双三相永磁同步电机位置伺服前馈反馈复合控制

传统伺服系统的位置控制器只采用纯比例控制,不能兼顾系统的响应速度和稳定裕度,且对斜坡等输入信号不能实现无差跟踪。通过分析位置伺服系统的传递函数,设计了一种新型前馈反馈复合控制器。该复合控制器重构了系统的误差传递函数,使系统能够准确跟踪给定信号,提高了伺服系统的跟踪性能和稳定性。为了进一步提升电流环动态性能,在电流环添加反电动势前馈势补偿,用于减小反电动势对电流响应的影响。仿真和试验表明,该控制方法提高了位置伺服系统的动态性能和跟踪精度,验证了前馈反馈复合控制的有效性。     

PMSM伺服系统位置环的PI-模糊混合控制器研究

介绍了永磁同步电机(PMSM)的数学建模,以其作为被控对象的交流伺服系统的基本原理。针对传统PI控制器无法兼顾动态响应和稳态误差的缺陷,在三闭环PMSM伺服系统的位置环设计一种将传统PI算法与模糊算法相结合的多模态混合控制器,该控制器通过对位置误差及其变化率进行判断,选择合理的控制策略。使用Simulink进行仿真,结果表明该型混合控制器与PI控制器相比,在保证稳态精度的同时极大减少了系统调节时间,且不存在超调,特别适用于对响应快速性要求较高的伺服系统。     

改进LuGre模型的挖掘机器人摩擦补偿控制

非线性摩擦会降低挖掘机器人电液伺服系统的动静态性能,引起轨迹爬行、平峰和稳态误差等现象。经典LuGre摩擦模型仅与速度有关,内部鬃毛状态变量无法准确测量,无法全面描述复杂的挖掘机器人电液伺服系统摩擦特性。本文综合考虑电液伺服系统位置、速度和方向等信息,设计了一种改进的LuGre摩擦模型,同时引入速度阈值解决了弹性鬃毛平均变形状态观测器不稳定问题。其次,为了解决传统优化算法陷入局部最优解、收敛速度慢等问题,通过引入惯性权重、异步变化和精英突变操作改进基本粒子群优化算法,以精准快速辨识出改进LuGre摩擦模型中的6个未知参数。最后,结合辨识出的摩擦模型,基于结构不变性原理设计前馈摩擦补偿控制器,并在23吨挖掘机器人进行了正弦和三角波不同工况下的轨迹跟踪实验。实验结果表明,传统的比例积分微分控制器跟踪误差最大,三角轨迹最大跟踪误差达到了29.68 mm,基于改进LuGre模型设计的前馈摩擦补偿控制器仅为9.70 mm,误差减小了67.31%,基于改进LuGre模型设计的前馈摩擦补偿控制器可以有效提升挖掘机器人的轨迹跟踪精度。     

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DSP的永磁同步电机伺服控制系统设计

目前,在数控机床、自动化生产线、工业机器人等小功率应用场合,以永磁同步电机(PMSM)为控制对象的全数字交流伺服系统正逐步取代直流伺服系统。介绍了PMSM的数学模型和磁场定向控制原理,并以TMS320F2808型DSP为核心,结合伺服控制特点,设计了一套功能完善、实时性好的PMSM交流伺服系统。实验结果表明电流环响应迅速、速度和位置闭环控制无稳态误差,证明所设计的硬件系统工作可靠,控制速度快。     

基于最大相位裕度的位置伺服系统设计

针对具有延迟环节的位置伺服系统,提出了在一定中频区宽度下使系统具备最大相位裕度的设计方法,通过使开环相频特性对角频率的导数为零原则,确定了开环幅频特性的截止频率,得出了相位裕度、截止频率与中频区宽度的关系,给出位置控制器参数设计的新方法,可使所设计的系统动态性能在期望的范围内,提高系统对开环增益变化的鲁棒性。此外,为了保证伺服系统跟踪准确度,实现了带有延迟环节伺服系统的前馈补偿,通过构建位置信号的微分观测器,实现高信噪比的数字前馈补偿。最后,以研制的永磁同步电动机(PMSM)位置伺服系统作为实验平台,仿真和实验结果表明该方法的有效性,该方法原则上也适用于工业过程控制。     

一种优化的PID算法在伺服跟踪系统中应用

伺服位置跟踪作为衡量伺服控制系统性能的重要指标,在伺服控制系统起着举足轻重的作用。但是由于常规PID算法与经典3环结构位置随动系统不能满足伺服系统快速性和准确性的要求,为此在PID的基础上,提出速度前馈加速度前馈PID算法,通过引入前馈控制加快系统响应速度,弥补系统的相位滞后。同时为了提高位置随动的快速性,摒弃速度环和电流环而只采用位置反馈的单环结构。为了验证系统的正确性,利用STM32F103RCT6作为主控芯片进行了正弦信号与不规则曲线的动态跟踪实验,结果表明伺服系统采用速度前馈加速度前馈PID算法可以很好地改善系统的动态响应特性,能够满足动态跟踪的性能要求。     

基于相位裕度的永磁同步电机位置伺服系统研究

提出了永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统的相位裕度设计方法,通过在开环截止频率处相位对角频率的导数为零方法,得出了中频区宽度与相位裕度的关系,给出位置控制器参数设计的新方法,在一定中频区宽度下系统具有最大相位裕度,提高系统对开环增益变化的鲁棒性。此外,为了提高伺服系统跟踪精度,按伺服模型构建位置信号的微分观测器,实现了平滑的数字前馈补偿,并针对大误差时的饱和非线性特性,采用"根号"控制策略,提高大角度协调的动态性能。仿真和实验验证了该位置控制算法的有效性。     

高性能伺服控制器算法的研究

为了提高伺服系统的动态性能,在位置环控制器加入前馈控制,并结合PID控制的基本原理设计了一种新型变参数PID调节器,通过matlab仿真与初步的实物平台实验,实验结果表明:设计的前馈控制与变参数PID调节器明显地减少了系统的位置跟随误差,改善了系统性能。     

PMSM位置伺服系统的鲁棒复合非线性控制

为实现永磁同步电机伺服系统的快速与准确位置控制,提出一种鲁棒复合非线性控制方案。控制方案中包含线性反馈、非线性反馈和扰动补偿3部分,其中线性反馈可实现快速响应,非线性反馈用于抑制超调,而扰动补偿机制则采用线性扩展状态观测器对系统不确定性和未知扰动加以估计和补偿,以消除系统稳态误差。针对PMSM位置伺服系统模型,设计了一个参数化控制器,并从理论上分析了闭环稳定性。基于TMS320F2812进行了实验测试,结果表明控制系统可以实现快速、平稳和准确的定点位置控制。这种控制方案可方便地应用于相关的伺服系统。     

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。     

高速高精度直流伺服运动控制器的设计

为满足数控伺服系统高速高精度的加工要求,提高数控雕刻机的性价比,提出了一种以TMS320C2812为控制核心、以L6203为功率驱动模块,以永磁直流伺服电机为控制对象的二维直流伺服实时运动控制系统.控制器采用先进的四模块结构,即摩擦补偿模块、速度环干扰观测器模块、位移环反馈控制模块和采用零相位误差跟踪控制技术的前馈控制器模块,有效提高了系统的跟踪精度和加工速度.实验结果证明该系统运行稳定、跟踪精度高、加工速度快,有望在数控加工行业中得到广泛应用.     

基于转子磁场定向控制的PMSM伺服系统建模仿真

在分析永磁同步电动机（PMSM）数学模型的基础上，建立了的转子磁场定向矢量控制的PMSM伺服系统模型。系统采用位置、转速和电流三闭环控制，其中位置环和速度环采用经典的PI控制，电流环采用转子磁场定向矢量控制，以实现瞬时的转矩调节。仿真模拟了PMSM的恒转矩起动、恒功率运行以及负转矩制动的全过程，实现了位置伺服的精确控制。     

基于ASAPSO的火炮随动系统模糊控制策略

针对传统PID控制器因参数无法随负载变化而实时改变,导致火炮随动系统控制效果不佳的问题,设计了以空间矢量控制为理论基础的三闭环随动控制系统。该随动控制系统采用永磁同步电机(PMSM)作为执行电机,并在系统位置环上加入了经自适应模拟退火粒子群优化算法(ASAPSO)优化参数后的模糊控制器。通过搭建系统仿真模型,将这2种控制器分别运用在该随动控制系统的位置环上,对比了2种控制器的位置响应、抗转矩扰动能力和目标跟踪能力。结果发现,模糊控制器的参数经ASAPSO优化后,系统的静态特性和动态特性比传统PID控制器更好,能够有效克服转矩扰动等非线性因素的影响,系统具有较好的目标跟踪性能。     

电控自动离合器接合位置精确跟踪控制

自动离合器中接合规律的制定和精确的位置跟踪是其两个控制难点。针对离合器位置跟踪问题,提出了一种具有前馈作用的专家PID控制算法,设计了专家调整策略。控制器根据专家经验自动调节控制参数,在不采用速度环的情况下实现目标位置的跟踪。离合器接合实验表明,与常规控制器相比,专家PID控制动、静态误差小,能够适应离合器负荷和目标接合速度的非线性变化,具有较好的鲁棒性,能够满足离合器位置跟踪控制要求。     

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。     

大惯量天线伺服跟踪复合控制技术

理论分析了速度、加速度前馈控制对位置伺服跟踪系统动态性能的影响。结合某型雷达伺服系统的设计,给出了伺服系统速度环和位置环仿真设计,并对传统控制和复合控制从仿真和工程试验进行了对比。对比结果表明复合控制可以显著提高伺服系统的动态性能和跟踪精度。     

直线伺服电机的控制

对直线伺服电机进行高速度、高精度、无过冲、无振荡控制。直线伺服电机的速度环由驱动器用PP算法闭合 ,位置环由运动控制器用带速度前馈的PID算法闭合。     

基于FPGA和DSP的高性能伺服控制器设计

针对高性能伺服控制器对复杂的控制算法以及较小延时的需求,研究了一种基于FPGA和DSP的高性能伺服控制器设计方法。FPGA完成电流环、坐标变换、空间脉宽矢量调制、电流位置读取,DSP则负责速度环、位置环和上位机通信,使系统既能实现复杂的控制算法,又能将延时控制到最小,从而保证控制器的最佳性能。此外,详细介绍了两者之间的通信方式以及三环控制器设计。试验数据结果表明,伺服控制器速度环带宽能达到100 Hz,额定转速下稳速精度在1 r/min以内,定位精度能达到0.02°,证实了该控制器结构的实效性。