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基于无模型的PMLSM改进自适应滑模自抗扰控制

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电机与控制学报 2024年第1期28卷 142-151页

作者：李争张梓豪王康涛孙鹤旭河北科技大学电气工程学院河北石家庄050018 燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004

为了提高永磁直线同步电机的自抗扰控制的动态响应性能和抗干扰性能,增强系统整体的控制性能,提出了一种基于无模型控制的改进滑模自抗扰控制策略。首先,基于滑模变结构原理以及无模型控制理论对自抗扰控制器中的扩张状态观测器和非线... 详细信息

为了提高永磁直线同步电机的自抗扰控制的动态响应性能和抗干扰性能,增强系统整体的控制性能,提出了一种基于无模型控制的改进滑模自抗扰控制策略。首先,基于滑模变结构原理以及无模型控制理论对自抗扰控制器中的扩张状态观测器和非线性状态误差反馈进行优化,建立了超局部模型,采用非奇异快速终端滑模控制代替原有的非线性状态误差反馈,同时设计相应滑模面与扩张状态观测器相结合,提高观测器对扰动因素的观测精确度的同时增强控制器的动态响应性能和抗干扰能力。然后设计了改进指数趋近率,通过引入系统状态变量使得控制器可以进行自适应调节,进一步提高系统的控制性能。通过李雅普诺夫理论证明了控制策略的稳定性,仿真和实验结果表明,该控制策略相对传统的自抗扰控制器所具备的优越性。

关键词：永磁直线同步电机无模型控制非奇异快速终端滑模改进滑模趋近率自抗扰控制改进扩张状态观测器

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多电航空发动机发电机负载突变时的自抗扰控制研究

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推进技术 2024年第8期45卷 236-245页

作者：方鋆张天宏南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

多电航空发动机运行过程中发电机负载突变会影响发动机转速的稳定。通过分析发动机与发电机的耦合机理,将耦合输入、观测误差积分和动态调度参数加入扩张状态观测器中,提出一种基于改进扩张状态观测器的自抗扰控制算法以抑制负载突变扰... 详细信息

多电航空发动机运行过程中发电机负载突变会影响发动机转速的稳定。通过分析发动机与发电机的耦合机理,将耦合输入、观测误差积分和动态调度参数加入扩张状态观测器中,提出一种基于改进扩张状态观测器的自抗扰控制算法以抑制负载突变扰动影响。通过多工况发电机负载突变仿真,验证了耦合输入和动态调度参数改进可减小超调,观测误差积分和动态调度参数改进可缩短调节时间。相同观测器带宽下,改进后转速受扰超调至少降低68%,调节时间至少缩短46%,总扰动最大估计误差减小80%,证明了改进后的算法对发电机负载突变具有更强的抗扰能力。

关键词：多电航空发动机负载突变自抗扰控制改进扩张状态观测器稳态控制

基于改进扩张状态观测的机载目标指示稳定控制

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红外与激光工程 2021年第3期50卷 275-282页

作者：方宇超徐晶张永生李梦雪长春理工大学计算机科学技术学院吉林长春130022 长春汽车工业高等专科学校汽车运用学院吉林长春130013

为了满足先进航空目标指示装备对视轴速度平稳性误差的设计需求,提出了一种基于扰动估计与补偿理论的控制算法。设计了一种改进扩张状态观测器以减小高阶观测器的相位延迟,提高视轴控制精度。对改进的控制算法进行了阶跃响应和速度稳定... 详细信息

为了满足先进航空目标指示装备对视轴速度平稳性误差的设计需求,提出了一种基于扰动估计与补偿理论的控制算法。设计了一种改进扩张状态观测器以减小高阶观测器的相位延迟,提高视轴控制精度。对改进的控制算法进行了阶跃响应和速度稳定两部分实验,并与传统PID算法进行了比较。通过分析阶跃实验结果可得,该控制算法在不同的闭环控制带宽下,均能达到更短的稳定时间和更低的超调量,在35 Hz的闭环带宽下,相比PID算法的稳定时间减少了49.1%、超调量降低了88.4%,系统动态性能提升明显;速度稳定实验结果表明,该控制算法对幅值为1°、频率为2.5 Hz以内的不同扰动的抑制能力显著提高,视轴的速度误差均控制在0.1(°)/s以内,扰动残值均小于0.1(°)/s。该控制算法满足先进目标指示装备的设计需求,对提高系统动态性能和视轴速度平稳性具有较高的实用价值。

关键词：目标指示改进扩张状态观测器扰动残值速度平稳性

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改进自抗扰的PMSM双环伺服系统控制研究

组合机床与自动化加工技术 2023年第5期 120-124,128页

作者：刘书伟姜宏章翔峰靳小强新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047

永磁同步电机(PMSM)在电机参数本身变化和外部负载干扰等复杂环境下,传统控制方法无法满足伺服系统对于精度高、抗扰性强和稳定性好的要求。针对该问题,提出一种改进自抗扰(ADRC)的双环控制策略。结合PMSM控制模型和ADRC参数在PMSM中的... 详细信息

永磁同步电机(PMSM)在电机参数本身变化和外部负载干扰等复杂环境下,传统控制方法无法满足伺服系统对于精度高、抗扰性强和稳定性好的要求。针对该问题,提出一种改进自抗扰(ADRC)的双环控制策略。结合PMSM控制模型和ADRC参数在PMSM中的实际物理意义,设计了改进扩张状态观测器(ESO)的二阶非线性自抗扰控制器实现对位置和速度的联合控制,简化了控制结构以提高伺服系统响应速度,设计了一阶线性自抗扰控制器实现对电流的控制,减小其对外环的影响以进一步提高伺服系统对高性能要求,给出了双环控制器一整套参数整定方法。在MATLAB/Simulink上的仿真实验结果表明,相较于标准ESO,改进ESO更加遵循实际,整个控制策略对于负载扰动和参数摄动表现出很好的抗扰性能和控制精度。研究结果表明,该控制策略能够有效满足PMSM伺服控制系统对高性能的要求。

关键词：永磁同步电机自抗扰控制双环伺服系统参数整定改进扩张状态观测器

基于改进ESO的交流伺服系统FOPID定位控制

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火力与指挥控制 2017年第7期42卷 81-85页

作者：汤巧戈高强李林侯远龙孙浩南京理工大学机械工程学院南京210094 北方自动控制技术研究所太原030006

针对高炮炮控交流伺服系统高精度定位控制存在的外界干扰及诸多非线性因素,提出了基于连续光滑函数fan()的改进扩张状态观测器(ESO),并将其应用于分数阶PID控制器,即CS-ESO-FOPID。该控制器将所有外界干扰因素作为"总干扰"获取干扰实时... 详细信息

针对高炮炮控交流伺服系统高精度定位控制存在的外界干扰及诸多非线性因素,提出了基于连续光滑函数fan()的改进扩张状态观测器(ESO),并将其应用于分数阶PID控制器,即CS-ESO-FOPID。该控制器将所有外界干扰因素作为"总干扰"获取干扰实时量,并通过改进扩张状态观测器实现非线性因素的实时动态补偿。数字仿真证明,CS-ESO观测优于传统ESO观测,CS-ESO-FOPID的动态控制精度及对外部扰动的鲁棒性均优于FOPID控制,避免了基于传统ESO的分数阶PID易出现的高频颤振现象,从而验证了该控制策略的可行性和有效性。

关键词：高精度定位交流伺服系统分数阶PID控制改进扩张状态观测器

基于自抗扰控制的船舶动力定位系统控制器研究

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基于自抗扰控制的船舶动力定位系统控制器研究

作者：聂群大连海事大学

学位级别：硕士

近年来,世界各国逐步重视对海洋资源的开发,使得海洋工程朝着多元化和深海化方向发展,传统锚泊已经无法满足现代海洋工程对定位精度的要求,能够在复杂海况下完成定位任务的动力定位系统成为了研究的热点问题。控制系统作为动力定位系统... 详细信息

近年来,世界各国逐步重视对海洋资源的开发,使得海洋工程朝着多元化和深海化方向发展,传统锚泊已经无法满足现代海洋工程对定位精度的要求,能够在复杂海况下完成定位任务的动力定位系统成为了研究的热点问题。控制系统作为动力定位系统中的核心部分之一,会直接影响其定位精度和稳定性,因此,对船舶动力定位控制系统进行研究极具理论价值和现实意义。本文在充分调研了国内外动力定位控制系统的相关研究后,针对动力定位系统控制器设计问题展开研究,主要工作如下:(1)在运动学和动力学两方面对水面船舶的运动进行分析,结合动力定位系统的特点建立了船舶三自由度低频运动数学模型。而对于实际的船舶定位这样一个复杂的非线性过程,时变的海洋环境会大大增加控制系统设计的难度,因此在建立船舶运动模型后,对风、浪、流等海洋环境扰动进行分析,作为后文对自抗扰控制器的设计和性能验证的基础。(2)针对自抗扰控制的原理进行分析。由于自抗扰控制采用特殊的非线性反馈机制对扰动进行补偿,保留了传统PID控制器结构简单、不依赖精确数学模型等优势,并且能够改善面对复杂非线性系统时的抗干扰性能,十分适用于动力定位控制系统。结合动力定位系统的特点,对自抗扰控制技术中各主要部分进行理论推导获得其离散形式,并进行仿真验证。(3)针对复杂扰动下的动力定位系统控制器设计,分别建立了三个自由度上基于自抗扰控制的动力定位系统控制律,实现了定点控制和艏向控制功能。当外界扰动突增时,为了减少船舶的偏移量以及加快船舶回复至目标点的速度,对所设计的扩张状态观测器中fal函数上限进行限幅,从而减小大误差时系统的增益效果;同时考虑环境噪声污染会使得船舶速度发生频繁变化的问题,在观测器回路上引入了fal函数反馈结构进行滤波。仿真实验验证了改进后的控制器能够使得船舶发生偏移时,偏移量更小、回复至目标位置更快且受到噪声影响更小,具有更优良的控制性能。(4)针对自抗扰控制器参数众多,相互之间没有明确的整定规则,依靠人工经验进行整定很难得到一组满意的参数的问题,本文首先对灰狼算法的原理进行分析,将灰狼算法引入所设计自抗扰控制器的参数整定过程中,以ITAE指标作为参数整定的评价依据,建立了参数整定的目标函数,对调节时间过长、稳态性能较差的参数组进行惩罚,实现了结合灰狼算法的船舶动力定位系统自抗扰控制器设计。仿真实验验证了灰狼算法在控制器参数整定过程中的有效性。

关键词：动力定位系统自抗扰控制器改进扩张状态观测器灰狼算法

基于三滑模结构的永磁同步电机无传感器控制策略研究

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基于三滑模结构的永磁同步电机无传感器控制策略研究

作者：罗雯兰州交通大学

学位级别：硕士

与传统的异步电机相比,永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)由永磁体提供励磁,不需安装复杂的励磁装置,便于维护检修,结构更为简单,体积较小,可以适用于多种复杂环境,且功率因数和效率也更高。因此PMSM在航空、电器... 详细信息

与传统的异步电机相比,永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)由永磁体提供励磁,不需安装复杂的励磁装置,便于维护检修,结构更为简单,体积较小,可以适用于多种复杂环境,且功率因数和效率也更高。因此PMSM在航空、电器、伺服驱动、交通等诸多工业领域得到广泛应用。为了改善传统PMSM滑模控制系统具有的负载扰动、滑模抖振、滑模观测器观测精度差等不确定性因素所带来的问题,本文以PMSM矢量控制系统为研究对象,开展基于新型趋近律速度环滑模控制器、改进扩张状态观测器及两级滤波滑模观测器无传感器运行方法的相关研究。首先,建立了PMSM的解耦数学模型,分析了滑模控制中的指数趋近律,指出了其存在固有滑模抖振的原因,提出了一种结合双曲正弦函数和指数趋近律的新型趋近律,并在PMSM矢量控制速度环设计基于新型趋近律的积分滑模控制器,该控制器可以改善滑模控制中的抖振问题,同时也可以有效提高滑模响应速度,提高系统性能。其次,将滑模控制律与传统扩张状态观测器相结合,设计了一种改进扩张状态观测器对系统中扰动转矩进行估计,同时把估计值作为输入信号反馈给速度环,使系统抗扰动能力得到提升。再次,为保证滑模观测器可以精确估计出转子速度与位置信息,设计了一种两级滤波滑模观测器,该观测器通过Sigmiod函数来平滑估计信号,通过变截止频率低通滤波器保证滑模观测器在启动时的自适应滤波能力,通过修正反电动势观测器来进行二次滤波以保证扩展反电动势的观测精度,通过反正切函数对转子速度与位置信息进行合理的补偿与提取。最后,根据本文提出的控制方法,在MATLAB/Simulink环境中对基于新型趋近律的速度环积分滑模控制器、改进扩张状态观测器和两级滤波滑模观测器进行模型搭建,完成了基于三滑模结构的PMSM无传感器控制系统的仿真建模。仿真结果表明,PMSM在启动时能够快速到达给定转速,在负载转矩存在扰动时,控制系统控制效果良好,整体响应优异。

关键词：永磁同步电机积分滑模控制器改进扩张状态观测器两级滤波滑模观测器三滑模结构

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基于改进自抗扰的永磁同步电机位置伺服系统

电机与控制应用 2020年第10期47卷 33-39页

作者：贾红敏张立广闫曌西安工业大学电子信息工程学院陕西西安710021

为了提高系统对未知扰动和参数变化的鲁棒性,将自抗扰控制(ADRC)策略引入到永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统中,并对ADRC策略进行改进,使系统满足高性能伺服控制要求。通过对ADRC中扩张状态观测器(ESO)结构的改进,提高观测器对扰动的观... 详细信息

为了提高系统对未知扰动和参数变化的鲁棒性,将自抗扰控制(ADRC)策略引入到永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统中,并对ADRC策略进行改进,使系统满足高性能伺服控制要求。通过对ADRC中扩张状态观测器(ESO)结构的改进,提高观测器对扰动的观测速度。同时,针对ADRC中使用的转动惯量与实际惯量间存在误差,会影响速度ADRC控制器中控制增益的选取,采用在线惯量辨识方法,实时调节控制器参数。综合以上2点改进措施,分别设计转速环、位置环改进ADRC控制器,从根本上提高系统的动态性能和抗扰动能力。最后,通过仿真验证改进ADRC策略在PMSM位置伺服系统中的有效性。

关键词：永磁同步电机位置伺服系统自抗扰控制改进扩张状态观测器转动惯量