微分控制在永磁伺服系统中的应用研究

PI调节器用于系统闭环控制时，为保证系统有快速响应，超调是不可避免的。为了减小和消除超调，本文研究微分控制(微分调节，微分反馈)对抑制系统响应超调的作用。通过求解微分方程的实时解，分析微分控制对闭环系统阻尼比及闭环零、极点的影响。对实际的永磁同步伺服系统引入微分反馈控制，使系统既有较快的响应速度，又不至出现响应超调，从而使系统具有优异的响应性能。仿真和实验均证实了微分反馈对系统控制的有效性。     

基于微分反馈控制的无刷直流电动机调速系统仿真研究

PI调节器广泛用于系统闭环控制,但不能满足高性能的要求.在研究速度反馈中加入微分反馈对抑制系统响应超调和闭环系统零、极点的影响,提出应用比例一微分反馈控制,对无刷电机速度控制系统进行调节.利用Madab/Simulation进行了系统仿真实验.结果表明,该控制方法与传统PID控制系统相比,具有瞬态响应性能快,无超调,并有很强的抗扰动能力.     

永磁伺服系统基于微分自适应补偿的快速无超调控制策略

高性能永磁位置伺服系统要求无超调且快速的动态响应性能,一般控制策略往往无法同时满足其要求,对此提出反馈微分和前馈微分自适应控制的新型控制策略。分析了伺服系统反馈微分的作用,表明其能有效减小响应超调,但同时会降低响应速度。通过引入前馈微分,根据位置误差信号自适应调节,在保证反馈微分有效减小超调的前提下,抵消了其速度抑制作用;同时,前馈微分根据位置给定指令进行速度和电流预测,预测值补偿至速度和电流给定,从而做到提前响应。仿真和实验验证了新型控制策略自适应的有效性,解决了位置伺服系统响应超调性和快速性之间的矛盾,能实现无超调快速自适应响应控制。     

考虑饱和运行时永磁同步伺服系统速度调节器的设计与调整

按经典控制理论设计的速度调节器与实际调试结果差距大,阶跃时,速度调节器会出现饱和,为此,借助于线性二次型状态反馈,实现伺服系统速度调节器的设计.速度调节器饱和时,采用棒-棒控制实现响应时间最小化.为保证动态过程中系统速度调节器的平稳过渡,合理选择调节器的转换阀值,并将速度微分反馈引入速度调节,保证在不影响系统响应快速性的前提下抑制超调与振荡.全状态反馈控制所引入的微分控制,可以预见系统响应趋势,它的引入可以有效地抑制速度响应超调.数字仿真和实验证实了分析与设计的有效性.     

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。     

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.     

永磁交流伺服系统中速度环的优化设计

针对永磁交流伺服系统中速度环的设计,分析了采用传统PI调节器的不足之处,进而引出变结构思想以提高伺服系统的快速响应能力。该方法虽能保证系统的快速响应,但速度超调不可避免,为此引入了微分负反馈,以提高抑制超调量的性能。但微分负反馈的引入会影响伺服系统的制动效果,使电机出现"爬行"现象。利用变结构与微分负反馈结合的方法可避免"爬行"现象的发生。仿真和实验均证明,采用带微分负反馈的变结构PI调节器,可使系统既有较快的响应速度,又能明显地抑制伺服系统的速度超调,还能解决电机制动时的"爬行"问题。     

永磁同步电机速度阶跃响应研究

文章简述了永磁同步电机伺服系统的原理与设计,介绍了系统为满足矢量控制条件,改善电流环动态性能的具体措施.通过研究速度环的动态结构,选择速度环的调节方式,以满足速度环的无差与抗扰要求.通过对不同速度范围改变调节器比例积分系数,可以实现在不同速度范围系统响应性能的优化;为提高速度阶跃响应性能,在速度阶跃时设置最大启制动力矩,可以充分发挥电机的潜力,加快电机速度的阶跃响应过程;在速度调节环中引入微分反馈,可以使速度调节器提前退出饱和,抑制超调,满足伺服系统的定位要求,提高系统速度阶跃响应性能.所做的设计在实际系统中得到实验验证.     

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。     

永磁同步电机速度阶跃响应研究

文章简述了永磁同步电机伺服系统的原理与设计，介绍了系统为满足矢量控制条件，改善电流环动态性能的具体措施。通过研究速度环的动态结构，选择速度环的调节方式，以满足速度环的无差与抗扰要求。通过对不同速度范围改变调节器比例积分系数，可以实现在不同速度范围系统响应性能的优化；为提高速度阶跃响应性能，在速度阶跃时设置最大启制动力矩，可以充分发挥电机的潜力，加快电机速度的阶跃响应过程；在速度调节环中引入微分反馈，可以使速度调节器提前退出饱和，抑制超调，满足伺服系统的定位要求，提高系统速度阶跃响应性能。所做的设计在实际系统中得到实验验证。     

硬盘磁头快速精确定位伺服控制系统的设计

针对以音圈电机作为伺服机构的硬盘磁头定位伺服系统的性能要求,设计了一个参数化的控制器并进行仿真和实验研究。在控制设计中,采用一种复合非线性反馈(CNF)控制技术,以提高控制系统的瞬态性能,达到快速的响应和低超调;通过设计一个降阶观测器对伺服系统中的未知扰动进行估计及补偿,消除扰动可能带来的稳态跟踪误差。仿真和实验结果表明硬盘磁头可以实现对目标磁道快速准确的定位。参数化设计的伺服控制器具有通用性,可推广应用到其他伺服系统。     

基于鲁棒非线性控制的无刷直流电机调速系统

设计了一种基于鲁棒非线性控制的无刷直流电机速度伺服系统。控制律中包含线性反馈、非线性反馈和扰动补偿三部分,分别实现快速响应、抑制超调和消除稳态误差的功能,采用一个降阶观测器对系统的不可量测状态和未知常值扰动进行估计。通过Matlab/Simulink进行仿真研究,结果表明所设计的控制系统可以对目标转速进行快速平稳和准确的跟踪,且对负载扰动和系统参数差异具有较好的性能鲁棒性。     

含位置给定轨迹优化的位置伺服复合控制系统研究

位置动态响应速度快和响应无超调是目前高性能位置伺服系统的两个重要指标。单纯的比例或比例微分位置调节器无法同时满足这两个要求,所以提出了一种新型定位复合控制策略。首先为保证运动过程柔滑无冲击而设定速度余弦函数曲线给定,从而根据平滑变化的速度给定对位置给定信号进行轨迹优化,避免了加速度突变带来的冲击。系统控制结构上提出在前馈控制的基础上引入位置伪微分负反馈控制环节,该环节增加了系统阻尼,减少位置超调量,同时结合前馈控制保证了位置快速跟踪性能。由于采用了伪微分结构代替位置微分运算,避免了微分带来的量化噪声干扰,进一步提升了系统跟踪性能。最后给出了结构参数的取值范围。仿真和试验结果验证了该控制策略的可行性和有效性。     

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.     

快速定位伺服系统的控制器设计

提出一个用于实现快速和准确的伺服定位的控制方案.此控制方案是在近似时间最优控制(PTOC)的框架中嵌入了一种复合非线性反馈(CNF)控制律,并引入一个扩展状态观测器(ESO).其中,CNF控制律包含线性和非线性反馈两部分,分别实现快速的响应和抑制超调,从而提高短距离定位时的瞬态性能;而PTOC控制律则用于在定位误差较大的时候进行最大的加速和减速;通过ESO对伺服系统中的未知速度和扰动进行估计及补偿,以消除稳态误差.针对双积分模型的伺服系统,设计了一个参数化控制器,并用于球杆系统的定位控制.实验结果表明控制系统可以实现对目标位置的快速和准确的定位,并具有较强的性能鲁棒性.     

离散伺服定位系统的复合非线性控制

针对带有扰动和执行器幅值受限的伺服系统,提出一种离散时间复合非线性控制方案,用于实现快速和准确的定点跟踪。此控制方案是在复合非线性反馈控制的框架中嵌入一个扰动估计与补偿机制。其中,复合非线性反馈控制律包含线性和非线性反馈两部分,分别实现快速响应和抑制超调,从而提高瞬态性能;采用一个降阶观测器对系统中的不可量测状态和未知常值扰动进行估计,并用于补偿,从而消除稳态误差。对该控制方案下的闭环系统稳定性进行理论分析。将提出的控制方案应用于一个双积分模型的伺服系统,进行仿真研究,并与一种采用积分控制来消除扰动的复合非线性反馈控制方案进行比较。结果表明所提出的控制方案在定点跟踪任务中具有更好的性能鲁棒性。     

一种非线性自抗扰控制的PMSM速度控制策略研究

针对永磁同步电机伺服系统中存在的抗负载扰动能力差和转速超调等问题,提出一种基于非线性自抗扰控制的新型PMSM速度控制策略。通过分析伺服系统的扰动机理,在速度环将传统的PI控制器替换为非线性自抗扰控制器。通过跟踪-微分器将给定转速平滑化,克服了响应快速性和超调之间的矛盾,提升系统响应能力;通过引入二阶扩张状态观测器,对外部扰动进行估计并补偿,提高系统的抗干扰能力;通过非线性状态误差反馈控制律,利用“小误差大增益,大误差小增益”的非线性控制,提高系统的控制精度。仿真结果表明,系统具有响应快、无超调、抗负载扰动能力强的特点,对负载变化、转速变化具有较强的鲁棒性,验证了该策略的有效性。