基于扩展滑模扰动观测器的永磁同步电机新型无模型滑模控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)控制系统采用传统 PI 控制算法时因参数摄动而导致电机控制性能下降的问题,提出一种转速环改进型无模 型 滑 模 控 制 方 法 (improved model-free sliding mode control,IMFSMC)。首先,建立 PMSM 在参数摄动时的新型超局部模型。其次,采用一种改进趋近律设计转速环无模型滑模反馈控制器;同时利用扩展滑模扰动观测器(extended sliding mode disturbance observer,ESMDO)估计超局部模型中的未知部分,并通过 Lyapunov 稳定性理论证明了该控制器和观测器的稳定性。最后,与 PI 控制以及传统无模型滑模控制的仿真和实验对比,结果证明所提方法能有效改善 PMSM 在发生参数摄动时的暂稳态性能,降低对电机模型的依赖,提升系统鲁棒性和抗干扰性能。     

基于偏差耦合的PMSM滑模变结构同步控制

针对多电机的起动快速响应和负载发生扰动时同步控制性能较差的问题,在常规PID偏差耦合控制的基础上提出了积分滑模变结构偏差耦合控制系统,并以此建立数学模型。在MATLAB/Simulink环境下建立仿真模型,仿真结果验证了该系统的稳定性和鲁棒性。与常规PID偏差耦合控制系统相比,具有响应快速、跟随性良好的特点。     

基于超螺旋滑模观测器的永磁同步直线电机无模型控制

针对永磁同步直线电机(permanent magnet linear synchronous motor, PMLSM)在运行过程中因参数失配和外部扰动导致控制性能下降的问题,提出一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步直线电机无模型控制策略。根据PMLSM在dq旋转坐标系下参数摄动时的数学模型建立电机对应的新型超局部模型,以避免参数失配。基于该新型超局部模型,结合滑模控制设计了无模型滑模速度控制器,通过Lyapunov稳定性理论证明该控制器的稳定性。同时,为削弱传统扩展滑模观测器对新型超局部模型中未知量观测的抖振,提高控制精度,设计超螺旋滑模观测器(super-twisting sliding mode observer, STSMO)对未知量进行在线辨识并实现前馈补偿。最后,将传统滑模控制、基于传统扩展滑模观测器的无模型控制算法与所提方法进行仿真和硬件在环实验对比,结果表明所提方法改善了PMLSM控制系统的动态响应性能,具有较强的鲁棒性。     

带式输送机永磁驱动系统自抗扰同步控制策略

针对带式输送机永磁驱动系统采用PID控制器进行控制时电机的控制性能差和采用多电机驱动时电机间转速不同步、稳定性差等问题,提出了带式输送机多永磁电机驱动系统自抗扰同步控制策略。基于自抗扰控制(ADRC)技术设计了2种调速控制策略,并搭建仿真模型进行了对比试验;随后结合模糊PID控制技术对传统偏差耦合控制进行结构改进,并以矿用带式输送机多永磁电机驱动系统为控制对象,开展基于主从、传统偏差耦合和改进型偏差耦合同步控制结构的仿真。结果表明,基于二阶ADRC和改进型偏差耦合控制结构的带式输送机多永磁电机驱动系统同步控制策略具有更好的抗干扰能力、控制精度和同步性,有利于带式输送机平稳高效的安全运行。     

积分型非奇异终端滑模PMSM无传感器控制系统

针对永磁同步电机中高速情况下传统的滑模观测器估算精度低且存在较强抖振的问题,提出一种基于改进型滑模观测器的PMSM矢量控制方法。基于非线性滑模面理论分析,构建一种积分型非奇异终端滑模面,有效降低了抖振现象,提高了系统的观测精确度;并设计了一种自适应反电动势滤波器,使反电动势能随观测器自适应调节,且谐波含量低,进一步提升动态精度;最后,利用正交锁相环原理调制出电机转子位置信息,将提出的新型控制方法应用到永磁同步电机调速系统,与传统滑模控制进行对比。仿真和实验表明,提出的基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制系统跟踪精度高、鲁棒性强,动、静态响应好。     

基于生物智能控制算法的永磁同步电动机控制策略

为提高永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统动态性能,基于睾丸性激素反馈调节原理,设计了一种基于生物智能控制算法的控制器,该控制器为双层结构,包含一级控制器和二级控制器。一级控制器采用PI控制,快速消除二级控制器输入端的控制偏差;二级控制器采用滑模控制(sliding mode control,SMC),增强系统的抗扰动能力。Matlab/Simulink仿真结果表明,基于生物智能控制算法的新型控制器较传统PI控制器和滑模控制器响应速度快、超调量小、稳定性好。     

基于偏差耦合的反演自适应滑模同步控制

采用偏差耦合控制结构和基于反演的自适应滑模控制算法相结合的方法,设计了多电机同步系统的同步控制器,利用李亚普诺夫函数证明了该算法的收敛性和稳定性。对五台电动机同步控制系统仿真表明,该控制策略的同步稳定性高,收敛速度快,鲁棒性强。     

永磁同步电机调速系统的积分型滑模变结构控制

传统的比例积分微分(proportion integral derivative,PID)控制由于控制方法简单,被广泛应用于永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统当中,但其难以满足高精度的控制要求。传统的滑模控制(sliding mode control,SMC)虽然在一定程度能达到较好的控制效果,但需要对速度信号进行微分,而这一过程会引入高频扰动。为了实现PMSM的高精度控制,该文设计了一种积分型滑模变结构控制器,针对负载扰动的问题,依据龙伯格线性观测器的原理设计了负载转矩观测器,并将其观测值反馈到滑模控制器的设计中。通过仿真及实验可以看出,负载观测器能跟踪实际负载的变化,滑模控制器使系统在负载波动时转速保持不变。因此,基于负载转矩观测器设计的积分型滑模控制器使系统具有快速性、无超调等优点,且对负载扰动具有较强的鲁棒性。     

双永磁电机系统转速同步控制

针对双永磁同步电机系统中,由于负载扰动造成双电机转速不同步而极易引发差速振荡的问题,该文结合交叉耦合控制结构和滑模控制算法,提出一种基于积分型滑模速度控制器的转速同步控制策略,使用指数趋近律以及饱和函数抑制滑模固有的抖振现象。此外,设计了转速同步控制器对两电机的电流环进行补偿,通过选择合适的耦合同步系数,使两电机速度尽快达到同步。实验结果验证了在所提出的控制策略下,双永磁同步电机系统的鲁棒性、转速跟踪性能以及同步性能均得到提升。     

基于新型趋近律的永磁同步电机积分滑模控制

为了提升永磁同步电机(PMSM)调速系统动态品质,提出了一种基于新型混合趋近律的积分滑模控制算法。在传统指数趋近律基础上,引入了双曲正切函数、终端吸引子和基于系统状态变量幂函数的自适应因子,并结合积分滑模面,提高了系统趋近速度自适应调节能力和干扰抑制能力,有效削弱了抖振水平。基于所提出的趋近律,设计了PMSM新型混合趋近律积分滑模速度控制器,通过仿真完成了与传统PI算法控制性能的对比分析。仿真结果表明,新型趋近律速度滑模控制器具有更好的速度跟踪精度,抗负载扰动性能更好,抖振量非常小,鲁棒性强。     

基于积分滑模控制的对称六相永磁同步电机调速系统研究

为了提高对称六相永磁同步电机对参数变化和负载扰动的鲁棒性,在积分滑模面的基础上,提出一种基于积分滑模控制算法的对称六相永磁同步电机调速系统。通过Lyapunov定理证明了积分滑模控制器的稳定性,并进一步分析了控制器的性能。仿真结果表明:相比于PI控制算法,所提算法具有更好的抗干扰能力和稳定性。     

永磁直线同步电机自适应互补滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)易受非线性因素影响而降低伺服系统鲁棒性的问题,提出一种自适应互补滑模控制方法。永磁直线同步电机的非线性因素包括系统参数变化、电机端部效应及外部不确定性的扰动。互补滑模控制将积分滑模面与广义误差滑模面相结合,将系统状态轨迹限定在两个面的交线上,缩短了状态轨迹达到滑模面的时间,提高了位置跟踪精度。为了进一步改善系统鲁棒跟踪性能,利用自适应控制对不确定扰动因素的上界进行估计,减小不确定因素对系统的影响,改善滑模控制的抖振现象。实验结果表明所提出的控制方法是有效可行的,自适应互补滑模控制不仅提高了系统的跟踪性能,而且更有效地抑制了不确定因素对控制系统的影响。     

基于新型电压控制律的永磁同步电机滑模补偿控制

针对永磁同步电机转矩闭环控制系统中动态耦合项和反电动势项引发弱动态性能的问题,提出一种基于新型电压控制律的永磁同步电机滑模补偿控制方法。首先,基于永磁同步电机模型建立新型电压控制律,保证转矩闭环控制系统的稳定性。其次,利用速度估值与滑模面的函数关系,设计自适应速度观测器,对d、q轴耦合项和反电动势项进行补偿,同时实现系统的速度闭环控制。在此基础上,引入含sigmoid非线性光滑函数的滑模面,构造滑模补偿控制策略,实现控制律在整个运动过程中对参数摄动和外扰动的鲁棒性。最后,搭建Matlab/Simulink仿真模型和由TMS320F28335控制的400 W永磁同步电机的实验平台。仿真和实验结果表明所提控制方法具有转矩和电流波动小、响应快和鲁棒性强的特性。     

Sliding mode disturbance observer‐based adaptive control for uncertain MIMO nonlinear systems with dead‐zone

In this paper, an adaptive integral sliding mode control (ISMC) scheme is developed for a class of uncertain multi‐input and multi‐output nonlinear systems with unknown external disturbance, system uncertainty, and dead‐zone. The research is motivated by the fact that the ISMC scheme against unknown external disturbance and system uncertainty is very important for multi‐input and multi‐output nonlinear systems. The system uncertainty, the unknown external disturbance, and the effect of dead‐zone are integrated as a compounded disturbance, which is well estimated using a sliding mode disturbance observer (SMDO). Then, the adaptive ISMC based on the designed SMDO is presented to guarantee the satisfactory tracking performance in the presence of system uncertainty, external disturbance, and dead‐zone. Finally, the designed adaptive ISMC strategy based on SMDO is applied to the attitude control of the near space vehicle, and simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed adaptive ISMC scheme using the SMDO. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于扰动估计补偿的PMLSM固定时间积分滑模控制

为了提高永磁直线同步电机(PMLSM)控制系统的动态响应速度和鲁棒性,提出了一种基于扰动估计补偿的固定时间积分滑模控制（DFISMC）方法。首先,在积分滑模面的基础上,引入了一种固定时间滑模控制算法,保证系统可以在固定时间内到达平衡点。其次,设计了一种随系统状态动态调整的控制率增益函数f(s),进一步加快了收敛速度。最后,设计自适应超螺旋扰动观测器估计内部和外部不匹配扰动,并采用前馈补偿的方式将观测值引入控制律,增强了系统的抗干扰能力。仿真结果表明,DFISMC方法不仅保证了系统全局鲁棒性,而且有效提高了系统的跟踪精度和响应速度。     

基于滑模自抗扰的永磁同步电机电流环控制方法研究

为了提高永磁同步电机控制系统的稳定性，针对滑模控制存在的抖振现象以及系统运行时的扰动问题，给出了一种基于线性滑模自抗扰控制的电流控制器，所谓线性滑模自抗扰控制就是滑模控制与自抗扰控制的结合，其核心为扩张状态观测器，扩张状态观测器可观测系统的状态及扰动并对扰动进行补偿，能有效抑制系统扰动、提高系统的动、静态性能。搭建永磁同步电机滑模自抗扰矢量控制仿真模型，仿真结果表明，与传统滑模控制相比，该方法提高了永磁同步电机控制系统的稳定性，削弱了系统抖振，改善了系统扰动问题。     

永磁同步电机的改进快速终端滑模控制

针对线性滑模控制永磁同步电机不能实现有限时间控制以及终端滑模控制不能实现快速收敛的问题,提出了一种改进快速终端滑模控制方法。所提控制方法经理论证明能实现更快的收敛速度。滑模控制律通过Lyapunov稳定性定理计算得出。对所提方法进行了仿真验证,并与终端滑模控制作对比,结果证明了所提改进快速终端滑模控制能有效地提高系统的起动性能和抗扰动性能。