基于复合前馈控制的交流位置伺服系统动态特性

永磁同步电动机(PMSM)位置伺服系统经典PID控制具有控制结构简单、响应快等优点,但存在等速跟踪和正弦跟踪稳态精度低等缺点。提出并设计了复合前馈控制器,其中速度环采用PI控制,位置环通过复合前馈控制的设计来消除等速与正弦跟踪误差。计算机仿真结果表明,该控制器可有效降低PMSM位置伺服系统在等速与正弦跟踪时的稳态跟踪误差,提高其控制精度。     

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。     

位置/电流两环结构位置伺服系统的跟随性能

位置闭环、速度闭环和电流闭环组成的三环结构,是目前被普遍认同的位置伺服系统控制结构.然而在某些特定场合,例如点对点运动控制场合中,重点是要求系统位置响应的动态性能,而对速度调节的性能要求并不高.这时,速度闭环不仅没有发挥作用,还作为控制结构中的串联环节,降低了系统位置调节动态响应性能.针对这些特定的场合,本文研究了全数字位置闭环和电流闭环组成的两环结构位置伺服系统,并利用阶跃响应性能和梯形响应性能,在相同命令信号和相同控制对象的条件下,与三环系统作比较.仿真和实验结果显示,两环系统的位置动态响应时间小于三环系统,并且两环系统中位置前馈复合控制同样可以使用,以减小梯形响应中稳态位置跟踪误差.两环系统应用到点对点运动控制的特定场合比较合适,但因没有速度闭环调节功能,系统应用到轨迹运动控制场合中有局限性.     

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。     

基于前馈控制的交流伺服系统高速定位控制

在要求高速、快响应的交流伺服定位系统中,采用普通PID控制很难实现高速定位.在位置环、速度环和电流环的三闭环PID伺服控制系统的基础上,引入电流环和速度环的前馈控制来提高定位控制的性能.通过仿真验证了前馈控制在指令信号跟踪方面的良好效果,然后设计出试验系统,进行了与普通PID伺服控制系统的对比试验.结果表明,引入前馈控制的PID伺服控制系统可以实现交流伺服系统的高速定位控制.     

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。     

伺服高速轨迹规划与精密跟踪控制的研究

在工业数控加工制造中,常常要求PMSM位置伺服控制系统具有高速平稳、时间精确的定位性能。针对传统三闭环PI伺服位置控制系统通常难以直接满足高速平稳高精度定位的生产要求,克服传统控制中存在的不匹配动态响应影响,提出了一种新型的基于系统模型的新型前馈控制结构,与高速运动轨迹规划配合,实现位置伺服系统的时间和精度无偏差的高速平稳跟踪定位功能。最后通过仿真实验验证了该方法的有效性和对象参数适应性。     

永磁同步电动机伺服系统自校正零相位误差跟踪控制

针对基于零相位误差跟踪控制器(ZPETC)的永磁同步电动机伺服系统易受系统参数变化的影响,本文采用递推最小二乘法对永磁交流伺服系统的转动惯量和粘滞摩擦系数进行了在线估计,并利用根据辨识得到的转动惯量与粘滞摩擦系数对ZPETC进行在线调整,使系统在参数变化时仍然具有良好的跟踪性能.为了克服负载转矩突变对伺服系统的不良影响,还设计了一个参数可以根据辨识得到的转动惯量和粘滞摩擦系数自动更新的负载观测器,该观测器可以使系统在参数变化时仍然能够精确地观测系统的负载转矩,进行精确的前馈补偿,从而大大提高了伺服系统的抗干扰性能.仿真结果表明,此控制方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时,对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性.     

基于PI-Lead控制的永磁同步电机双环位置伺服系统

为提高位置伺服系统轨迹跟踪精度及极限带宽,该文研究了一种位置-电流双环伺服结构,其位置控制采用结合相位超前环节的比例积分控制器（PI-Lead）。首先,探讨了P-PI-PI和PI-P-PI两种传统三环位置控制结构在轨迹跟踪精度上存在的局限,研究了速度前馈提升精度的机理及问题;然后,证明了PI-Lead双环结构相位超前环节对维持系统稳定的意义,详细分析了低通滤波器对系统性能的影响及其参数设计方法,给出了PI-Lead双环位置伺服系统基于闭环频域指标的参数整定策略;最后,对比分析了双环结构与传统三环结构的特点,推导了三种结构的位置极限带宽。实验结果表明,PI-Lead双环结构无需任何前馈补偿即可基本消除系统动态跟踪误差,并具有更高的位置环极限带宽。此外,由于减少了速度控制环节,其无需速度测量且参数整定更加简单。     

总线伺服系统前馈控制的分析与应用

本文分析伺服系统中速度前馈和转矩前馈的原理及作用,针对传统微分提取速度和转矩前馈量的控制方法存在的不足以及总线伺服系统位置轨迹规划在驱动器内部的特殊性提出了一种新型速度和转矩前馈量的提取方法,并在三轴冲压机械手上进行了应用测试,对比每轴测试结果证实本文方法的可行性和优越性。     

伺服系统在摩擦条件下的模拟复合正交神经网络控制

在数字复合正交神经网络的基础上提出一种模拟复合正交神经网络,并用于非线性伺服系统控制中.在带有非线性摩擦力矩的直流电机飞行模拟转台伺服系统中,控制系统是基于PD控制加神经网络前馈控制的并行控制方法,使用神经网络是用来消除非线性摩擦力矩的影响.通过数字复合正交神经网络的连续化算法处理获得了一种模拟复合正交神经网络,并作为前馈控制器.用并行控制与单一的PD控制对带有非线性摩擦力矩的直流电机伺服控制作了仿真研究.仿真结果表明复合控制比单一的PD控制具有实时性好、响应速度快、跟踪精度高,位置与速度跟踪控制获得了满意的效果.该模拟神经控制器能用于不确定对象的控制,为不确定系统控制提供了一种新的途径.     

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。     

基于粒子滤波前馈补偿的电机伺服系统控制

针对电机轨迹跟踪过程的非线性非高斯噪声，提出采用基于粒子滤波的前馈控制器。同时对电机伺服系统提出一种二自由度控制结构，基于闭环系统的鲁棒最优性能指标，设计给定值状态目标跟踪控制器，根据系统稳态运行时的抗扰动要求，在过程输入和控制对象输入之间设计前馈控制器、在对象输入和输出端之间设计负载干扰抑制闭环，利用粒子滤波的方法消除非高斯噪声对控制系统的干扰。仿真实例验证了该控制系统的可行性和优越性，可以有效提高电机轨迹跟踪精度。     

高精度定位系统的摩擦力自适应前馈补偿

为了有效抑制机电系统摩擦力等外部扰动对系统动态性能的影响,针对直驱伺服系统中往复定位存在的摩擦力,提出了一种基于自适应前馈控制器的摩擦力补偿策略,此方法能够有效利用参考模型与被控对象的位置跟踪误差等信息,在线实时确定自适应控制率,在保证系统稳定的条件下,能够有效克服系统摩擦力及模型慢时变等引起的系统动态性能异常。针对直驱伺服系统建立其数学模型,根据数学模型确定自适应补偿环节的数学形式,并利用Lyapunov函数证明了自适应控制率的稳定性。最后通过试验表明,在跟踪正弦位置指令时,基于自适应前馈补偿的方法动态跟踪误差的均方根值为4.8μm,与PID无摩擦补偿控制方法相比,提高了47.3%,与传统模型参考自适应控制方法相比,提高了17.9%。综上所述,所提方法可以有效抑制系统摩擦力干扰,提高系统动态跟踪精度。     

基于改进内模-前馈控制策略的双馈风机建模与仿真

针对双馈风机转矩扰动给转速调节性能以及电网故障给双馈机侧控制系统带来诸多不利影响,单一的控制策略不能解决上述问题,对此文章提出改进内模-前馈串级控制策略。首先,基于改进的内模控制设计转速控制器削弱转矩扰动对转速跟踪性能的影响。其次采用内模-前馈控制策略设计定转子侧电流环控制系统。在MATLAB/SMIULINK中搭建双馈风机模型并入微网系统中进行稳态和故障情况下的时域仿真。结果表明:改策略正确有效,设计的转速控制器能获得良好的跟踪性能和较高的稳态精度,电流环采用内模控制可以改善机侧和电网侧暂态性能。     

矩角控制的永磁同步电机的定位系统

在矩角控制的基础上，提出了永磁同步电动机的定位控制方案。在矩角控制过程中将连续的旋转磁场离散为步进磁场，通过控制电机定子电流实现对电磁转矩的控制。对给定的离散电流跟随采用电流滞环控制实现，并以三段速度运行曲线为例说明电机定位系统的设计，介绍了系统实现的硬件基础。实验结果表明，这种控制策略不但定位准确，而且控制简单、实时，实现时只需使用低成本的微处理器即可。     

Robust feedforward control system considering sudden disturbance for optical disk recording system

This paper proposes a new robust feedforward tracking servo system for optical disk recording systems in the case of a sudden disturbance for the optical disk recording system. In optical recording systems, the tracking servo system must suppress tracking error below its tolerance. This paper designs the robust feedback control system by using the coprime factorization and disturbance observer. The proposed robust feedback control system suppresses the sudden disturbance caused by walking and running. The detecting signal of optical disk recording systems is only a tracking error. Hence, the feedforward controller of the proposed tracking control system is constructed based on both Zero Phase Error Tracking (ZPET) control theory and prediction of tracking error. The experimental results point out that the proposed tracking servo system has a quick and precise tracking response and keeps the residual tracking error below its tolerance. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 156(4): 60– 68, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20257