二自由度PID在PMSM电流环中的应用

针对电流环频域数学模型,设计了一种二自由度控制器并给出了参数整定方法。基于期望的系统阻尼比和阶跃响应的上升时间,结合极点配置理论计算得到二自由度控制器参数。仿真和实验结果表明,相较于传统PI控制,采用二自由度控制的永磁同步电机(PMSM)调速系统有效地解决了常规PI控制难以兼顾电流环的跟踪性能与抗扰性能的缺陷。     

基于改进自抗扰的永磁同步电机矢量控制系统研究

为了解决永磁同步电机矢量控制系统中转速外环PI控制器易受扰动干扰、鲁棒性不强、动态响应速度慢的问题，提出一种将一阶线性自抗扰与模糊控制相结合，对系统的转速外环进行参数整定的方法。对于一阶线性自抗扰控制器中误差状态反馈的补偿系数，引入模糊控制对其在线整定。分别对改进自抗扰、传统工程经验整定PI的电机调速性能进行仿真比较。结果表明，提出的控制方法具有减小超调量和增强鲁棒性的优势，证明了改进方法的优越性。     

PMSM自抗扰控制算法研究

介绍了自抗扰控制算法在永磁同步电机调速系统中的应用,针对一阶自抗扰控制算法在永磁同步电机调速系统中存在的问题,提出了模型补偿自抗扰控制方案。相比一阶自抗扰控制算法,所采用的模型补偿自抗扰算法具有更好的抗扰动性能。     

基于线性自抗扰的永磁同步电机速度控制研究

针对传统永磁同步电机速度控制采用双闭环比例积分控制算法,存在参数适应性差、抗干扰能力不足等问题,设计了一种基于线性自抗扰的永磁同步电机速度控制策略.采用这一控制策略,内环控制器和外环控制器均采用一阶线性自抗扰控制.仿真结果表明,基于线性自抗扰的永磁同步电机速度控制只需要整定带宽参数,与传统比例积分控制相比,具有转速抗干扰能力强、控制鲁棒性强的优点.     

基于交流伺服系统自抗扰控制器的应用研究

在交流伺服系统当中,采用自抗扰控制技术是近年来提出的一种非线性鲁棒控制技术。而所用的电机大多是永磁同步电机,本文在充分研究永磁同步电机数学模型和自抗扰控制器的基础上,将自抗扰控制技术应用于永磁同步电机调速系统的交流伺服系统当中。通过各种仿真试验,并和常规PI控制进行比较,得出采用自抗扰控制确实要比比常规的PI控制有着更好的动态和稳态性能指标,特别是在鲁棒性和抗干扰性上更优于常规的PI控制。     

变转速泵控马达自抗扰控制

变转速泵控系统具有动力学阶数高、强非线性、参数时变等控制难点。建立了交流永磁同步电机驱动的变转速泵控马达系统的完整数学模型。在模型简化的基础上，引入串级系统的思想设计自抗扰控制器。通过PID控制和自抗扰控制的对比仿真研究，验证了自抗扰控制器的控制性能。仿真结果表明，自抗扰控制器能较好克服系统阶数降低的影响，不但在基本恒定负载下响应快、跟踪精度高，而且在突变力矩干扰下时，展现出较好抗干扰能力。     

音圈致动快速反射镜的降阶自抗扰控制

为改善航空光电载荷用音圈致动快速反射镜的控制性能,提出一种降阶自抗扰控制方法。首先,对快速反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)模型进行了分析并获取了模型参数。根据自抗扰控制理论,设计了FSM的三阶通用自抗扰控制器。将电涡流传感器的测量结果视为已知,提出降阶扩张状态观测器及其对应的自抗扰控制器设计方法。根据控制器带宽设计思想,推导了对于FSM这类二阶欠阻尼对象的控制律,并给出了加入扰动补偿量的控制律的具体实现形式。实验结果表明,降阶自抗扰控制能明显改善FSM的位置阶跃响应动态性能,能实现无超调与振荡的阶跃响应,稳态时间由11.7 ms提升至9.2 ms,同时能够降低FSM对位置斜坡输入跟踪的稳态误差,并改善其速度响应动态过程,像移补偿稳速时间由10.2 ms提升至7.8 ms,提升约24%。降阶自抗扰控制具有实现简单、运算量小的特点,能够明显提升FSM的动态性能。     

基于扰动观测器的永磁同步电机电流环自适应滑模控制

针对扰动对永磁同步电机转速伺服系统性能的影响,提出了基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法。设计了自适应律在线估计系统的内部参数摄动以补偿模型不确定性扰动。同时,设计了滑模扰动观测器实时估计系统外部负载扰动,并将观测值前馈补偿到电流环自适应滑模控制器,在提高系统鲁棒性的同时降低滑模控制系统的抖振。实验结果显示,采用基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法,系统可快速、准确、无超调地跟踪900r/min的速度指令,调节时间为0.08s,稳态误差为±5r/min。加入0.6N·m的负载扰动,该控制方法的最大转速波动为21r/min,比PI控制方法的转速波动减小了3.4%。仿真和实验结果表明,基于扰动观测器的电流环自适应控制方法提高了永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能,同时可有效抑制滑模控制系统的抖振。     

基于混沌鲸鱼算法的自抗扰永磁同步电机控制

针对永磁同步电机由于强耦合、非线性的特点,导致任何不确定性扰动都会直接影响控制系统性能的问题,设计了一种改进鲸鱼算法优化的二阶自抗扰控制器。通过采用混沌初始化策略改进鲸鱼算法优化自抗扰控制器参数。经过优化的自抗扰控制器的控制其性能有明显提高。仿真结果表明,该自抗扰控制器响应速度快,稳态误差小且无超调,对负载扰动具有良好的鲁棒性。     

基于延迟补偿的永磁同步电机并行自抗扰控制

为了解决永磁同步电机在多工况下转速易受到内外扰动的影响,提出一种基于延迟补偿的并行线性自抗扰控制策略。 针对永磁同步电机可能受到信号处理、逆变器响应等因素从而引入的外部时滞效应的问题,引入 Smith 预估器与自抗扰控制相 结合,使控制系统更加精确、快速地响应内部参数变化和外部扰动。 同时,针对线性自抗扰控制器(LADRC)在有限带宽内其抗 扰性能较差的问题,设计了并行线性自抗扰控制器,在保持其带宽不变与参数易于整定的同时,有效提高其抗扰动能力。 最后, 对自抗扰控制器的稳定性进行了分析,并在此基础上进行了参数设计与扰动性能分析。 仿真与实验结果表明,所提算法相比 LADRC 在电机受到速度阶跃、负载扰动与内部参数变化时,在调整时间上分别提升了 52. 5% 、49. 5% 与 42. 4% ,从而验证了该 控制策略能有效增强永磁同步电机在多工况下抗内外扰动与速度跟踪能力。     

积分反馈自抗扰控制力矩陀螺框架伺服系统设计

设计了永磁同步电机直驱的控制力矩陀螺(CMG)框架伺服系统,并提出积分反馈自抗扰控制(ADRC)伺服跟踪算法用于实时跟踪CMG操纵律输出的框架角速度指令。首先,采用电机轴电流id=0的矢量控制策略建立了CMG框架伺服系统的数学模型;然后,分析摩擦力矩和齿槽力矩对CMG框架伺服系统性能的影响,并在Matlab中搭建速度环采用ADRC的框架伺服仿真系统;最后,对框架伺服系统的速度环分别采用模糊PI、ADRC、积分反馈ADRC算法进行实验。实验结果表明:采用积分反馈ADRC算法跟踪0.1～2.0rad/s时,稳态精度为0.005～0.012rad/s;跟踪0.0～0.1rad/s时,稳态精度为0.001～0.005rad/s,临界爬行速度为0.003rad/s;跟踪2sin(t)rad/s速度曲线时,幅值误差为0.55%,相位滞后0.09978rad。结果满足CMG框架伺服系统精度高、鲁棒性强的要求。     

基于ESO的PMSM系统自抗扰FCS-MPC策略

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)系统的控制性能,以反双曲正弦函数为基础,通过改进的扩张状态观测器(ESO)获取转速和反电动势项高精度估值,以自抗扰控制作为转速控制调节器,提出了基于ESO的自抗扰有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略,以减小电磁转矩脉动,降低算法的复杂性和计算量.与基于PI的 FCS-MPC策略相比,新的控制策略能够保证 PMSM系统稳定运行,具有良好的转速跟踪性、抗干扰性和鲁棒性.     

周视扫描成像系统的转台转速高精度控制

为实现基于转台的像移补偿型周视扫描成像系统的高分辨率稳定成像,提出了一种复合控制算法对永磁同步电机驱动的扫描转台进行转速跟踪控制。根据转台的载荷特点及电机的数学模型,建立了包含机械参数不确定性和快变转矩扰动的单采样率控制系统模型;采用快速非奇异终端滑模和扩张高增益观测器复合控制实现了转速跟踪控制;采用快速非奇异终端滑模实现了最大转矩电流比控制;最后,分析并验证了基于上述复合算法的转速跟踪控制性能。实验表明:在转台转速设定为120 r/min或240 r/min时,采用该复合算法的转速跟踪误差均小于0.1%。与PI控制、快速非奇异终端滑模控制及线性滑模+观测器控制相比,采用该复合算法的转台转速响应具有无超调、抗扰动性能更强、跟踪精度更高的优点,能保证所述周视成像系统获得清晰稳定的周视全景图像。     

Cogging effect minimization in PMSM position servo system using dual high-order periodic adaptive learning compensation

Cogging effect which can be treated as a type of position-dependent periodic disturbance, is a serious disadvantage of the permanent magnetic synchronous motor (PMSM). In this paper, based on a simulation system model of PMSM position servo control, the cogging force, viscous friction, and applied load in the real PMSM control system are considered and presented. A dual high-order periodic adaptive learning compensation (DHO-PALC) method is proposed to minimize the cogging effect on the PMSM position and velocity servo system. In this DHO-PALC scheme, more than one previous periods stored information of both the composite tracking error and the estimate of the cogging force is used for the control law updating. Asymptotical stability proof with the proposed DHO-PALC scheme is presented. Simulation is implemented on the PMSM servo system model to illustrate the proposed method. When the constant speed reference is applied, the DHO-PALC can achieve a faster learning convergence speed than the first-order periodic adaptive learning compensation (FO-PALC). Moreover, when the designed reference signal changes periodically, the proposed DHO-PALC can obtain not only faster convergence speed, but also much smaller final error bound than the FO-PALC.     

车载光电侦察平台视轴稳定技术研究

为了进一步提高光电平台伺服控制系统的抗扰动能力,提出一种基于自抗扰控制器的改进型速度稳定回路。首先,分析了平台视轴稳定回路的数学模型并引入电流环对其进行了化简,通过伺服控制系统中扰动作用原理,引入扰动总和的思想。然后,设计含有降阶扩张状态观测器的自抗扰控制器,对扰动总和实时观测并进行线性化前馈补偿。最后,以某型车载光电平台为控制对象,进行了PI控制器与自抗扰控制器的对比实验。实验结果表明,采用自抗扰控制器伺服控制系统相比PI控制法的阶跃响应速度更快,超调幅值仅为PI控制法的26.98%。使用摇摆台引入的频率为2.5Hz的正弦扰动,系统稳态误差幅值仅为PI控制法的9.76%。在系统模型参数改变±15%范围内,自抗扰控制器仍具有良好的抗扰能力,表现出很强的鲁棒性,满足光电平台的性能要求,对提升平台抗扰能力有着较高的实用性。     

Active disturbance rejection based trajectory linearization control for hypersonic reentry vehicle with bounded uncertainties

This paper investigates a novel compound control scheme combined with the advantages of trajectory linearization control (TLC) and alternative active disturbance rejection control (ADRC) for hypersonic reentry vehicle (HRV) attitude tracking system with bounded uncertainties. Firstly, in order to overcome actuator saturation problem, nonlinear tracking differentiator (TD) is applied in the attitude loop to achieve fewer control consumption. Then, linear extended state observers (LESO) are constructed to estimate the uncertainties acting on the LTV system in the attitude and angular rate loop. In addition, feedback linearization (FL) based controllers are designed using estimates of uncertainties generated by LESO in each loop, which enable the tracking error for closed-loop system in the presence of large uncertainties to converge to the residual set of the origin asymptotically. Finally, the compound controllers are derived by integrating with the nominal controller for open-loop nonlinear system and FL based controller. Also, comparisons and simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the control strategy.     

基于死区补偿的电液位置伺服系统自抗扰控制

针对电液位置伺服控制系统的比例阀死区、参数不确定及外部未知扰动等问题,设计了由自抗扰控制器与死区逆补偿构成的串联控制器。首先基于实验辨识构造死区逆模型对死区进行预补偿,然后根据系统特性设计了一阶自抗扰控制器,构造改进的扩张状态观测器对“总扰动”进行实时估计,并通过非线性控制律给予主动补偿。联合仿真与试验结果表明,所提出的串联控制器有效地补偿了比例阀死区,提高了系统动态性能和位置跟踪精度。     

液压机械传动装置泵-马达系统模糊自抗扰控制

针对液压机械传动装置(Hydraulic Mechanical Continuously Variable Transmission,HMCVT)在阶跃负载扰动、变速器输入转速扰动的影响下所引起的输出转速波动问题,以分矩汇速式液压机械传动装置中的泵-马达系统为研究对象,以系统稳速输出为控制目标,提出一种基于扰动补偿的模...     

基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略

针对传统带有滑模观测器的永磁同步电机控制系统中转矩脉动大、抖振明显、反电动势估计精度差等问题,提出基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略.首先,在速度环提出基于双曲正弦函数的新型趋近率,结合模糊控制思想对趋近率参数实现自整定,设计了一种基于新型趋近率的模糊积分滑模速度环控制器,并且对新型趋近率的抖振抑制效果给出严格分析.其次,提出基于变截止频率低通滤波器和修正反电动势观测器的两级滤波结构,抑制反电动势中的高频分量和测量噪声,并对转子位置进行合理补偿,继而设计了两级滤波滑模观测器;通过Lyapunov判据对本文提出控制策略的稳定性进行了推导证明.仿真和实验结果表明,与传统滑模观测器相比,改进的控制器使电机在启动和受到外部扰动时系统响应良好,有效改善了转矩脉动、抖振、反电动势的估计精度等问题.