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有限时间控制协同广义比例积分观测器的感应电机矢量控制方法

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有限时间控制协同广义比例积分观测器的感应电机矢量控制方法

作者：罗嘉伟西安理工大学

学位级别：硕士

作为交流调速系统的核心部件,高性能电机驱动装置备受关注。感应电机(Induction Motor,IM)拥有可靠性强、结构简单等优点而成为交流调速系统的主要控制对象。近年来各种基于矢量控制的新型控制技术成为了学者们研究的热点,其中,有限时... 详细信息

作为交流调速系统的核心部件,高性能电机驱动装置备受关注。感应电机(Induction Motor,IM)拥有可靠性强、结构简单等优点而成为交流调速系统的主要控制对象。近年来各种基于矢量控制的新型控制技术成为了学者们研究的热点,其中,有限时间控制(Finite Time Control,FTC)可以让控制系统的某一状态在有限时间内收敛至平衡点,提供了更好的收敛性能,因此在电机控制领域受到青睐。但是,电机在运行过程中会受到集总干扰的影响,导致电机控制系统的抗干扰能力下降。为了提升控制系统的抗干扰性能,本课题研究了一种有限时间控制协同广义比例积分观测器(Generalized Proportional Integral Observer,GPIO)的感应电机矢量控制方法。首先,对感应电机的数学模型和矢量控制的相关内容进行了介绍和阐述。其次,叙述了有限时间控制的基本原理和相关引理,在矢量控制系统转速环中构建了有限时间控制器并对其进行了稳定性分析。同时,指出有限时间控制对干扰的抑制能力还有待进一步优化,且集总干扰的存在会影响转速环的控制性能的问题,因此将广义比例积分观测器引入到转速环中形成复合控制器,利用广义比例积分观测器对集总干扰进行估计并前馈补偿。详细介绍了广义比例积分观测器的原理结构和在感应电机控制系统中的设计方法,根据赫尔维茨判据对广义比例积分观测器的稳定性进行了分析,并利用极点配置法合理选取了观测器参数。最后,在仿真环境中对本课题所研究的方法进行了仿真验证,并在自行搭建的实验平台中进行了实验验证。仿真和实验结果均表明,有限时间控制协同广义比例积分观测器的感应电机矢量控制方法提高了控制系统的抗干扰能力和稳态性能。

关键词：感应电机矢量控制有限时间控制广义比例积分观测器抗干扰能力

基于广义PI观测器零点配置的抗扰残差评估和故障检测

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自动化学报 2023年第6期49卷 1228-1241页

作者：胡宇翔代学武崔东亮周冬东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室沈阳110819 齐重数控装备股份有限公司齐齐哈尔161005

针对一类存在周期性扰动的系统,提出一种新型的基于广义比例积分(Proportional-integral,PI)观测器零点配置的抗扰残差评估框架.充分利用广义PI观测器的零点可配置性,通过调整传递函数矩阵在阻塞零点处的相位响应,并利用该频点处矩阵的... 详细信息

针对一类存在周期性扰动的系统,提出一种新型的基于广义比例积分(Proportional-integral,PI)观测器零点配置的抗扰残差评估框架.充分利用广义PI观测器的零点可配置性,通过调整传递函数矩阵在阻塞零点处的相位响应,并利用该频点处矩阵的零特征向量对残差信号进行滤波,实现残差信号与周期性扰动的解耦.此外,还创新性地提出一种基于矩阵条件数的优化目标函数,改善了残差信号对故障的敏感性.最后,通过两轮自平衡小车的仿真对比实验和实物测试,验证了所提方法在残差抑扰和故障检测方面的有效性.

关键词：故障检测广义比例积分观测器零点配置条件数

正十二边形矢量集的永磁同步发电机磁链预测控制

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太阳能学报 2023年第3期44卷 120-128页

作者：杨淑英穆港军谢震张兴合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

针对磁链预测问题,基于广义比例积分观测器原理设计磁链观测器,并基于此实现具有误差校正的磁链预测,提升磁链预测精度;针对备选电压矢量较少的问题,构造一种均匀对称分布的正十二边形矢量集,不仅增加可选矢量数量,而且矢量集的正十二... 详细信息

针对磁链预测问题,基于广义比例积分观测器原理设计磁链观测器,并基于此实现具有误差校正的磁链预测,提升磁链预测精度;针对备选电压矢量较少的问题,构造一种均匀对称分布的正十二边形矢量集,不仅增加可选矢量数量,而且矢量集的正十二边形分布特征有利于特定次开关谐波的消除。基于以上核心算法,最终为风电系统中PMSG设计FCS-MPFC方案,并通过实验验证所提方案具有较强的参数鲁棒性和较高的转矩控制精度。

关键词：风电永磁同步发电机模型预测控制谐波失真广义比例积分观测器正十二边形矢量集

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考虑攻角约束的导弹制导控制一体化设计

航空兵器 2022年第3期29卷 14-20页

作者：吴笛王心明何金刚张金鹏李世华东南大学自动化学院南京210096 中国空空导弹研究院河南洛阳471009

针对制导与控制一体化系统,考虑目标机动、导弹参数摄动和导弹攻角约束等问题,提出了一种具有攻角约束的复合制导方法。首先,针对二维制导问题建立制导与控制一体化系统,将目标机动和导弹中存在的参数摄动作为集总扰动,利用广义比例积... 详细信息

针对制导与控制一体化系统,考虑目标机动、导弹参数摄动和导弹攻角约束等问题,提出了一种具有攻角约束的复合制导方法。首先,针对二维制导问题建立制导与控制一体化系统,将目标机动和导弹中存在的参数摄动作为集总扰动,利用广义比例积分观测器对相应的扰动信息进行观测估计。然后,利用惩罚机制和分块反步法的设计思想,将扰动的观测信息进一步融入到控制器的设计过程中进行前馈补偿,最终实现了攻角约束下的精确制导。最后,进行数值仿真,验证了所提出的控制方案的有效性。

关键词：制导控制一体化攻角约束惩罚机制分块反步法复合控制广义比例积分观测器导弹

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基于多参数辨识的永磁同步电机磁链预测控制

电工技术学报 2024年第22期39卷 7084-7098页

作者：王祥松杨淑英谢震张兴合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

在永磁同步电机(PMSM)有限集模型预测磁链控制策略(FCS-MPFC)中,磁链给定值计算、实际值获取以及未来值预测都要用到电机参数。受工况和温度的影响,电机参数具有变化性,参数偏差将影响实际预测控制性能。为提高控制系统鲁棒性,需要对电... 详细信息

在永磁同步电机(PMSM)有限集模型预测磁链控制策略(FCS-MPFC)中,磁链给定值计算、实际值获取以及未来值预测都要用到电机参数。受工况和温度的影响,电机参数具有变化性,参数偏差将影响实际预测控制性能。为提高控制系统鲁棒性,需要对电机d、q轴电感和永磁磁链进行在线辨识。鉴于此,该文提出了永磁同步电机多参数辨识方案,并基于此设计了FCS-MPFC策略。首先,依据电机稳态方程,设计了广义比例积分观测器(GPIO)对PMSM的q轴电感和永磁磁链进行辨识。其次,利用FCS-MPFC中电机定子电流变化较大的特征,提出了基于电流变化量的d轴电感辨识方法,克服了多参数辨识的欠秩问题。再次,依据FCS-MPFC策略下逆变器电压输出特性,优化设计了电流采样,有效避免了逆变器死区对辨识效果的影响。最后,针对磁链预测过程,设计了基于GPIO的磁链预测模型,进一步提高磁链预测的参数鲁棒性。该文的分析、设计以及性能提升均得到实验验证。

关键词：有限集模型预测磁链控制广义比例积分观测器多参数辨识参数鲁棒性

基于非线性块反步控制的无人直升机航迹跟踪算法研究

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计算机应用研究 2021年第1期38卷 190-197页

作者：党松琳代冀阳应进苏治锋南昌航空大学信息工程学院南昌330063

针对小型无人直升机系统高度非线性、强耦合和易受内外部扰动干扰的特点,提出了一种非线性块反步控制与广义比例积分观测器相结合的控制策略。该方法采用广义比例积分观测器构建多阶观测回路对系统状态量、扰动量及扰动量的多阶导数进... 详细信息

针对小型无人直升机系统高度非线性、强耦合和易受内外部扰动干扰的特点,提出了一种非线性块反步控制与广义比例积分观测器相结合的控制策略。该方法采用广义比例积分观测器构建多阶观测回路对系统状态量、扰动量及扰动量的多阶导数进行估计,然后将扰动的估计值代入到直升机系统模型中,采用反步法回归递推得到直升机的跟踪飞行控制律。通过对阶跃信号和复杂“8”字形航迹的航迹跟踪仿真,结果表明:在多种内外部扰动影响下,所设计的控制律具有良好的动态响应和航迹跟踪性能以及抗干扰能力。相较于常规非线性扰动观测器,广义比例积分观测器对高阶和快速时变扰动具有更高的预估精度,可以达到更好的扰动抑制效果。

关键词：小型无人直升机非线性块反步控制广义比例积分观测器扰动抑制

一类H型双驱龙门架系统的分散输出反馈抗干扰控制

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信阳师范学院学报（自然科学版） 2023年第2期36卷 226-232页

作者：穆静静兰奇逊李亚杰杜亚冰河南城建学院数理学院河南平顶山467036 建筑光伏一体化技术河南省工程实验室河南平顶山467036

针对一类H型双驱动龙门架系统,在受其建模误差、不确定的参数以及其他的不确定干扰因素影响的条件下,研究了该系统的分散输出反馈抗干扰控制问题。以双驱龙门架系统中的两个平行滑块为研究对象,首先,通过适当的坐标变换将系统转化为两... 详细信息

针对一类H型双驱动龙门架系统,在受其建模误差、不确定的参数以及其他的不确定干扰因素影响的条件下,研究了该系统的分散输出反馈抗干扰控制问题。以双驱龙门架系统中的两个平行滑块为研究对象,首先,通过适当的坐标变换将系统转化为两个互联的子系统;其次,在对各个子系统的集总干扰进行扩张的基础上,利用广义比例积分观测器技术和输出反馈占优技术,为各个子系统设计了系统的观测器和抗干扰控制器;最后,严格的理论分析表明,在所给的控制方法下,可以使整个闭环系统的跟踪误差以指数收敛到任意小的区域内,并通过仿真实验验证了算法的有效性。

关键词：双驱龙门架系统分散控制广义比例积分观测器输出反馈占优方法分散抗干扰控制

带非线性复合负载的升降压变换器反步自抗扰控制

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控制工程 2024年

作者：贺伟杨洁李洪杰南京信息工程大学自动化学院江苏省大气环境与装备技术协同创新中心西安交通大学电气工程学院

在直流微电网中，DC/DC变换器对电能的高效传输和分配至关重要。然而，现有的研究主要集中在几种典型负载下变换器的控制问题，而实际电力系统中存在其他类型的非线性负载。因此，针对带非线性复合负载的升降压变换器，提出了一种反步... 详细信息

在直流微电网中，DC/DC变换器对电能的高效传输和分配至关重要。然而，现有的研究主要集中在几种典型负载下变换器的控制问题，而实际电力系统中存在其他类型的非线性负载。因此，针对带非线性复合负载的升降压变换器，提出了一种反步自抗扰控制方案。首先，在考虑系统存在参数摄动和未知非线性复合负载的情况下，采用反步法设计了状态反馈控制器。同时，利用广义比例积分观测器对输出电压和电感电流中的集总时变扰动进行估计。随后，将反步控制器与广义比例积分观测器相结合，通过前馈补偿的方式抵消参数摄动和未知非线性复合负载对系统的影响，从而提升了系统的抗干扰性能。此外，对闭环系统的稳定性进行了详细的证明。最后，通过仿真验证了所提控制方案在跟踪性能和抗干扰性能方面的有效性。

关键词：升降压变换器非线性复合负载反步控制广义比例积分观测器自抗扰控制

基于改进连续滑模的永磁同步电机系统复合控制策略研究

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基于改进连续滑模的永磁同步电机系统复合控制策略研究

作者：张琪垚重庆邮电大学

学位级别：硕士

永磁同步电机伺服系统已经在工业重要领域得到了广泛应用。然而由于永磁同步电机是一个非线性的、时变的复杂控制系统,传统的线性控制方法难以达到系统对高性能控制目标的需求。国内外学者对非线性控制算法的研究结果表明:滑模控制由于... 详细信息

永磁同步电机伺服系统已经在工业重要领域得到了广泛应用。然而由于永磁同步电机是一个非线性的、时变的复杂控制系统,传统的线性控制方法难以达到系统对高性能控制目标的需求。国内外学者对非线性控制算法的研究结果表明:滑模控制由于其对系统内外部扰动具有鲁棒性的优点,可满足电机的高性能控制要求,但是还存在一些不足。因此,本论文基于改进的连续滑模控制技术,研究了永磁同步电机位置控制问题,为永磁同步电机实现高性能控制提供可行性方案及理论指导。本文的主要工作归纳如下:1.针对传统滑模控制方法中控制律不连续的缺点,使用了一种基于连续滑模的位置控制策略。由于该控制方法具有连续的控制行为,因而可以有效削弱传统滑模控制方法中存在的高频切换行为给系统带来的抖振现象。测试结果表明,该方法既可以有效处理系统的负载扰动又可以减弱由于抖振问题的存在对系统控制性能产生的不利影响。2.为了进一步提高系统的抗扰能力,针对系统内部参数不确定和外部扰动给控制性能带来的不良影响,同时考虑扰动的时变特性,在前述连续滑模控制的基础上提出了一种基于前馈扰动补偿思想的复合位置控制方法。该方法将扰动观测器理论引入位置伺服控制系统中,分别设计了扩张状态观测器和广义比例积分观测器,以此对系统集总扰动进行估计;然后将连续滑模位置控制器与扰动估计相结合,进而形成新的复合位置控制策略。测试结果表明,与连续滑模控制方法相比,所提出的复合位置控制策略既可以使系统获得更强的鲁棒性,还可以降低连续滑模控制方法中的控制增益从而使系统获得更小的稳态跟踪误差。3.基于双电机实验平台设计了永磁同步电机位置跟踪系统。通过对不同控制策略进行相关实物验证,进而从实际应用角度证明其可行性。实验结果也证明了所提出复合位置控制策略的有效性和优越性。

关键词：永磁同步电机位置伺服控制连续滑模控制扩张状态观测器广义比例积分观测器