数变化对系统输出的响应。利用该模型对各种典型故障进行模拟研究,可为系统的故障预测和诊断提供依据。实验研究证明了所建立的非线性模型的准确性和故障分析的合理性。     

轧机液压压下系统非线性振动诱因分析

 具有液压压下系统的轧机被广泛应用在板带生产过程中,为解决液压压下系统引起的轧机非线性振动问题,在闭环控制情况下分别研究了不同阻尼系数、泄漏系数以及控制器比例系数3种系统参数对压下系统垂振的影响。考虑压下缸非线性液压弹簧力建立了轧机液压压下系统垂振模型,通过振动位移时域图和位移-速度相图分析了不同系统参数与系统垂振的相关性。仿真结果表明,由于轧机液压压下系统采用传统PID控制器,液压系统本身阻尼系数、泄漏系数等具有慢时变特性,会使得原有PID控制可能出现功能失效情况,造成系统垂振的发生,该研究为后续设计控制器消除液压系统参数变动引起的垂振有一定的理论和工程实际意义。     

基于饱和系统理论的电力稳定控制器的抗饱和控制

非线性系统中,饱和问题的存在限制了控制器的性能发挥.在强干扰下,依据线性理论设计的控制器很易进入饱和状态.为此,采用增益矩阵反馈抗饱和理论,设计了考虑饱和非线性的稳定控制器.该方法用于电力系统稳定控制中,可使得包含系统的稳定域变增大,并提高稳定控制器抗干扰能力.仿真表明,在大扰动下,抗饱和控制器能有效地抑制超调,提高稳定能力.     

自抗扰控制器在同步电机调速系统中的应用

针对同步电机磁场定向控制系统受负载扰动、电机参数变化影响问题,将自抗扰控制器(ADRC)应用于调速系统中.为解决传统磁链观测器存在的直流偏置和依赖电机参数的问题,提出了基于ADRC的磁链观测器.仿真结果表明:ADRC对负载扰动和参数变化具有较强的鲁棒性,并且响应速度快、超调小,具有优良的稳态和动态性能;改进后的磁链观测器能有效抑制直流偏置和参数变化带来的影响,提高磁链的观测精度.      

基于嵌套饱和的输入约束浮空器非线性控制

提出用嵌套饱和函数描述的控制律形式，可以同时解决速率和幅值约束的控制问题.建立浮空器的三自由度模型，将除螺旋桨推力外的其他作用力作为扰动项，进而把该系统化为类积分链式系统；基于嵌套饱和控制理论，研究了类积分链式系统的控制输入幅值及速率约束与控制器饱和函数参数的关系；以浮空器为研究对象，进行纵向和横向通道解耦控制器设计，实现控制系统输入的幅值和速率有界.利用Lyapunov稳定性原理证明了系统的全局稳定性，分析了可调控制器参数对改善系统的动态性能的影响，在考虑风扰动的情况下，仿真验证了控制器的有效性和鲁棒性.      

基于无线传感器扭矩检测的轧机扭振前馈控制

 针对轧机轧辊反复正反转咬钢抛钢受到突然强有力的冲击时扭振现象极为严重的情况,研究采用扭矩无线传感器实时采回负载干扰值,解决了现有的扭振抑制方法中采用扭振预估器计算扭振时容易出现偏差的问题;利用前馈能在扰动发生时提前做出干扰补偿的原理,在大型轧机交交变频调速系统定子转矩电流与转速双闭环的基础上,在转矩控制器的输入端加入负载扭矩扰动补偿,提前控制定子电流转矩分量而达到控制扭振的目的,并用Simulink对上述过程进行仿真。结果表明：基于无线传感的扭振前馈抑制方式对扭振的控制效果非常明显,几乎可以彻底消除扭振,更贴近实际。     

一类不确定非线性系统的串级主动补偿控制

针对一类具有下三角结构的单输入单输出不确定非线性系统,研究其稳定控制问题.提出一种结构简单、收敛速度可控以及抗扰性能良好的基于Backstepping方法的串级主动补偿控制策略,实现了闭环系统的渐近稳定控制.为解决闭环系统中不确定非线性未知问题,设计一种新的观测器,使得这种观测器能够实时跟踪闭环系统的不确定非线性.通过引入奇异扰动性理论,给出了闭环系统稳定性分析.仿真实验结果验证了该控制方法的有效性.      

轧机主传动机电系统失稳模型研究与自抗扰控制

从轧机主传动控制系统的角度出发研究机电系统失稳模型和控制策略.在保证控制系统稳态和动态性能的前提下,对两惯性主传动机电系统模型进行简化,采用线性扩张状态观测器对系统内外总扰动进行观测,通过线性反馈和动态误差反馈方法,达到检测和控制机电系统失稳的目的.介绍了基于模型简化系统微分方程的闭环控制器设计方法,并以仿真和实验进行验证.研究结果表明,本文所提出的方法在解决由轧机机电系统负荷变化引起的机电失稳方面具有显著效果.     

轧机液压AGC伺服缸试验台测试缸控制系统研究

轧机液压AGC系统已成为高精度快速轧制的核心设备。系统中的关键元件轧制伺服油缸轧制力大、行程短、频率响应高、测试难度大,常常因无法预测故障或不能判断故障部位而被迫停产检修。根据大型轧机实际使用情况,参考国家和行业的相关液压试验标准,以轧机液压AGC伺服油缸为试验对象,北京科技大学与唐山学院共同开发设计了一套全新的最大轧制力为9 200t的大型轧机液压AGC伺服油缸试验台设备,主要完成油缸的动态和静态性能测试。试验台液压系统由加载系统和测试系统两部分构成。测试系统由加载油缸、测试油缸、三级伺服阀、压力传感器、位置…     

酒钢炉卷轧机液压APC系统建模与仿真研究

以酒钢炉卷轧机为对象,在分析了轧机液压AGC系统及其运行机理的基础上,以伺服阀的基本方程、液压缸连续性方程、液压缸和负载的力平衡方程为基础,建立了酒钢炉卷轧机位置控制(APC)系统的数学模型,并利用Matlab/Simulink系统仿真,通过试凑法对PID控制参数进行了整定和调节,为进一步研究炉卷轧机有一定的实用价值.     

酒钢炉卷轧机液压APC系统建模与仿真研究

以酒钢炉卷轧机为对象,在分析了轧机液压AGC系统及其运行机理的基础上,以伺服阀的基本方程、液压缸连续性方程、液压缸和负载的力平衡方程为基础,建立了酒钢炉卷轧机位置控制(APC)系统的数学模型,并利用M atlab/S imu link系统仿真,通过试凑法对PID控制参数进行了整定和调节,为进一步研究炉卷轧机有一定的实用价值。     

具有状态约束与输入饱和的全向移动机器人自适应跟踪控制

研究了全状态约束与输入饱和情况下的全向移动机器人轨迹跟踪控制问题.首先,针对一类三轮驱动的全向移动机器人,考虑系统存在模型参数不确定与外部扰动,建立了运动学与动力学模型;其次,利用障碍Lyapunov函数,结合反步设计方法,有效处理全向移动机器人跟踪过程中存在的状态约束,保证所有状态变量不会超出状态约束的限制区域;然后,针对系统参数不确定和未知有界扰动,设计相应的自适应律进行处理;同时,提出一种抗饱和补偿器保证机器人输入力矩满足饱和约束;并且利用Lyapunov理论分析证明了当选取合适的控制参数时闭环系统中的所有信号均能保证一致有界;最后,通过与未考虑状态约束和输入饱和的控制器以及经典比例-微分控制器进行仿真对比,验证了该方法的有效性和鲁棒性.