基于光电码盘的磁悬浮反作用飞轮无刷直流电机高精度稳速控制及实验研究

针对磁悬浮反作用飞轮高精度控制的要求及其低速控制困难的问题,将光电码盘测速方法应用于磁悬浮反作用飞轮电机控制系统,并根据磁悬浮反作用飞轮光电码盘输出信号的特点,提出了一种基于光电码盘的以TMS320F2812为主控核心的磁悬浮飞轮无刷直流电机高精度控制方案.控制方案软件可靠、硬件实现简单.经实验验证:基于光电码盘的磁悬浮反作用飞轮无刷直流电机控制系统在飞轮低速时具有很高的测速与稳定精度,当飞轮转速提高时其精度也随之提高,解决了磁悬浮反作用飞轮低速高精度控制问题.     

基于扩张状态观测器的永磁无刷直流电机滑模变结构控制

根据无刷直流电机的数学模型和滑模变结构控制的特点,把换相引起的相电流变化当作外界对电机的干扰,建立了一个模型。根据此模型,构造了滑模变结构控制器,运用其对各种扰动不敏感的特性来抑制各种干扰对电机的影响。扩张状态观测器是一种性能良好的观测器,它不仅能得到不确定对象的状态,还能获得对象模型中内扰和外扰的实时控制量。电机的负载转矩用扩张状态观测器来准确估计,所以把它当作一个已知扰动来控制,这样提高了系统的控制精度。MATLAB仿真表明,与经典PID控制器相比,用滑模变结构控制器控制无刷直流电机,超调量小,速度响应快,且速度响应受电机参数变化影响小,各种外界干扰也得到了很好的抑制。用TMS320LF2407ADSP来搭建硬件电路,证明本控制器在实时控制中取得了很好的实验性能。     

电磁悬浮系统的改进滑模控制方法

针对电磁悬浮系统存在的非线性、模型不准确性以及复杂运行工况对控制精度的影响,提出一种改进滑模变结构控制策略。通过对电磁悬浮系统进行建模分析设计,基于滑模变结构控制方法的位置外环控制器以及基于PI调节器的电流内环控制器,设计一种分段式变速趋近律,减小悬浮气隙跟踪误差和控制系统抖振,并引入速度状态量来降低控制系统在滑动模态初期过大的趋近速度。仿真和硬件实验结果表明,在采用改进滑模变结构控制策略后,系统的调节时间比传统滑模控制减少了60%,超调量减少了77%,具有更小的稳态误差和抖振,同等干扰情况下具有更强的抗扰动能力。本方法不仅能够有效提高电磁悬浮系统的控制性能,对于其他非线性控制系统也具有较好的参考价值。     

SRM积分滑模变结构与神经网络补偿控制

针对开关磁阻电机非线性动态特性不易控制的缺点,提出了一种积分型滑模变结构与神经网络补偿相结合的复合控制策略.应用一个具有积分型式的滑模切换面的变结构控制器,使用积分补偿技巧降低系统的振动与稳态误差.为减小滑模面的抖动,引入神经网络补偿控制环节.建立滑模变结构控制的数学模型,并给出神经网络补偿滑模面抖动的控制律表达式.利...     

一种新型的感应电机模糊滑模转矩控制器

提出了一种新的感应电机模糊滑模转矩控制方法.该方法采用联合滑模观测和滑模控制的思想进行鲁棒方案的设计,变结构滑模控制提高了感应电机驱动器的鲁棒性,而模糊逻辑降低了转矩、定子电流、转子磁链的纹波波动,提高了驱动系统的稳态性能.计算机仿真结果表明,该控制方案拥有非常良好的动态特性、高精度的转矩跟踪能力、较强的鲁棒性和很好的抗外部负载扰动的能力.     

基于自抗扰控制的永磁同步电动机滑模控制调速系统

为提高永磁同步电动机调速系统的鲁棒性,采用自抗扰控制和滑模变结构控制策略,提出了一种新颖的永磁同步电动机双闭环调速系统.外环速度调节由带扩张状态观测器(ES0)的滑模控制器生成期望的q轴电流,内环电流调节由自抗扰控制器生成d-q旋转坐标系下的两个电压分量ud和uq,削弱了抖动现象,增强了抗扰能力.仿真试验结果表明,系统的速度响应较快,稳态误差小,无超调,能有效地抑制参数变化和负载扰动带来的影响,提高了控制系统动态性能和鲁棒性.     

双馈风力发电系统负载并网滑模控制

实际运行中电机参数的变化及电网电压波动等外部扰动的出现,会严重影响系统并网性能。为了实现双馈风力发电机平滑接入电网,将滑模变结构控制与矢量控制相结合,提出了一种负载并网控制策略。仿真和实验结果表明:在负载并网滑模控制下,双馈风力发电机并网时冲击电流较小,控制策略是可行的;与传统PI控制相比,本控制策略稳态误差近似为零,能有效抑制电机参数扰动及外部扰动对双馈风力发电系统的影响,具有较强的鲁棒性。     

基于扩展扰动观测器的PMSM终端滑模控制

针对传统滑模变结构控制下永磁同步电机(PMSM)驱动系统收敛速度慢和抖振现象,提出一种基于扩展滑模扰动观测器(ESMDO)的转速环改进非奇异快速终端滑模(INFTSM)控制方法。首先,设计了提高滑模趋近速度的新型趋近律,提出了INFTSM控制方法。同时利用ESMDO估计系统未知扰动并对控制器加以补偿。实验结果表明,电机启动时能够快速到达指定转速且无超调,在突加负载时也能够快速响应,恢复时间短。与PI控制、传统滑模控制(SMC)以及非奇异快速终端滑模(NFTSM)控制相比,该方法不仅削弱了抖振、提高了响应速度、减小了系统稳态误差,还具有稳态跟踪精度高的优点。     

三相电压型PWM整流器滑模控制算法研究

三相电压型PWM整流器通常采用传统的线性双闭环控制器结构,由于PI控制的滞后性,双闭环PI控制难以保证系统在扰动下具有良好的动态性能。考虑三相电压型PWM整流器的非线性特征,利用滑模变结构对外部干扰和系统参数变化的强鲁棒性,设计了一种采用滑模变结构非线性控制算法。在Matlab/Simulink中搭建了PWM整流器控制系统仿真模型。滑模变结构控制算法与双闭环PI控制算法调节性能的对比表明,滑模变结构控制算法具有更好的动稳态性能。     

矩阵变换器-永磁同步电机驱动系统滑模变结构控制

为了抑制电网电压不平衡的影响,在矩阵变换器-永磁同步电机(MC-PMSM)驱动系统电流控制器设计中引入滑模变结构控制(SMC)策略,取代传统的比例-积分(PI)控制器。分析了电网电压不平衡对矩阵变换器(MC)输出电压的影响,并针对这种扰动和电机参数摄动,建立了永磁同步电机的解耦数学模型(扰动模型);在此基础上,选取积分滑模面和指数趋近律,设计滑模变结构电流控制器。实验结果表明,本文提出的滑模变结构控制策略有效地抑制了电网电压扰动情况下电机电流的波动,效果优于传统控制策略,且控制器参数调节简单,易于实现,具有较强的全局鲁棒性。     

变论域模糊PID控制在交流发电系统中的应用

在三级式交流发电系统中一般使用传统PID控制器进行调压控制,但是在某些工况下该控制策略难以满足复杂系统的高精度、快响应要求。通过在传统PID控制器的基础上,分析了其不足之处,引入了模糊PID控制策略。同时,针对模糊PID在系统的动态调节过程中论域过小的问题,提出了一种基于变论域模糊控制理论的PID控制器,并与传统双环PID控制和普通的模糊PID控制在MATLAB/Simulink软件中进行对比仿真,验证了该控制策略具有更好的稳态调节精度和动态调节性能,与传统双环PID控制器相比,稳态误差从0.5%优化到0.3%,动态调节时间从0.4 s缩短至0.2 s。     

无刷直流电动机的动态边界层鲁棒控制

非线性鲁棒控制技术适用于像无刷直流电动机这样的快速运动对象的控制,在提高控制精度的同时,会引发系统颤振.设计了一种具有动态边界层的非线性鲁棒控制器,分析了闭环系统的控制性能.在控制器作用下,被控系统可以较好地跟踪速度参考输入信号.不仅速度跟踪误差最终能够收敛到边界层内,而且在消除颤振现象的同时,通过减小边界层宽度提高控制精度.仿真结果验证了所提出的控制方法的有效性.     

基于模型预测控制的微电网逆变器控制方法研究

针对微电网内负荷随机性大和网内分布式电源对负荷变化敏感度高的问题,利用模型预测控制中的动态矩阵预估控制对适用于微电网这一特点的专用逆变器输出控制器进行改进。对传统分布式发电系统的并网逆变器内部控制结构在保留传统功率控制器的基础上,利用基于模型控制的动态矩阵预估控制方法设计了模型预测控制器来替代传统控制结构中交流侧的电压环、电流环输出控制器和直流侧电压控制器。仿真实验验证了该逆变器控制方法提高了逆变器控制器的动态响应速度,改善了传统控制器的超调、振荡、稳态误差等问题,逆变器内部控制系统的动态性能得到提升。     

基于高精度模糊控制器的双凸极永磁电机调速系统研究

将高精度模糊控制器的控制方法应用于双凸极电机（DSPM）的调速系统中,与基本模糊控制器相比较,这种方法可以减小调速系统的稳态误差并提高动态响应速度。仿真结果表明,这种控制系统的动态响应速度快、超调量小、稳态误差小、抗干扰能力强。这种方法相当于在基本模糊控制器的基础上引进了一个PI控制器,改善了调速系统的动态性能和稳态性能。     

The Sliding-Mode Control Based on a Novel Reaching Technique for Permanent Magnet Synchronous Motors

Abstract

In order to improve the robustness, disturbance rejection and dynamic response performance of permanent magnet synchronous motor (PMSM) speed servo system, a novel sliding mode control (NSMC) strategy is adopted to replace the traditional proportion integral (PI) regulator in the design of speed controller. The mathematical model of PMSM is analyzed and a sliding mode controller based on a novel reaching technique is proposed. The integral of speed error is introduced into sliding mode surface to avoid the requirements of acceleration signal and reduced the steady-state error of the system. Meanwhile, a variable speed reaching method is imported to make the approaching speed correlate with the change of system state |s|, so as to improve the dynamic quality. In addition, the sigmoid function is used to replace the sign function in the conventional SMC, which further reduces chattering phenomena. Simulation and experimental results show that the proposed NSMC method based on the new reaching technique can realize precise speed control. Compared with the conventional PI and SMC control, this method not only achieves a fastest and best response speed, but also has a strongest robustness of resisting the external disturbance.     

基于滑模变结构的异步电机矢量控制及DSP实现

扰动或负载的加入对异步电机矢量控制系统会产生影响,使系统性能变差.提出了一种新的方法,介绍了基于滑模变结构的异步电机矢量控制,对滑模变结构电流控制器进行了设计并选取合适的控制参数.实验与仿真结果表明,滑模变结构控制(Sliding Mode Variable Structure Control,简称SMVSC)的异步电机矢量控制系统动静态特性良好,具有较强的鲁棒性能.     

永磁无刷直流电机直接转矩控制

永磁无刷直流电机以其效率高、噪音低、易维护等优点在工业控制的各个领域得到了越来越广泛的应用。但是,永磁无刷直流电机存在较大的转矩波动,这就限制了它在高精度系统中的应用。直接转矩控制具有瞬时转矩控制的特点。它直接在定子坐标系下观测电机的磁链、转矩,并将此观测值和给定值进行比较,差值经滞环控制器得到相应的控制信号,再综合当前的磁链状态来选择相应的电压空间矢量,实现对电机转矩的直接控制。该文尝试将直接转矩控制方法用于永磁无刷直流电机的控制,以期达到抑制转矩波动的目的。仿真及实验结果表明,该文提出的方法能够较好地抑制永磁无刷直流电机的转矩波动,并且具有很高的动态响应速度。     

基于模型预测控制的永磁同步电机参数辨识

为了达到永磁同步电机系统的动态响应快、稳态误差小、控制精度高的要求,采用模型预测控制设计转速控制器和电流控制器分别代替传统矢量控制系统的转速PI控制器和电流PI控制器,又因预测控制器较依赖于电机模型参数,易在电机运行过程产生参数失配现象,提出模型参考自适应方法对基于模型预测控制的永磁同步电机进行在线多参数辨识,以保证电机控制系统的性能要求,为了解决多参数辨识存在的欠秩问题,采用模型参考自适应分步辨识策略,以准确辨识电机模型参数,并在MATLAB/Simulink上仿真验证了所描述方法的有效性和可行性。     

基于滑模变结构控制的级联式双向DC/DC变换器

目前,级联式双向直流变换器的工作性能受到传统的线性控制方法制约。滑模变结构控制具有动态响应快、鲁棒性强等优良特性,是解决这一问题的突破口。根据系统升降压变换的工作原理建立相应的数学模型,设计了升压变换时的滑模电流控制器和降压变换时的滑模电压控制器。仿真结果表明,滑模控制器的动态性能和鲁棒性均强于传统的线性控制器。采用滑模变结构控制的控制策略具有可行性,并对提高变换器的工作性能提供了一定的借鉴作用。     

基于变结构理论的感应电动机模糊线性调速系统

运用变结构控制理论分析和设计感应电动机磁场定向变频调速系统的模糊速度控制器 ,并在此基础上提出了在模糊控制器的输出增加开关线的前馈项构成模糊线性复合控制的方法。理论分析和实验结果均表明 ,这种复合控制方法 ,不仅保持了模糊控制器原有的鲁棒性 ,而且提高了响应的稳态精度 ,改善了系统响应的快速性。