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自动化与仪表 2003年第6期18卷 8-11页

作者：柳贵东佘龙华国防科技大学磁悬浮中心湖南长沙410073

以LMS算法为基础,为存在对象扰动的控制系统设计了自适应对象扰动估计算法和自适应对象扰动抑制算法,从而使系统在不进行扰动测量的情况下,实时地对对象扰动进行估计并进行主动扰动抑制。磁悬浮小球系统的应用结果表明,该方法对磁悬浮... 详细信息

以LMS算法为基础,为存在对象扰动的控制系统设计了自适应对象扰动估计算法和自适应对象扰动抑制算法,从而使系统在不进行扰动测量的情况下,实时地对对象扰动进行估计并进行主动扰动抑制。磁悬浮小球系统的应用结果表明,该方法对磁悬浮系统的对象扰动具有明显的抑制作用。

关键词：磁悬浮系统对象扰动自适应估计 LMS算法主动扰动抑制

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基于降阶扩张状态观测器的逆变系统重复控制设计

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信息与控制 2022年第1期51卷 88-97页

作者：钟傲男周兰姜福喜湖南科技大学信息与电气工程学院湖南湘潭411100

针对具有参数不确定性和负载扰动的单相全桥LC型逆变器,提出一种基于降阶扩张状态观测器(ROESO)的重复控制系统设计方法。首先,根据电路定理推导出逆变器的数学模型,并针对该模型利用系统可测量输出电压构造ROESO,用以实时估计由系统参... 详细信息

针对具有参数不确定性和负载扰动的单相全桥LC型逆变器,提出一种基于降阶扩张状态观测器(ROESO)的重复控制系统设计方法。首先,根据电路定理推导出逆变器的数学模型,并针对该模型利用系统可测量输出电压构造ROESO,用以实时估计由系统参数不确定性和外部干扰组成的总扰动。在此基础上,嵌入改进型重复控制器,构造复合重复控制规律,实现对扰动的有效抑制和对周期性参考输入的高精度跟踪。然后,利用小增益定理推导出系统的全局稳定性条件,并给出控制器参数整定方法和系统设计步骤。最后,通过仿真验证所提方法的有效性和优越性。

关键词：逆变器主动扰动抑制降阶扩张状态观测器重复控制

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基于扰动主动补偿的分布式发电系统逆变器重复控制

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作者：钟傲男湖南科技大学

学位级别：硕士

可再生能源分布式发电系统是缓解能源危机和改善环境污染的重要途径。而逆变器作为分布式发电系统与用户、电网间的接口装置,既能离网供能于本地负荷,又能并网输送电能给电网,是分布式发电系统的核心部件。逆变器的控制性能直接影响到... 详细信息

可再生能源分布式发电系统是缓解能源危机和改善环境污染的重要途径。而逆变器作为分布式发电系统与用户、电网间的接口装置,既能离网供能于本地负荷,又能并网输送电能给电网,是分布式发电系统的核心部件。逆变器的控制性能直接影响到分布式发电系统输出电能的质量,而在实际逆变系统中不可避免地存在系统参数不确定性、开关管导通压降、死区时间、负载突变和电网阻抗等扰动。这些扰动的存在会导致逆变系统输出电能质量降低,导致可再生能源转换效率变低。因此,为了提高逆变系统的控制性能和鲁棒性,保证输出电能的质量,提出高效的逆变系统鲁棒控制设计方法,有着重要的理论意义和应用价值。本文以单相和三相逆变系统为研究对象,根据其在分布式发电系统中不同的工作模式,引入主动扰动抑制思想,提出基于扰动估计与补偿的逆变系统重复控制设计方法,旨在提高逆变系统的扰动抑制和跟踪控制性能,保证逆变系统在复杂环境下输出稳定、可靠的高质量电能。本文主要围绕以下三个方面开展研究工作:(1)基于降阶扩张状态观测器的单相LC型离网逆变系统重复控制设计针对具有参数不确定性和负载扰动的单相LC型逆变器,提出一种基于降阶扩张状态观测器的重复控制系统设计方法。首先,根据电路定理推导出逆变器的数学模型,并针对该模型利用系统可测量输出电压构造降阶扩张状态观测器,用以实时估计由系统参数不确定性和外部干扰组成的总扰动。在此基础上,嵌入改进型重复控制器,构造复合重复控制规律,实现对扰动的有效抑制和对周期性参考输入的高精度跟踪。然后,利用小增益定理推导出系统的全局稳定性条件,并给出控制器参数整定方法和系统设计步骤。最后,通过仿真验证所提方法的有效性和优越性。(2)基于等价输入干扰补偿的单相LCL型并网逆变系统重复控制参数优化设计针对弱电网下具有谐波、阻抗等扰动的单相LCL型并网逆变器,提出一种基于等价输入干扰补偿的重复控制系统参数优化设计方法。首先,根据基尔霍夫定律推导出逆变器的数学模型,并针对该模型设计全阶状态观测器,利用其估计误差建立等价输入干扰估计器,用以实时消除扰动对于系统输出的影响。其次,嵌入改进型重复控制器,构造复合重复控制规律,实现对周期性参考输入的高精度跟踪。然后,利用小增益定理推导出系统的全局稳定性条件,构建包含系统跟踪性能和收敛速度的目标优化函数,并采用粒子群优化算法实现对基于等价输入干扰补偿的重复控制系统中所有参数的同步优化。最后,通过仿真验证所提方法的有效性和优越性。(3)基于干扰观测器的三相LCL型并网逆变系统重复控制参数优化设计针对具有参数摄动和电网谐波等扰动的三相LCL型并网逆变器,提出一种基于干扰观测器的复合重复控制系统参数优化设计方法。首先,根据基尔霍夫定律推导出系统的数学模型,利用系统模型信息设计干扰观测器,对系统的非周期扰动进行估计。其次,嵌入改进型重复控制器,构造复合重复控制规律,消除周期和非周期扰动对系统输出的影响,实现对参考输入的高精度跟踪。然后,利用小增益定理推导出系统稳定性条件,构建包含系统跟踪性能和收敛速度的目标优化函数,并采用粒子群优化算法实现对基于干扰观测器的重复控制系统中所有参数的同步优化。最后,通过仿真验证所提方法的有效性和优越性。

关键词：分布式发电系统逆变器主动扰动抑制重复控制参数优化

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基于扰动主动补偿的永磁同步电机伺服系统滑模控制

基于扰动主动补偿的永磁同步电机伺服系统滑模控制

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作者：易小军湖南科技大学

学位级别：硕士

永磁同步电机伺服系统是一个非线性、强耦合、多变量的复杂对象,不可避免地存在参数摄动、未知非线性动态等不确定性和负载转矩影响,这些不确定性和扰动使得永磁同步电机伺服系统难以获得期望的控制性能,甚至影响系统的稳定性。因此,提... 详细信息

永磁同步电机伺服系统是一个非线性、强耦合、多变量的复杂对象,不可避免地存在参数摄动、未知非线性动态等不确定性和负载转矩影响,这些不确定性和扰动使得永磁同步电机伺服系统难以获得期望的控制性能,甚至影响系统的稳定性。因此,提出有效的永磁同步电机伺服系统滑模控制设计方法,提高系统的抗扰能力和跟踪性能,保证系统的控制精度、瞬态性能和鲁棒性,有着重要的理论意义和应用价值。本文以永磁同步电机为研究对象,引入主动扰动抑制思想,针对不同工况条件下的转速控制、位置控制和电流控制,分别采用扩张状态观测器方法、等价输入干扰方法和扰动观测器方法,提出基于扰动补偿的永磁同步电机伺服系统滑模控制设计方法,旨在提高系统的抗扰能力和跟踪性能。本文的研究工作主要包括以下三个方面:(1)针对永磁同步电机伺服系统的负载扰动突变问题,提出一种基于扩张状态观测器的滑模控制设计方法。首先,利用系统已知模型信息设计扩张状态观测器,对负载扰动进行实时估计。然后,基于跟踪误差构造滑模面函数,构建滑模趋近律,并结合扰动估计值和趋近律设计滑模控制器。在此基础上,推导出系统的稳定性和收敛性条件。最后,通过仿真分析、以及与PI方法、其他滑模控制方法的比较,说明本文所提方法具有更好的扰动抑制和跟踪控制性能。(2)针对负载扰动突变和齿槽转矩脉动问题,提出一种基于等价输入干扰的永磁同步电机伺服系统滑模控制设计方法。首先,根据永磁同步电机机械运动方程设计降阶状态观测器,并基于观测误差设计等价输入干扰估计器和补偿器,以消除负载扰动突变和齿槽转矩脉动对于电机位置输出的影响。然后,根据电机位置跟踪误差设计滑模控制规律,实现对参考位置信号的准确快速跟踪,并利用李雅普诺夫定理推导出系统的稳定性条件。最后,通过与PI方法、以及基于扩张状态观测器的滑模控制方法进行仿真比较,验证所提方法的有效性和优越性。(3)针对电流谐波导致电机转矩脉动、电磁噪声和电流损耗等问题,提出一种基于扰动观测器的永磁同步电机伺服系统滑模控制方法。首先,利用系统的已知模型信息设计扰动观测器,对负载扰动和未知非线性动态及其导数进行实时估计。然后,利用电机转速跟踪误差构造滑模面函数,构建基于扰动补偿的复合滑模控制律,以消除负载扰动和未知非线性动态对系统输出的影响。在此基础上,建立系统的稳定性和收敛性条件,并通过粒子群算法对滑模控制器参数和扰动观测器参数进行同时优化。最后,通过与PI方法、准谐振控制和其他滑模控制方法的比较仿真,说明所提方法具有更好的扰动抑制和跟踪控制性能。

关键词：永磁同步电机伺服系统滑模控制主动扰动抑制跟踪控制

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基于扰动动态补偿的直流伺服电机转速控制设计

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作者：成磊湖南科技大学

学位级别：硕士

直流伺服电机由于具有能耗低、控制性能好、响应速度快等优点,已广泛应用于工业机器人、数控机床等众多实际控制系统中。同时,电机各部件普遍存在不确定性因素及其干扰,对其性能产生不利影响。如何减小外部负载扰动和参数变化的影响,现... 详细信息

直流伺服电机由于具有能耗低、控制性能好、响应速度快等优点,已广泛应用于工业机器人、数控机床等众多实际控制系统中。同时,电机各部件普遍存在不确定性因素及其干扰,对其性能产生不利影响。如何减小外部负载扰动和参数变化的影响,现实直流伺服电机高速动态响应和高精度跟踪性能具有重要的意义。本文引入基于扩张状态观测器的主动扰动抑制方法,提出扰动主动补偿和鲁棒重复控制设计方法,提高系统的鲁棒性,实现对参考输入信号的高精度跟踪。本文研究工作主要包括如下三个方面:(1)基于线性自抗扰方法的直流电机伺服系统转速控制设计针对具有参数不确定性和外负载扰动的直流电机伺服系统,提出基于线性自抗扰控制方法的转速控制方法。首先,将不确定和外负载视为系统的总扰动,应用系统的传递函数,建立串级积分型状态空间模型,引入新的状态变量(即总扰动),构造扩张状态观测器,对系统的状态和总扰动进行实时估计,并构造扰动补偿器,建立伺服增广系统结构。在此基础上,应用小增益定理,获得闭环系统稳定的充分条件。然后,采用带宽参数优化技术对扩张状态观测器和状态反馈控制器进行分离设计。最后,通过与传统的PID控制方法进行仿真结果比较,说明所设计的直流电机伺服系统具有满意的扰动抑制性能。(2)基于改进型扩张状态观测器的直流电机伺服系统鲁棒控制设计针对具有非匹配扰动的直流电机伺服系统,提出基于改进型扩张状态观测器的扰动估计和补偿方法,消除不确定和外负载扰动对系统输出的影响。首先,针对一般形式的状态空间模型,该所有不确定因素和外负载干扰归纳为总扰动,并将总扰动视为系统新的状态变量,得到原系统的线性化增广状态空间模型。然后,构造改进型扩张状态观测器对系统的状态和总扰动进行估计,并采用变增益扰动补偿方法将扰动估计反馈到系统输入端,设计一种复合控制律,实现对总扰动的实时补偿和系统的镇定控制。论文给出了系统稳定性条件和控制器设计步骤。最后,通过与标准的扩张状态观测器控制方法进行仿真结果比较,显示了所提出的扰动估计和主动补偿方法的优越性。该方法不需要将直流电机表示成串级积分型,适用于一般状态空间模型。同时能够有效抑制非匹配扰动对系统输出的影响,从而推广了线性自抗扰方法的应用范围。(3)基于扰动补偿的直流电机伺服系统鲁棒重复控制设计针对具有周期性参考输入和外负载干扰的直流电机伺服系统,提出基于改进型扩张状态观测器的重复控制方法,同时提高系统的扰动抑制性能和跟踪性能。该系统可看作是一种结合了改进型扩张状态观测器和扰动补偿装置的重复控制系统,其设计过程主要分为两个阶段。首先,构造改进型扩张状态观测器估计系统各状态和总扰动,通过变增益扰动补偿器反馈总扰动估计并在系统的输出通道消除总扰动的影响,提高系统的抗干扰能力。然后,利用系统系统的状态估计构建反馈控制器,并设计重复控制器前馈补偿器,以稳定传统重复控制系统,在无非周期干扰的情况下提高系统的周期性跟踪性能。并给出系统的稳定性判据和两阶段设计过程。最后,仿真结果表明所设计方法的有效性。与传统PID控制、基于PID的重复控制、基于改进型扩张状态观测器的PID控制以及基于标准扩张状态观测器的重复控制方法相比,该方法可使直流电机伺服系统获得更好的抗干扰性能和跟踪性能。

关键词：直流伺服电机主动扰动抑制扩张状态观测器重复控制高精度跟踪

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