永磁同步电机无差拍电流控制电流稳态误差消除算法

电流环的响应速度决定永磁同步电机伺服系统的响应速度。无差拍电流控制可以使电流环具有良好的响应速度,但当电机参数与控制算法中电机参数不匹配时电流会产生稳态误差,无法输出期望转矩。针对该问题将离散积分加入无差拍电流控制算法中并且给出积分系数的取值范围,消除了因电机参数变化而引起的电流稳态误差,提高了电流跟踪精度。最后通过仿真与试验验证了所提算法的有效性和实用性。     

Microcontroller based digitally controlled ultrasonic motor drive system

Piezoelectric driven ultrasonic motors have been attracted as considerable actuators for the servo speed and position applications in recent years. These motors have important features and advantages to be preferred in the special movement applications. Ultrasonic motors have different operating principles and different drive and control systems than the electromagnetic motors. In this study, microcontroller based digitally controlled drive system has been proposed for a travelling-wave ultrasonic motor. Drive system includes power circuit, interface electronics circuits and microcontroller parts. Power circuit is combined from half-bridge serial-resonance inverter to provide highfrequency two-phase voltages. Interface circuits include gate drive, direction control, opto-coupler and filter circuits. Microcontroller is programmed to generate required digital control signals for overall control of the motor. Related to the reference speed, the microcontroller generates control signal resulting proper driving frequency. Consequently, the actual motor speed tracks the reference speed precisely. The speed feedback is taken from optical encoder and transmitted to the controller as digital speed and position signals. The developed drive system has been tested experimentally. The obtained results show the effectiveness and reliability of the proposed system. The microcontroller based drive system can be applied easily and successfully to the ultrasonic motor.     

基于DSP的磁悬浮控制力矩陀螺框架数字伺服系统

基于TMS320F2812的无刷直流力矩电机全数字伺服控制系统实现换相、电流环、速度环和位置环的数字控制算法调节,并应用了一种新型的PWM调制方式（PWM-ON-PWM）,有效地减小了由转矩脉动引起的速率波动。系统实现低速高精度稳速控制,与模拟系统相比,控制算法更加方便,大大降低了功耗。仿真和试验结果表明,系统能够很好地实现磁悬浮控制力矩陀螺框架的高精度控制。     

全数字化无刷直流电机伺服控制系统设计

转矩波动是影响无刷直流电机伺服控制精度的重要因素,限制了无刷直流电机在控制性能要求较高场合的应用。针对此问题,在传统位置环和速度环的基础上,引入数字化电流环,通过电流闭环控制稳定电磁转矩,从而减小转矩脉动的干扰以提高控制精度。通过对系统模型的分析,确定控制系统参数,实现了以高性能的数字信号处理器DSP28335为核心的电机伺服控制系统软硬件设计。实验结果表明,引入数字电流环后,系统的跟踪精度得到了明显的提高（近9倍）,且系统的动态响应性能也得到了较好的改善。     

高精确度伺服转台控制系统中的扰动力矩补偿

摩擦力矩和电机波动力矩是影响高精确度伺服转台控制系统位置跟踪精确度的主要因素。针对系统中摩擦力矩和电机波动力矩等扰动力矩补偿问题,提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。基于摩擦观测器提出一种PD前馈控制方法,对系统中的动态摩擦力矩进行了补偿,并利用Lyapunov稳定性理论对所提出的方法进行了系统稳定性分析。结合基于重复控制器的扰动观测器进一步提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。一方面,摩擦补偿方法可以对系统中的摩擦力矩进行补偿;另一方面,插入的重复控制器可以很好地抑制系统中的周期性波动力矩,而扰动观测器则用来补偿重复控制及摩擦补偿时给系统带来的不确定性。仿真结果证明了所提出的方法的有效性。     

基于自适应FIR算法的交流伺服系统前馈控制

永磁同步电机(PMSM)交流伺服控制系统中由于电子器件的开关引起相电流非正弦变化,经坐标变换得到的交直轴电流含有谐波成分,引起电流环振荡及电磁转矩脉动。在分析相电流与交直轴电流高次谐波关系,以及交直轴电流高次谐波对电磁转矩影响的基础上,提出了一种基于自适应FIR滤波器的交流伺服系统前馈控制策略,并在该方法的基础上提出了变步长因子算法,根据误差值改变步长因子,在提高滤波器收敛速度的同时减小超调。该算法与传统的一阶低通滤波器相比,相位不滞后,灵敏度更高,且系统稳定。改进后的控制策略有效地降低交直轴电流谐波,抑制电流环振荡及电磁转矩脉动,提高PMSM交流伺服控制系统稳定性及动态响应。通过仿真与试验证明了该方法的可行性。     

永磁同步伺服系统速度响应研究

本文从永磁同步伺服系统矢量控制的原理出发,针对实际伺服系统的具体工程对象,阐述了系统的构成与设计方法,研究了系统速度环、电流环动态性能改善的具体措施.通过加大PI调节器的比例积分系数、引入微分而构成PID调节、引入过调制技术来提高电流环动态跟踪性能,并抑制反电动势对电流环动态性能的影响.对速度环,通过分段改变调节器比例积分系数、在速度阶跃时设置最大启动制动力矩、在速度调节环中引入微分反馈等措施,来避免比例积分调节器固有的缺陷,抑制超调,充分利用电机潜力,提高系统速度响应性能.所做的设计在实际系统中得到实验验证,效果比较满意.     

基于迭代滑模和扰动观测器的永磁同步电机转速控制

为了提高永磁同步电机（PMSM）控制系统的转速跟踪精度和鲁棒性,抑制其周期性转矩脉动,提出了一种基于积分滑模控制和迭代学习方法的PMSM单环控制策略。控制器采用单环滑模控制策略替代了传统的转速-电流级联控制,简化了控制系统的结构,提高了系统动态响应,通过引入迭代学习控制有效抑制了因电流谐波而导致的转矩脉动,提高了转速稳态控制精度。此外,针对系统存在的外部负载扰动、模型和参数不确定性等,设计了双重扰动观测器估计系统扰动量,提高了系统的鲁棒性。最后,针对所提复合控制策略进行了试验验证。试验结果表明,所提出的控制方法具有良好的动态性能、抗干扰能力和稳态控制精度。     

Intelligent control of induction servo motor drive via wavelet neural network

This study presents an intelligent control system for an induction servo motor drive to track periodic commands using a wavelet neural network (WNN). With the field orientation mechanism, the dynamic behavior of the induction servo motor drive system is rather similar to a linear system. However, the uncertainties, such as mechanical parametric variation, external disturbance, unstructured uncertainty due to nonideal field orientation in transient state, and unmodelled dynamics in practical applications influence the control performance. Therefore, an intelligent control system that is an on-line trained WNN controller with adaptive learning rates is proposed to control the rotor position of the induction servo motor drive. The adaptive learning rates are derived in the sense of discrete-type Lyapunov stability theorem, so that the convergence of the tracking error can be guaranteed in the closed-loop system. In the whole design process, the strict constrained conditions and prior knowledge of the controlled plant are not necessary according to the powerful learning ability of the intelligent control system. With the proposed intelligent control system, the controlled induction servo motor drive possesses the advantages of good tracking control performance and robustness to uncertainties under wide operating ranges. The effectiveness of the proposed control scheme is verified by both simulated and experimental results.     

基于神经网络给定补偿的交流永磁直线伺服系统滑模控制

针对直接驱动的永磁直线同步电动机 (PMLSM )伺服系统 ,应用滑模变结构控制理论设计了一种具有强鲁棒性的速度控制器。为使系统具有自学习能力 ,削弱滑模控制所引起的“抖振” ,采用基于神经网络前馈给定补偿的滑模控制策略。仿真结果表明 ,该方案有效地克服了永磁直线同步电机特有的端部效应所产生的推力波动对系统的影响 ,对参数变化及阻力扰动具有很强的鲁棒性 ,而且提高了系统的稳态性能     

超声波电动机位置伺服系统的模糊终端滑模控制

针对超声波电动机的位置伺服系统,介绍了一种新的模糊滑模控制方案,终端滑模能在有限时间内到达平衡点,采用模糊控制来消除抖振,并提高了系统的跟踪精度。实验和仿真证明了所提出的方法的有效性。     

抑制PMSM周期性转矩脉动的迭代学习方法

为了抑制永磁同步电机高性能伺服应用中的低速转矩脉动,在探讨转矩脉动传统抑制方法的基础上,分析并指出主要成分的周期特性,提出永磁同步电机恒压频比控制中通过迭代学习控制抑制周期性转矩脉动的方法,通过在线学习补偿电机控制电压来抑制转矩脉动,设计了控制器并作了收敛性分析.仿真结果表明:迭代学习快速收敛,可有效减小转矩脉动,转矩...     

基于教与学算法的SRM转矩分配函数优化及控制研究

针对开关磁阻电机(SRM)换相阶段转矩脉动严重问题,提出基于教与学算法的转矩分配函数优化策略。以开通角、关断角、换相重叠角为寻优对象,输出转矩跟随参考转矩能力为评价指标,结合转矩分配函数与直接瞬时转矩控制,构成转矩闭环。为提升系统动态性能,转速环采用分数阶滑模控制方法,将其输出作为转矩环参考转矩。仿真实验结果表明,经教与学算法优化后,转矩可在相绕组换相阶段平滑过渡,且输出转矩脉动得到明显抑制;分数阶滑模较PI控制而言,系统转速迅速进入稳态,且上升过程无超调,有利于提升系统动态特性。     

永磁伺服电机复合模型预测控制

永磁电机效率和功率密度高、力矩和惯量比大,是工业伺服领域的主流电机。伺服控制技术是充分发挥永磁电机优势、提升伺服系统运行性能的关键。目前,永磁伺服系统多采用多环级联的比例 积分（PI）控制器,但由于积分器的滞后效应,PI动态响应速度较慢,抗干扰能力较差,难以满足机械臂、精密加工等高性能伺服控制的动、静态性能要求。因此,提出一种广义模型预测控制与有限集模型预测控制相结合的复合模型预测控制策略。此外,还提出一种广义模型预测控制的低运算量实现方法及一种机械参数估计方法。试验结果表明,所提复合模型预测控制可提高永磁伺服电机的动态响应速度和抗负载扰动能力。     

直驱电动机测试平台中可控负载系统实验研究

介绍了直线电动机测试平台中负载系统的整体控制方案,并对抑制负载电机的推力波动和电机驱动中逆变器的死区补偿问题做探讨,得到SVPWM算法中的死区补偿脉宽,应用于电流环的控制中.经过实际运行,证明方案和控制策略具备高精度、易控制等特点,能满足直驱电动机测试的要求.     

永磁直线同步电动机矢量控制位置伺服系统

针对永磁直线同步电动机位置伺服系统,提出磁场定向矢量控制下的三环直线伺服控制结构,实现参考位置信号的跟踪控制。详细分析了位置调节器、速度调节器、电流调节器、坐标变换器及电压空间矢量脉宽调制器的结构及数学模型。完成直线伺服系统控制电路、功率驱动主电路、检测电路、人机界面、辅助电源电路的硬件设计及相关软件设计。实验结果表明,该直线伺服系统具有良好的位置跟踪性能。     

基于单神经元自适应PID控制的高压断路器永磁直线伺服电机操动机构的研究

高压断路器永磁直线伺服电机操动机构采用直线电机驱动断路器操作杆,带动机构运动,实现分合闸操作,具有良好的快速响应能力及控制性能.该伺服系统采用数字式双闭环控制,内环为电流环,采用PI控制,外环为速度环,采用单神经元自适应PID控制,通过建立直线伺服电机操动机构控制系统仿真模型,详细分析了单神经元自适应PID控制算法以及数学模型,并建立了以输出误差二次方为性能指标的单神经元自适应PID控制器模型.并分别用传统PID与单神经元PID控制算法,对高压断路器触头运动特性控制过程进行了仿真.结果表明,单神经元自适应PID控制器能够较好的实现触头速度的跟踪控制,使其按理想运动特性曲线运动,实现最优操作,该算法是一种较理想、有效的控制方法.     

永磁交流伺服系统速度控制器优化设计方法

针对永磁同步电机数字控制系统中,电机转速动态过程中出现的由于通常采用PI控制器串联校正来设计速度环而导致的超调和振荡问题,提出了一种速度控制器优化设计方法.在分析了永磁交流伺服系统速度环数学模型的基础上,调整了速度控制器中比例增益的作用位置,构成IP控制器局部反馈校正来设计速度环.根据稳定性和跟随性要求,选取转速偏差指标函数,优化控制器参数设计,同时在控制器设计中增加了anti - windup策略.所设计的控制器,可以获得电机转速的无超调、无振荡快速响应,并具有较强的抗扰动能力.仿真和实验结果验证了设计方法的有效性和可行性.     

基于滑模观测器估计误差反馈的永磁同步电机转速控制策略

针对高精度伺服调速系统的永磁同步电机(PMSM)响应速度慢、转速跟踪性能差和转矩脉动大等问题,提出一种基于滑模观测器(SMO)估计误差反馈的永磁同步电机转速控制策略。首先,在永磁同步电机矢量控制基础上设计以滑模观测器转速估计误差实时分配转速PI控制和滑模控制(SMC)的复合控制策略; 其次,利用滑模观测器转速、转角估计误差设计转角速度补偿调节器对转速实时补偿,由此进行误差的转速补偿控制。最后,结果表明基于滑模观测器估计误差反馈的永磁同步电机转速控制策略相较于PI控制和滑模控制具有较小的超调量、良好的平稳性和较强的抗扰能力等优点     

直线伺服推力纹波扰动补偿及自适应振动抑制

针对高速运动的直线伺服系统同时存在的扰动与共振问题,建立两个回路分别进行扰动补偿与共振抑制。通过实验方法建立包含推力纹波扰动的直线伺服系统模型结构,采用最小二乘法进行模型参数的迭代辨识,并通过前馈进行扰动补偿;针对直线伺服系统模型结构中存在的共振现象,通过辨识主导振动频率,采用自适应FIR陷波滤波器抑制主导共振频率所带来的影响。在直线伺服运动控制平台上进行的算法验证实验表明:所建立的两个回路能有效补偿推力纹波扰动与抑制共振,提高直线伺服系统的在高速运行过程中的位置跟踪精确度的作用,满足高速、高精确度轨迹控制要求。