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变速恒频双馈风力发电机的复合滑模控制

太阳能学报 2013年第11期34卷 1993-1998页

作者：杨锡运刘英明张彬姜飞飞华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206 大连好利维尔科技发展有限公司大连116012 北京华能新锐控制技术有限公司北京100098

针对变速恒频双馈风力发电系统,为实现发电机有功、无功功率的解耦,提出一种新的控制策略——复合滑模控制。该控制方法基于PI控制与滑模控制基础之上,在滑模控制器上并联一个PI控制。利用Matlab/Simulink软件搭建双馈风力发电机系统的... 详细信息

针对变速恒频双馈风力发电系统,为实现发电机有功、无功功率的解耦,提出一种新的控制策略——复合滑模控制。该控制方法基于PI控制与滑模控制基础之上,在滑模控制器上并联一个PI控制。利用Matlab/Simulink软件搭建双馈风力发电机系统的模型并进行仿真分析,将仿真结果与PI控制、滑模控制的仿真结果进行比较。仿真结果表明,复合滑模控制能实现双馈电机有功、无功功率的解耦控制,且比PI控制、滑模控制具有更好的动态响应性能,当双馈电机参数发生变化时,系统仍保持原来的稳定状态而不受影响,证明该控制方法还具有很强的鲁棒性。

关键词：双馈电机复合滑模控制有功功率无功功率解耦控制

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自动驾驶仪设计中复合滑模控制方法研究

弹箭与制导学报 2007年第5期27卷 98-100,104页

作者：朱敬举祁载康夏群力北京理工大学机电工程学院北京100081

针对导弹滚转驾驶仪模型,提出了一种复合滑模控制方案。首先分析影响系统稳定的模型不确定性,确定了其完全满足匹配条件;其次建立了主反馈比例切换的滑模控制方法,消除不确定性的影响;最后引入复合控制克服抖振减少不必要的指令切换。... 详细信息

针对导弹滚转驾驶仪模型,提出了一种复合滑模控制方案。首先分析影响系统稳定的模型不确定性,确定了其完全满足匹配条件;其次建立了主反馈比例切换的滑模控制方法,消除不确定性的影响;最后引入复合控制克服抖振减少不必要的指令切换。仿真分析表明,变结构驾驶仪平稳无抖振鲁棒性好。

关键词：复合滑模控制滚转驾驶仪不确定性低通滤波

基于参数辨识的PMSM无位置传感器复合滑模控制策略研究

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基于参数辨识的PMSM无位置传感器复合滑模控制策略研究

作者：高云江西理工大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)因其高效节能、功率密度高、运行可靠等优势被广泛应用于交通运输、航空航天等领域。传统的控制系统已不能满足当前电机控制精度的需求,不断提升电机系统的控制精度是现代科技... 详细信息

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)因其高效节能、功率密度高、运行可靠等优势被广泛应用于交通运输、航空航天等领域。传统的控制系统已不能满足当前电机控制精度的需求,不断提升电机系统的控制精度是现代科技发展的需要。在传统控制策略中,PI控制易受电机参数变化和外界扰动的干扰,且安装机械传感器来获取转子位置信号既增加电机成本,又影响电机的控制性能。针对上述问题,本文结合模型参考自适应理论和滑模控制,分别对PMSM参数变化、控制器和转子位置观测器展开研究,以提高电机在变工况环境下的控制精度。本文研究内容如下:(1)对电机参数辨识、无位置传感器控制技术的研究现状展开讨论。详细阐述了现阶段电机参数的辨识方法、电机的三种控制策略和无位置传感器控制技术;并对PMSM在不同坐标系下的数学模型进行推导,介绍SVPWM技术及其实现过程。将电机参数在线辨识、矢量控制策略、滑模控制技术作为本文的研究内容。(2)建立PMSM参数在线辨识系统。分析电机定子电感、定子电阻、磁链的影响因素,以及参数变化对电流环、转速环、观测器的影响。提出了一种带滤波修正系数的自适应律,进而设计模型参考自适应辨识系统,对正常状态下的电机参数进行在线辨识;最后,模拟PMSM参数失配,验证改进算法对电机变参数的有效性。(3)设计PMSM无位置传感器复合滑模控制系统。先对滑模控制系统中抖振产生的原因及其影响进行分析,针对PI、普通滑模控制的不足,提出一种变指数趋近律的新型滑模控制器,并对趋近律的鲁棒性进行仿真验证。其次,基于超螺旋算法,设计全局积分二阶滑模观测器,解决一阶滑模观测器观测精度低的问题。最后,构造新型切换函数New(s),有效避免sgn(s)函数在切换过程中带来的抖振现象。(4)对复合滑模控制系统及参数在线补偿系统进行建模分析。推导了复合控制系统的数学模型,并引入模糊算法实现观测器三个增益参数的在线自适应调节,观测器自带滤波作用,最后采用正交锁相环估算电机的转子位置信号和转速。由于复合控制系统中的参数均为给定值,因此,将电机参数值在线辨识并实时更新至控制系统中,以提高控制系统的动态性能和控制精度。通过建模仿真验证提出理论的可行性。(5)复合滑模控制算法实验验证。搭建PMSM实物平台,设计控制系统软硬件,对比传统控制系统,通过实验结果验证复合算法的优越性。

关键词： PMSM 参数辨识复合滑模控制抖振控制精度

一种基于扰动观测器的永磁同步伺服电机复合滑模控制方法

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控制与信息技术 2019年第6期 43-47,52页

作者：李龙飞刘侃李娟杨士洁湖南大学机械与运载工程学院

为了提高永磁同步伺服电机的鲁棒性和位置控制精度,文章设计了一种结合了位置环和速度环的复合滑模控制方法,并将之用于具有未知扰动的永磁同步伺服驱动系统。该复合滑模控制器具有位置控制模式和速度控制模式,可以根据运行状况自适应... 详细信息

为了提高永磁同步伺服电机的鲁棒性和位置控制精度,文章设计了一种结合了位置环和速度环的复合滑模控制方法,并将之用于具有未知扰动的永磁同步伺服驱动系统。该复合滑模控制器具有位置控制模式和速度控制模式,可以根据运行状况自适应地调整控制方式,从而提高伺服控制的位置精度和响应速度;此外,引入一种非线性观测器用于估计未知的外部扰动并用于补偿控制,其不但可以提高系统的抗干扰能力,还可以减小因滑模控制带来的系统抖振现象。该方法的有效性和鲁棒性在一台750 W的小功率PMSM系统上得到了验证。

关键词：永磁同步伺服电机复合滑模控制非线性扰动观测器鲁棒性

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永磁同步电机干扰观测复合滑模控制技术

电机与控制应用 2023年第3期50卷 39-46,64页

作者：程勇李思卿李森豪西安科技大学电气与控制工程学院陕西西安710600

为了提高在永磁同步电机(PMSM)转速环控制中的滑模控制(SMC)的全局收敛性,提出了一种复合SMC策略,综合了线性滑模面和非奇异终端滑模面的特点,组成新的滑模面,提高了SMC在不同运动阶段的收敛性。在此基础上对传统的幂次趋近律做出改进,... 详细信息

为了提高在永磁同步电机(PMSM)转速环控制中的滑模控制(SMC)的全局收敛性,提出了一种复合SMC策略,综合了线性滑模面和非奇异终端滑模面的特点,组成新的滑模面,提高了SMC在不同运动阶段的收敛性。在此基础上对传统的幂次趋近律做出改进,改善了SMC在稳态时刻的收敛速度降低的问题。同时,使用基于SMC规律的干扰观测器来观测系统中的未建模动态和未知干扰,对设计的SMC进行补偿,降低SMC对于控制器高增益的依赖性,从而有效改善控制器在稳态时刻因滑模高增益而产生的抖振,提高SMC的控制性能。最后,通过仿真和试验证明控制方法的有效性和可行性。

关键词：永磁同步电机复合滑模控制滑模观测器趋近律

压电结构的分流及复合滑模振动控制设计与实现

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压电结构的分流及复合滑模振动控制设计与实现

作者：徐状扬州大学

学位级别：硕士

结构振动问题在各类现代工程中广泛的存在并严重影响着结构的性能,容易造成安全性、舒适性以及准确性等问题,所以如何有效的解决现代工程中结构的振动问题愈发迫切。压电结构是在不改变结构基体的基础上,将压电材料制成的压电作动器与... 详细信息

结构振动问题在各类现代工程中广泛的存在并严重影响着结构的性能,容易造成安全性、舒适性以及准确性等问题,所以如何有效的解决现代工程中结构的振动问题愈发迫切。压电结构是在不改变结构基体的基础上,将压电材料制成的压电作动器与传感器嵌入结构基体的一类智能结构。这类压电结构具有良好的机电耦合特性、重量轻以及刚度大等优点,而成为振动控制中研究较为广泛的结构之一。但是压电结构存在系统的模型不确定、高次谐波和外部激励等干扰问题,这些问题给结构振动控制带来了较大的挑战问题。因此如何在实际过程中寻找有效降低压电结构振动控制的控制方法成为目前研究人员研究的主要课题之一。本文考虑到压电结构的振动问题,基于分流控制技术与复合滑模抗干扰控制技术两类方法以提高压电结构的振动抑制性能,主要的研究工作和创新点如下:首先,结合压电本构方程和结构振动基本原理,建立相应的数学模型,为后续的方法设计和平台功能验证提供依据。并通过MATLAB仿真与激光测振仪实验完成对压电悬臂梁、固支板的模态分析,优化控制系统作动器、传感器的位置布置设计。其次,根据压电结构的数学模型,建立分流控制系统的理论模型。引入负阻抗技术设计改进分流控制技术,利用传递函数优化法优化系统参数选取。通过仿真软件初步验证其振动控制效果,并设计与搭建了基于STM32控制器的振动信号采集与分析系统以及基于NIDAQ的振动信号采集与分析系统两套实验验证平台,完成了改进压电分流控制技术与传统压电分流技术的实验比较,验证所改进的压电分流振动控制正确性与有效性。针对分流振动控制的有限性问题,考虑了振动主动控制方式,并引入滑模控制算法,为方便滑模振动控制的设计,将系统数学模型推导成基于误差的状态空间模型,并设计相应的滑模振动控制器,通过仿真与实验证明滑模振动控制的可行性与有效性。再次,针对压电固支板振动系统的模型误差、外界激励等干扰问题以及传统滑模控制过程中抖振问题,引入自抗扰控制算法,并利用其核心环节扩张状态观测器,用于估计与补偿系统总干扰,与滑模反馈控制器相结合,形成基于扩张状态观测器的复合滑模控制器处理压电固支板的振动问题,通过仿真与实验验证该复合控制策略的可行性与优越性。同时,考虑到实际控制中控制器的计算有限问题,将扩张状态观测器进行降阶处理,形成基于降阶扩张状态观测器的复合滑模控制器,并依据仿真和实验完成控制性能验证。最后,针对传统滑模控制的有限时间收敛问题和压电结构中存在的模态耦合问题,引入非奇异终端滑模控制解决有限时间收敛问题,并利用总干扰思想,通过扩张状态观测器估计与抵消这种模态之间的耦合影响,形成基于扩张状态观测器的非奇异终端复合滑模控制,独立的处理各个模态的振动控制。通过在多种激励情况下的振动控制实验验证,证明其控制的可行性与优越性。

关键词：振动主动控制压电结构分流控制扩张状态观测器复合滑模控制

基于复合滑模的无刷直流电机无位置DTC研究

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基于复合滑模的无刷直流电机无位置DTC研究

作者：张伟太原科技大学

学位级别：硕士

随着航空工业与新能源产业的发展,国家大力推行“碳达峰”和“碳中和”双碳计划,全电飞机作为新能源产业背景下的新时代智能装备,其研究受到广泛关注。无刷直流电机(BLDCM)因其结构紧凑、轻便、噪音小、损耗低及效率高等优势,非常适合... 详细信息

随着航空工业与新能源产业的发展,国家大力推行“碳达峰”和“碳中和”双碳计划,全电飞机作为新能源产业背景下的新时代智能装备,其研究受到广泛关注。无刷直流电机(BLDCM)因其结构紧凑、轻便、噪音小、损耗低及效率高等优势,非常适合作为全电飞机的驱动电机。但是传统的BLDCM需要位置传感器来获取转子位置,不仅增加了制造维护成本,还极易受到运行环境因素的影响,因此无位置传感器技术的研究对BLDCM的发展具有重要意义。本文研究了BLDCM的直接转矩控制(DTC)和无位置传感器技术,来应对全电飞机对电机稳定性和体积的要求,具体内容如下:首先,阐述了BLDCM的基本工作原理并构建了其数学模型,对BLDCM换相转矩脉动的产生原因进行了深入的原理分析。对BLDCM三种常用的控制系统(电流转速双闭环、矢量控制、直接转矩控制)分别进行对比,并给出了DTC在转矩脉动抑制方面具有良好效果的原因,为后续的BLDCM控制系统研究工作奠定了坚实的理论基础。其次,介绍了DTC的核心思想,并探讨了其在BLDCM中的实际应用。通过深入分析BLDCM DTC的基本原理和关键模块,搭建相应的仿真模型并进行了结果分析。仿真结果表明,BLDCM DTC系统展现出优良的动静态性能。然而在转矩脉动和鲁棒性等关键性能方面,仍存在进一步优化的空间。然后,针对DTC复杂且定子磁链计算误差较大的问题,提出了基于滑模观测器的改进直接转矩控制方法,设计了一种扩展状态自适应滑模观测器结合锁相环算法来估算转子位置信号实现无传感器技术并搭建了仿真模型,通过设计的改进滑模观测器仿真试验,验证了本章所提出的改进策略的有效性。最后,为了解决传统PI控制在超调和转矩脉动方面的缺陷,引入滑模变结构(SMC)用于DTC系统中的转矩环,但是传统的SMC结构在抖振和趋近速度方面仍存在一定的局限性,在此基础上设计了一种基于积分滑模面和混合新型趋近率的改进SMC结构用于转矩环的跟踪给定,并与无位置传感器技术相结合进行了复合滑模仿真实验。结果表明,本文提出的改进SMC方案,无论在起动速度、动静态响应性能等方面均优于传统PI和传统SMC控制。

关键词：无刷直流电机直接转矩控制滑模控制器滑模观测器复合滑模控制

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变速恒频风电机组的变结构控制研究

变速恒频风电机组的变结构控制研究

作者：刘英明华北电力大学

学位级别：硕士

随着世界经济的发展和人类社会的进步,人们对化石能源的消耗日益增多,在化石能源面临枯竭的危险时,人们不得不寻求新的可再生能源。风能是一种绿色清洁的可再生能源,且风力发电技术日趋成熟,其中变速恒频双馈风力发电机组被广泛应用于... 详细信息

随着世界经济的发展和人类社会的进步,人们对化石能源的消耗日益增多,在化石能源面临枯竭的危险时,人们不得不寻求新的可再生能源。风能是一种绿色清洁的可再生能源,且风力发电技术日趋成熟,其中变速恒频双馈风力发电机组被广泛应用于各大风场,已成为研究的一个热点。论文首先系统研究了双馈电机定子磁链定向的矢量控制技术,对传统的双PI控制系统进行了仿真研究。其次,为了让双馈电机有功功率与无功功率解耦控制有更好的动态品质,改善其调节时间和超调量,引入了滑模变结构控制,并分析其优缺点。仿真验证表明,滑模变结构控制可以很好的改善系统的动态品质,但同时也引入了一个新的问题——抖振问题。最后,结合两种控制策略的特点,本文提出了一种新的控制策略——复合滑模控制。复合滑模控制策略综合了PI控制与滑模变结构控制技术,在滑模变结构控制器上并联了一个PI控制,利用Matlab/Simulink软件搭建了双馈风力发电机系统的模型并进行了仿真分析。仿真结果表明,复合滑模控制能够实现双馈电机有功功率与无功功率的解耦控制,有效的抑制了滑模变结构控制固有的抖振现象,并且比PI控制、滑模变结构控制具有更好的动态响应能力;而且当双馈电机参数发生变化时,系统能够保留滑模变结构控制抗扰动强的优点,仍保持原来的稳定状态而不受影响,具有很强的鲁棒性。

关键词：风力发电双馈电机复合滑模控制有功功率与无功功率解耦控制

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电动自行车调速系统的先进控制方法研究

电动自行车调速系统的先进控制方法研究

作者：刘松东南大学

学位级别：硕士

随着化石燃料的不断枯竭和温室效应的不断加剧,电动车辆正在蓬勃发展。无刷直流电机是电动自行车常用的电机之一。实际运行过程中无刷直流电机的工作过程会受到各种类型的干扰影响,比如负载转矩的突变,以及在PWM硬切换时无刷直流电机电... 详细信息

随着化石燃料的不断枯竭和温室效应的不断加剧,电动车辆正在蓬勃发展。无刷直流电机是电动自行车常用的电机之一。实际运行过程中无刷直流电机的工作过程会受到各种类型的干扰影响,比如负载转矩的突变,以及在PWM硬切换时无刷直流电机电压与电流的突变。本论文研究了基于干扰观测与补偿的无刷直流电机电动车系统控制方法。该控制方法利用扩张状态观测器估算出系统的内外干扰,可以实现对干扰的在线估计与前馈补偿。针对电机的速度控制,设计利用反馈控制与前馈补偿得到无刷直流电机电动车系统的自抗扰控制方案。通过仿真,与线性状态反馈方法比较了在抗转矩突变的动态性能上的差别。仿真结果表明,本论文的基于状态观测器前馈补偿的方法对抑制外部扰动有效。针对电机的位置控制,提出了基于输出的滑模变结构控制方法。该方法通过设计ESO观测各个状态及系统干扰,并将这些观测值应用于滑模控制设计,得到复合的滑模控制方法。考虑到无刷直流电机实际运行过程中存在各种周期性干扰和非周期性干扰,我们研究了该方法对常值干扰和周期性干扰的抑制作用。最后在无刷直流电机硬件平台上进行了实物验证。验证结果表明,无论常值干扰还是周期性干扰,滑模和状态观测器复合的控制方法均相比线性反馈控制方法更有效。

关键词：电动自行车无刷直流电机扩张状态观测器复合滑模控制常值扰动周期性扰动