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基于跟踪微分器的伺服系统抗干扰特性仿真研究

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机电工程技术 2024年第5期53卷 46-49,195页

作者：母东杰郝河蔡会单杰峰中国电子产业工程有限公司北京100089 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

伺服系统模拟器作为模拟飞机船舶等舵机的环境测试关键设备,其加载力的控制品质决定了模拟器的加载性能。根据加载测试的实际需要,力伺服系统和位置系统(即被加载对象)的刚性连接,会在加载过程中易受到被加载对象等外部干扰的影响,导致... 详细信息

伺服系统模拟器作为模拟飞机船舶等舵机的环境测试关键设备,其加载力的控制品质决定了模拟器的加载性能。根据加载测试的实际需要,力伺服系统和位置系统(即被加载对象)的刚性连接,会在加载过程中易受到被加载对象等外部干扰的影响,导致加载精度难以保证。为优化模拟器力加载特性,采用了跟踪微分器与结构不变性原理相结合,将被加载对象带来的位置等干扰看成是对伺服系统的总扰动,通过跟踪微分器对被加载对象运动速度进行观测,并采用跟踪微分器来获取加载系统的速度来进行前馈补偿。该补偿对于伴随有随机噪声的输入信号,起到微分并滤波的作用,减小被动加载误差。最后通过仿真实验对比了所提出的控制策略与传统PID控制的加载效果,结果表明采用本文所述控制方法可有效抑制被动加载时的外部扰动,提高了电液力伺服加载系统的加载精度。

关键词：伺服系统数学仿真跟踪微分器

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基于反步鲁棒控制与改进跟踪微分器的PMSM无传感器控制

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变参数线性跟踪微分器及其在地平式大视场望远镜中的应用

电力系统保护与控制 2023年第15期51卷 87-96页

作者：张荣芸邱天时培成梅烨李浩然郑昆明安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖 241000 安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖 241000 安徽工程大学汽车新技术安徽省工程技术中心安徽芜湖 241000

为了进一步提高永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)无传感器控制的观测精度,提出了基于反步鲁棒控制与改进跟踪微分器的PMSM无传感器控制方法.首先,建立了PMSM的数学模型.其次,以Sigmoid函数为基础,设计跟踪微分器... 详细信息

为了进一步提高永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)无传感器控制的观测精度,提出了基于反步鲁棒控制与改进跟踪微分器的PMSM无传感器控制方法.首先,建立了PMSM的数学模型.其次,以Sigmoid函数为基础,设计跟踪微分器,实现对PMSM转子转速和位置的观测.然后,为了提高系统的抗扰能力,将反步控制和鲁棒控制相结合,对PMSM调速系统设计了反步鲁棒控制器.最后,设计了双曲正切跟踪微分器对外部负载进行实时观测,并将其补偿给控制系统,达到降低负载扰动对电机转速影响的目的.实验结果表明,该观测器对电机转子转速和位置具有良好的观测效果,同时反步鲁棒控制也具有较高的控制精度,对负载有很好的抑制效果.

关键词：永磁同步电机反步控制鲁棒控制无传感器控制跟踪微分器

来源：博看期刊评论

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光学精密工程 2022年第23期30卷 3045-3057页

作者：杨晓霞邓永停赵金宇张斌中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

为了对具有速度和加速度限制的物理信号安排合理的过渡过程,提出了一种带有速度和加速度饱和限制的变参数线性跟踪微分器。将跟踪微分器的快速因子设计为跟踪误差减函数的形式,即使在初始跟踪误差非常大的时候也不会产生非常大的加速度... 详细信息

为了对具有速度和加速度限制的物理信号安排合理的过渡过程,提出了一种带有速度和加速度饱和限制的变参数线性跟踪微分器。将跟踪微分器的快速因子设计为跟踪误差减函数的形式,即使在初始跟踪误差非常大的时候也不会产生非常大的加速度,同时结合速度和加速度饱和的限制,使用同一组参数就可以对大范围的阶跃信号给出与物理系统反馈能力相匹配的过渡过程信号。仿真计算表明,所设计的跟踪微分器的跟踪效果与经典的非线性跟踪微分器几乎相同,计算复杂度却明显降低。将所设计的跟踪微分器应用于地平式大视场望远镜的快速调转定位中,与工程中常用的位置分段方式进行对比,响应时间缩短了大约15%~37%,有效提高了望远镜的搜索效率。变参数跟踪微分器不但能够起到过渡作用,还能最大限度地激发物理系统的反馈能力。该方法参数设置简单,易于工程中的调试和实现。

关键词：伺服控制跟踪微分器变参数过渡过程安排地平式大视场望远镜

基于未知状态估计器和改进跟踪微分器的柔性关节预设性能反演控制

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2023年第3期40卷 336-353页

作者：宋传明杜钦君庞浩李存贺焦提操山东理工大学电气与电子工程学院淄博255049

为解决由模型不确定性和外部未知干扰导致的柔性关节系统控制偏差问题,提出一种基于未知状态估计器和跟踪微分器的预设性能反演控制方法。设计一种基于低通滤波器的未知状态估计器,该估计器仅依赖于模型的名义值即可估计集总扰动。构造... 详细信息

为解决由模型不确定性和外部未知干扰导致的柔性关节系统控制偏差问题,提出一种基于未知状态估计器和跟踪微分器的预设性能反演控制方法。设计一种基于低通滤波器的未知状态估计器,该估计器仅依赖于模型的名义值即可估计集总扰动。构造了一种新的有限时间收敛预设性能函数,并基于该函数设计反演控制器,用于在保证闭环系统所有信号有界的情况下,使关节跟踪误差在约定时间内收敛到预定的任意小区域。为避免反演控制器的微分爆炸问题,设计基于改进Sigmoid函数的跟踪微分器来估计虚拟控制律的微分信号。仿真结果表明,在未建模动态和外部未知干扰的影响下,所提方法能够保证关节跟踪误差在有限时间内收敛到任意给定范围,有效提高了柔性关节的瞬态和稳态性能。

关键词：柔性关节未知状态估计器跟踪微分器预设性能控制反演控制

基于新型跟踪微分器的磁浮车悬浮控制算法研究

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铁道科学与工程学报 2023年第10期20卷 3954-3964页

作者：张文进林志坚张睿扬龙志强顾秋明张和洪福州大学物理与信息工程学院福建福州350000 南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 国防科技大学智能科学学院湖南长沙410073 乐嘉建设工程有限公司福建福州350000 福州大学计算机与大数据学院/软件学院福建福州350000

针对磁浮列车运行过程中悬浮间隙信号存在随机噪声的问题,在间隙传感器输出端加入跟踪微分器(Tracking-Differentiator,TD)对信号进行跟踪滤波,进而设计反馈控制器实现磁浮列车稳定悬浮。以状态反步法确定最速离散二阶系统的边界曲线以... 详细信息

针对磁浮列车运行过程中悬浮间隙信号存在随机噪声的问题,在间隙传感器输出端加入跟踪微分器(Tracking-Differentiator,TD)对信号进行跟踪滤波,进而设计反馈控制器实现磁浮列车稳定悬浮。以状态反步法确定最速离散二阶系统的边界曲线以及控制特征曲线,并确定可达区与线性区的控制量,区别于韩京清跟踪微分器算法(fhan-TD)中比较复杂的非线性运算,构造了具备线性特征的简易最速综合控制函数进而设计了一种新型跟踪微分器算法;以间隙信号及速度信号为状态变量创建二阶状态方程,根据实际磁浮列车悬浮结构建立磁浮车单点悬浮控制系统模型;在PID(Proportional IntegralDerivative)控制器的基础上,引入所提出的新型跟踪微分器对间隙输出信号进行跟踪滤波,搭建基于跟踪微分器的悬浮反馈控制器框架,实现磁浮车的稳定悬浮。数值仿真结果表明,所提出的跟踪微分器算法具有良好的跟踪滤波性能与相位品质,与传统fhan-TD相比,当输入带噪声正弦信号时,其滤波效果提升了37.5%,相位滞后减少了5.04%;当输入带噪声方波信号时,其滤波效果提升了33.87%,相位滞后减少了30.34%。试验结果表明,所提出的跟踪微分器能够有效抑制间隙传感器中不同强度的随机噪声,并且所设计的悬浮反馈控制器使得磁浮列车在悬浮上升阶段超调量减少了6.57%,调节时间缩短了0.11 s,验证了所提算法的有效及实用性。该新型跟踪微分器及其反馈控制器对于工程实现具有很好的参考价值。

关键词：磁浮列车悬浮控制跟踪微分器滤波微分

基于跟踪微分器的永磁同步电机双时间尺度滑模控制研究

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上海交通大学学报 2023年

作者：车志远余海涛庞玉毅章嘉辉东南大学电气工程学院

由于永磁同步电机的电流响应远快于机械动态，本文提出一种基于跟踪微分器的双时间尺度滑模控制方法。首先，在两相同步旋转正交坐标系上建立数学模型，并基于准稳态理论得到快慢子系统。其次，为了解决传统指数趋近存在趋近速度与抖振... 详细信息

由于永磁同步电机的电流响应远快于机械动态，本文提出一种基于跟踪微分器的双时间尺度滑模控制方法。首先，在两相同步旋转正交坐标系上建立数学模型，并基于准稳态理论得到快慢子系统。其次，为了解决传统指数趋近存在趋近速度与抖振现象相互矛盾的问题，引入一种新型趋近律，并对其能达时间和切换带进行对比分析。然后，在双时间尺度内分别设计控制律，从而构成基于跟踪微分器的复合非级联滑模控制器。最后，通过仿真对比和实验结果验证所提方法的优势和有效性。研究结果表明，所提的控制策略能实现无超调跟踪，且伺服系统的动态响应过程迅速。在永磁同步电机反转，以及受到外部负载扰动的影响时，控制系统具有良好的动态性能和较强的鲁棒性。

关键词：永磁同步电机双时间尺度跟踪微分器滑模控制趋近律非级联

基于跟踪微分器的步进电机自适应速度曲线设计

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空间控制技术与应用 2022年第2期48卷 88-95页

作者：张航宁李文新梁绪兰州空间技术物理研究所兰州730000

为了使步进电机尽可能快地达到额定转速或目标角度且避免失步,需要针对性地设计加减速曲线,如梯形、S形等.传统的固定设计速度曲线的方法只适合步进电机的目标位置、方向、初始速度、最大限制速度和加速度等参数已经事先确定并在电机达... 详细信息

为了使步进电机尽可能快地达到额定转速或目标角度且避免失步,需要针对性地设计加减速曲线,如梯形、S形等.传统的固定设计速度曲线的方法只适合步进电机的目标位置、方向、初始速度、最大限制速度和加速度等参数已经事先确定并在电机达到目标位置之前不再改动的情况,而在步进电机的很多应用中需要在电机工作时临时修改运行参数,或有初始速度不能事先确定的情况,此时就需要实时对已经设计完成的速度曲线进行修正,算法较为复杂.使用自抗扰控制理论中的跟踪微分器方法,解决了上述需要频繁修改速度曲线的问题,优化了算法复杂度,减小了计算量,并在STM32微控制器上对算法进行了验证,在以步进电机作为关节驱动的机械臂控制中得到了实际应用.

关键词：步进电机速度曲线跟踪微分器自抗扰控制

基于跟踪微分器的增量动态逆容错控制方法及应用

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飞行力学 2023年第5期41卷 44-51页

作者：蔡云鹏张鹏韩英华沈阳飞机设计研究所辽宁沈阳110035

为提高飞机对干扰的鲁棒性,提出一种基于跟踪微分器的非线性增量动态逆控制方法,并基于此方法设计飞机飞行容错控制律。首先,利用传递函数补偿法同步角速度和舵面偏转信号降低角速度传感器对闭环系统的影响。然后,为克服估计角加速度时... 详细信息

为提高飞机对干扰的鲁棒性,提出一种基于跟踪微分器的非线性增量动态逆控制方法,并基于此方法设计飞机飞行容错控制律。首先,利用传递函数补偿法同步角速度和舵面偏转信号降低角速度传感器对闭环系统的影响。然后,为克服估计角加速度时差分放大残余噪声的问题,采用跟踪微分器来替代传统差分方法,在保证角加速度准确性的同时降低测量噪声。最后,通过数值仿真验证了所提出的基于跟踪微分器的增量动态逆控制方法的性能。结果表明,该控制方法对机翼损伤故障具有鲁棒性,能够消除传感器动态对系统的影响,并且能够有效降低测量噪声对系统的影响。

关键词：跟踪微分器增量动态逆传感器动态机翼损伤故障

SA-PSO优化边界最速跟踪微分器在光伏功率平滑中的应用

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电子测量技术 2022年第14期45卷 36-42页

作者：赵海成李辉上海电力大学自动化工程学院上海200090

为了进一步减小光伏阵列并网的功率波动,本文提出了一种基于可变边界最速跟踪微分器的光伏并网功率平滑方法,并采用模拟退火粒子群算法优化边界参数。首先,根据可变边界理论构造广义可变边界最速跟踪微分器。随后,针对边界参数优化问题... 详细信息

为了进一步减小光伏阵列并网的功率波动,本文提出了一种基于可变边界最速跟踪微分器的光伏并网功率平滑方法,并采用模拟退火粒子群算法优化边界参数。首先,根据可变边界理论构造广义可变边界最速跟踪微分器。随后,针对边界参数优化问题,本文提出基于短时间尺度波动率的适应度函数进行实时优化,提高了算法的平滑跟踪能力。以华东某地区光伏阵列为例,实验验证该策略比传统策略平滑效果更优越,功率的最大波动和平均波动分别降低了64%和16%,储能充放电能量减少了5%。

关键词：跟踪微分器可变边界理论模拟退火粒子群算法光伏功率平滑