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永磁直线同步电机自适应分数阶终端滑模控制

电工技术学报 2023年第20期38卷 5434-5443页

作者：赵鑫宇王丽梅沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870

针对永磁直线同步电机的位置跟踪性能易受负载扰动、动子质量变化等不确定性的影响,提出一种基于半正定屏障函数的自适应分数阶终端滑模控制策略。首先,采用分数阶终端滑模控制方法来抑制不确定性对系统的影响,保证了跟踪误差在有限时... 详细信息

针对永磁直线同步电机的位置跟踪性能易受负载扰动、动子质量变化等不确定性的影响,提出一种基于半正定屏障函数的自适应分数阶终端滑模控制策略。首先,采用分数阶终端滑模控制方法来抑制不确定性对系统的影响,保证了跟踪误差在有限时间收敛,且能够有效地减小系统稳态误差。然后,为了进一步改善系统鲁棒跟踪性能,设计基于半正定屏障函数的自适应控制对不确定扰动的上界进行估计,避免了控制增益的过高估计且削弱了系统抖振。此外,该自适应策略在不需要外界扰动先验信息的情况下,可以使得系统误差收敛到一个预定的零邻域内。最后,实验结果表明,该策略提高了系统的跟踪精度,对负载扰动和附加有效载荷具有较强鲁棒性。

关键词：永磁直线同步电机自适应分数阶终端滑模控制半正定屏障函数鲁棒性

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永磁直线同步电机的双闭环鲁棒补偿控制

电机与控制学报 2022年第3期26卷 101-108页

作者：武志涛杨兆宁辽宁科技大学电子与信息工程学院辽宁鞍山114051

针对永磁直线同步电机的控制系统易受参数变化、传输延迟及外部扰动影响的问题,提出一种鲁棒补偿控制器和时间延迟补偿器相结合的控制方案用于电流环和速度环的双闭环控制。鲁棒补偿控制器由一阶参考模型的逆函数、一个输入项和一个积... 详细信息

针对永磁直线同步电机的控制系统易受参数变化、传输延迟及外部扰动影响的问题,提出一种鲁棒补偿控制器和时间延迟补偿器相结合的控制方案用于电流环和速度环的双闭环控制。鲁棒补偿控制器由一阶参考模型的逆函数、一个输入项和一个积分项组成。系统延迟补偿器采用逆系统延迟模型来补偿系统传输延迟效应。该复合控制方案可以减少由于参考模型与未知实际系统模型不同而引起的建模不确定性,并可以抑制dq轴耦合效应、摩擦力、传输延迟等因素引起的扰动。该控制方案结构简单,系统稳态时的输出等于输入,无需结合其它控制算法。最后,仿真和实验结果验证了该方案可以有效地抑制负载及外部扰动对速度控制系统的影响,使系统具有良好的稳定性和鲁棒性。

关键词：永磁直线同步电机级联控制双闭环鲁棒控制传输延迟

永磁直线同步电机自适应模糊神经网络时变滑模控制

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电工技术学报 2022年第4期37卷 861-869页

作者：魏惠芳王丽梅沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870

针对永磁直线同步电机(PMLSM)在跟踪不同参考轨迹运动时,易受参数变化、外部扰动以及摩擦力等不确定因素影响而降低伺服性能的问题,提出一种基于自适应模糊神经网络时变滑模控制器(AFNNTSMC)的精密位置跟踪方法。首先,在PMLSM数学模型... 详细信息

针对永磁直线同步电机(PMLSM)在跟踪不同参考轨迹运动时,易受参数变化、外部扰动以及摩擦力等不确定因素影响而降低伺服性能的问题,提出一种基于自适应模糊神经网络时变滑模控制器(AFNNTSMC)的精密位置跟踪方法。首先,在PMLSM数学模型的基础上,将时变滑模面引入到传统滑模控制器(SMC)中设计时变滑模控制器(TSMC)。通过调整时变滑模面的斜率,可以在保证鲁棒性的前提下,有效缩短系统状态到达滑动模态的时间,提高系统的响应速度。其次,由于TSMC中斜率值较难获得,因此将其与模糊神经网络相结合设计AFNNTSMC方法。通过采用Lyapounov函数设计自适应律,对时变滑模面的斜率值实时估计并在线调整,保证系统达到最佳伺服性能。最后,在参数变化和外部扰动两种实验条件下,验证所提方法的有效性。实验结果表明,AFNNTSMC可以有效提高系统的响应速度和位置跟踪精度,对不确定性因素具有较强的鲁棒性。

关键词：永磁直线同步电机时变滑模控制自适应模糊神经网络鲁棒性

永磁直线同步电机动态边界层全局互补滑模控制

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电工技术学报 2020年第9期35卷 1945-1951页

作者：金鸿雁赵希梅原浩沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870

为解决永磁直线同步电机(PMLSM)运行过程中对参数变化、外部扰动和摩擦力等不确定性因素敏感的问题,提出一种动态边界层全局互补滑模控制(GCSMC)方法。首先建立含有不确定性因素在内的PMLSM数学模型。然后利用广义滑模面和互补滑模面相... 详细信息

为解决永磁直线同步电机(PMLSM)运行过程中对参数变化、外部扰动和摩擦力等不确定性因素敏感的问题,提出一种动态边界层全局互补滑模控制(GCSMC)方法。首先建立含有不确定性因素在内的PMLSM数学模型。然后利用广义滑模面和互补滑模面相结合的方式设计互补滑模控制器,来抑制不确定性因素对系统的影响,进而削弱抖振,但其边界层厚度值恒定不变,致使系统状态轨迹只能在边界层范围内收敛。为此,采用新型饱和函数来设计全局互补滑模控制器,以实现边界层的动态变化,使边界层厚度值随状态轨迹的变化而减小直至收敛到切换平面上,进一步提高了系统在边界层内的鲁棒性。实验结果表明该方法既改善了系统跟踪性能,又保证了系统的全局鲁棒性。

关键词：永磁直线同步电机不确定性因素动态边界层全局互补滑模控制鲁棒性

永磁直线同步电机空载反电动势和推力的解析计算

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电工技术学报 2021年第5期36卷 954-963页

作者：王明杰贾宛英张志艳徐伟司纪凯郑州轻工业大学电气信息工程学院郑州450002 华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074 郑州大学电气工程学院郑州450001

针对目前永磁直线同步电机(PMLSM)磁场解析模型的复杂性,为了提高解析模型的计算效率,采用改进的二维气隙相对磁导函数,以计算考虑齿槽效应时电机的空载反电动势和推力。首先建立无槽PMLSM解析模型,提出改进的二维气隙相对磁导函数以解... 详细信息

针对目前永磁直线同步电机(PMLSM)磁场解析模型的复杂性,为了提高解析模型的计算效率,采用改进的二维气隙相对磁导函数,以计算考虑齿槽效应时电机的空载反电动势和推力。首先建立无槽PMLSM解析模型,提出改进的二维气隙相对磁导函数以解决切向气隙相对磁导分布,根据有槽PMLSM解析模型计算出电机开槽时的气隙磁通密度法向和切向分布。基于磁场解析模型得到不同极槽配合下电机的空载反电动势和推力,探讨极槽配合、不同槽宽及绕组分布对电磁参数的影响,并用有限元法证明了解析法的正确性。该文提出的方法在保证准确度的前提下,适用于整数槽、分数槽绕组PMLSM的电磁参数计算,具有求解方法简便、计算量小、通用性好的特点,有利于电机的快速电磁设计和性能优化。

关键词：永磁直线同步电机气隙相对磁导空载反电动势推力解析法

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永磁直线同步电机无模型滑模控制策略研究

永磁直线同步电机无模型滑模控制策略研究

作者：胡靖江南大学

学位级别：硕士

永磁直线同步电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)是直驱式伺服系统的关键部件,无需中间机械传动装置便可做直线运动。PMLSM具有加速度大、精度高、保持性好、效率高、组合灵活等优点,已经广泛运用于精密加工、城轨... 详细信息

永磁直线同步电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)是直驱式伺服系统的关键部件,无需中间机械传动装置便可做直线运动。PMLSM具有加速度大、精度高、保持性好、效率高、组合灵活等优点,已经广泛运用于精密加工、城轨交通、航空航天等领域。当PMLSM在复杂工况下运行时,容易受到电机参数变化、推力波动、摩擦力和负载力等不确定因素的影响,这些不确定干扰会直接作用于电机本体,并且无法通过中间传动装置来削弱,最终导致PMLSM的稳定性和动态特性受到不利影响。因此,先进的控制策略对于PMLSM的高精度运行具有重要作用。本文面向精密运动控制领域,以PMLSM为研究对象,针对其速度跟踪控制策略设计开展了一系列的相关研究,主要研究内容如下:首先,简要介绍直线电机的国内外研究现状与应用,并总结归纳目前文献中直线电机控制策略的研究成果。接着,说明PMLSM基本结构和工作原理,并结合坐标变换推导出PMLSM在同步旋转坐标系下的动力学模型。然后,根据矢量控制和PI控制搭建基本的PMLSM驱动控制系统。由于目前许多PMLSM的控制策略是基于数学模型而对控制器进行设计的,这导致控制器的性能容易受到系统参数变化和集总扰动的影响。因此,本文采用一种新型无模型控制策略并建立PMLSM的超局部模型,有效地降低了控制器对系统精确数学模型的依赖。其次,针对PMLSM容易受到集总扰动变化、永磁体磁链和摩擦系数变化的影响,提出一种基于预设性能的无模型分数阶滑模控制。为了确保速度跟踪误差被约束在预设的范围内并改善系统动态特性,采用一种预设性能控制。然后根据PMLSM进给系统的速度环的输入和输出信号建立超局部模型。接着设计扩张状态观测器对超局部模型中的未知总扰动在线估计,并前馈补偿给速度环控制器。最后,将速度环控制器中的反馈控制器设计为分数阶滑模控制器,使系统状态在很短时间内收敛到平衡点,有效加强了PMLSM进给系统的鲁棒性。最后通过MATLAB/Simulink仿真验证该控制器的有效性。接着,提出一种基于观测器的无模型分数阶非奇异快速终端滑模控制策略,使PMLSM抑制匹配和不匹配扰动的能力进一步提升。首先,根据PMLSM伺服系统的外部速度环和内部电流环的输入和输出信号分别建立超局部模型。接着,设计两个有限时间干扰观测器,实现对超局部模型中匹配和不匹配扰动的快速准确估计。然后,设计一种分数阶非奇异快速终端滑模控制策略,实现了系统状态的有限时间收敛性,提升了系统的动态响应性和鲁棒性。此外,所提控制器属于非级联控制,有效简化了控制器的结构。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制策略的优越性和可行性。最后,为了验证本文所提出的控制策略在实际中的控制效果,搭建了基于d SPACE DS1104的PMLSM驱动系统半实物仿真平台,将所提出的控制策略与PI控制、传统无模型控制、滑模控制等方法进行比较,进一步证明所提出的控制策略的有效性。

关键词：永磁直线同步电机无模型控制滑模控制分数阶微积分观测器

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永磁直线同步电机的智能增量滑模控制

电机与控制学报 2017年第9期21卷 47-54页

作者：赵希梅王晨光沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870

针对永磁直线同步电机直接驱动伺服系统的位置跟踪精度易受参数变化、外部扰动、端部效应等不确定性因素的影响,提出了一种将小波神经网络(wavelet neural network,WNN)和增量滑模控制器相结合的智能增量滑模控制方法。利用系统先前的... 详细信息

针对永磁直线同步电机直接驱动伺服系统的位置跟踪精度易受参数变化、外部扰动、端部效应等不确定性因素的影响,提出了一种将小波神经网络(wavelet neural network,WNN)和增量滑模控制器相结合的智能增量滑模控制方法。利用系统先前的状态信息和控制动作作为反馈量,同时选择饱和函数作为切换函数来设计增量滑模控制器,不仅削弱了抖振,而且提高了系统的跟踪性能;利用WNN实时观测和补偿参数变化和外部扰动等影响,并采用改进的粒子群优化算法在线调整WNN的学习率,对不确定因素进行实时估计。从理论上分析证明了此控制器可以保证系统收敛,提高了直线伺服系统的控制性能。通过系统实验,证明了所提出方案的有效性,与滑模控制(sliding mode control,SMC)相比,系统具有强鲁棒性和良好的位置跟踪精度,明显地削弱了抖振现象。

关键词：永磁直线同步电机智能增量滑模控制小波神经网络改进粒子群优化算法位置跟踪

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永磁直线同步电机驱动控制系统优化研究

永磁直线同步电机驱动控制系统优化研究

作者：孙世龙中国矿业大学

学位级别：硕士

永磁直线同步电机(PMLSM)拥有动态性能好、定位精度高、推力密度大和速度快等优势，在众多领域中得到广泛应用。随着现代化工业的不断发展，对PMLSM驱动控制系统的性能提出了更高的要求。因此，对PMLSM驱动控制系统电流和速度控制技术... 详细信息

永磁直线同步电机(PMLSM)拥有动态性能好、定位精度高、推力密度大和速度快等优势，在众多领域中得到广泛应用。随着现代化工业的不断发展，对PMLSM驱动控制系统的性能提出了更高的要求。因此，对PMLSM驱动控制系统电流和速度控制技术以及无位置传感器控制技术等关键控制技术进行优化研究具有重要意义。　　针对无差拍预测电流控制(DPCC)中的时延问题和参数失配问题，本文采用一种一步延时补偿算法来解决时延问题，对于参数失配问题，本文设计了一种基于超扭滑模观测器(STSMO)的参数扰动观测器用于观测参数扰动分量并进行前馈补偿，并通过仿真分析和实验验证证明了所提出方法的有效性。　　对于速度控制技术的优化研究，针对直线电机的推力波动问题，本文提出了一种引入推力波动补偿的滑模变结构速度控制方法。首先对推力波动进行数学建模，通过有限元仿真方法对推力波动中的齿槽力分量进行数学建模。通过超扭滑模推力扰动观测器对推力波动中的不匹配扰动分量进行建模，然后结合推力波动数学模型来进行滑模变结构速度控制器设计。最后通过仿真和实验证实，本文所提出的方法能够有效削减推力波动的不利影响，实现高动态响应速度的同时保持稳定的速度控制性能。　　为了避免物理位置传感器的不利影响，本文对无位置传感器控制技术进行了研究。针对传统滑模观测器的滑模抖振问题，本文首先采用高阶滑模观测器(HSMO）来获取反电势，HSMO能够有效地从源头上减少滑模抖振的产生。然后应用二阶广义积分器锁相环(SOGI-PLL)技术对反电势进行自适应带通滤波处理来削减高次谐波，同时用闭环的PLL方法来获取位置信息，这可以进一步将滑模抖振的不利影响降到最低，最终实现系统性削减滑模抖振的优化目标。最后通过仿真和实验验证了本文所提出的方法能够有效削减滑模抖振的不利影响，获得精确的位置和速度估计。

关键词：永磁直线同步电机无差拍预测电流控制推力波动滑模观测器

永磁直线同步电机自适应反推全局快速终端滑模控制

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电工技术学报 2020年第8期35卷 1634-1641页

作者：付东学赵希梅沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统位置跟踪精度易受参数变化、负载扰动、摩擦力等不确定性因素影响的问题,提出自适应反推全局快速终端滑模控制(ABGFTSMC)方法。首先,建立含有不确定性的PMLSM动态数学模型。然后,采用反推控制将复... 详细信息

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统位置跟踪精度易受参数变化、负载扰动、摩擦力等不确定性因素影响的问题,提出自适应反推全局快速终端滑模控制(ABGFTSMC)方法。首先,建立含有不确定性的PMLSM动态数学模型。然后,采用反推控制将复杂的非线性系统分解成低阶子系统,并利用全局快速终端滑模控制将系统状态快速收敛到平衡点,提高系统的响应速度,增强系统的鲁棒性;再结合自适应控制实时调整切换控制增益值,以便获得合适的切换增益,从而削弱了抖振现象。从理论上证明了该控制方案能够使系统获得快速收敛性和良好的跟踪性。最后,通过系统实验证明了所提出的控制方案不仅具有更快的收敛性,而且具有更快的跟踪性和更强的鲁棒性。

关键词：永磁直线同步电机反推全局快速终端滑模控制自适应抖振鲁棒性