基于扩张状态观测器的永磁直线同步电机改进模型预测电流控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)模型预测电流控制(MPCC)中存在的电流脉动过大、在线计算复杂的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的改进MPCC策略。利用最优电压矢量相角和重新划分后的电压矢量扇区,改进第一电压矢量的选取方式,减小第二电压矢量选择范围,以实现电压矢量的快速选取,进而降低电流脉动。同时,为了提高PMLSM抗负载扰动能力,通过ESO对扰动进行观测,将观测到的扰动转换为电流进行补偿,提高系统的鲁棒性,且补偿电流可起到进一步减小电流脉动的作用。仿真结果表明,所提出的控制方法切实可行,与MPCC相比,基于ESO的改进MPCC系统具有更好的控制性能、更小的电流脉动和较强的鲁棒性能。

基于扰动观测器和改进自适应二阶快速终端滑模的PMLSM伺服系统控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)在运行时易受到摩擦力、负载扰动及环境变化等不确定影响,设计一种基于扰动观测器和自适应二阶快速终端滑模控制方法。首先,该方法在高阶滑模的基础上结合了快速终端滑模控制,有效加快了系统响应速度。其次,在二阶滑模面的基础上引入条件积分项,该项仅作用于边界层内部,能够有效避免滑模到达阶段由于积分饱和现象导致的超调量过大及响应时间过慢的问题。此外,设计自适应切换控制律,使切换增益在合理的区间内,并根据系统状态进行实时更新,从而削弱抖振现象。最后,为进一步提升系统的鲁棒性,采用扰动观测器对PMLSM系统的集总不确定性进行补偿。经实验验证,该控制方法具有良好的位置跟踪精度和强鲁棒性,且对系统抖振现象有明显削弱作用。

永磁直线同步电机改进预测电流控制

永磁直线同步电机(PMLSM)预测电流控制(PCC)时存在易受参数变化和延迟以及负载扰动影响,为此提出基于二阶超螺旋滑模观测器(STSMO)的改进型PCC。首先,建立包含不确定性的PMLSM动态数学模型。然后,为了补偿参数变化以及延迟的影响,采用二阶STSMO估计下一周期的电流和参数变化造成的扰动电压,估计值用以计算下一周期的给定电压,以提高电流跟踪精确度,通过李雅普诺夫函数证明观测器的稳定性。同时,采用基于改进指数趋近律的自适应滑模控制器(ASMC)对速度进行跟踪,将状态变量和滑模面加入到指数趋近律中,不仅削弱了电流抖振,且进一步提升了系统的鲁棒性。半实物仿真实验结果表明,与传统PCC相比,提出方法能有效地抑制不确定性对系统影响,使系统具有更好的跟踪性能和鲁棒性。

基于广义比例积分观测器的永磁同步电机鲁棒谐振预测电流控制

针对永磁同步电机(PMSM)采用无差拍预测电流控制(DPCC)时,性能易受电机参数失配及死区效应的影响,该文提出一种基于广义比例积分(GPI)观测器的鲁棒谐振预测电流控制(RRPCC)方法。首先,分析PMSM参数失配将产生非周期扰动及逆变器死区效应会导致周期扰动,进而建立带有非周期和周期性扰动的PMSM精确数学模型;其次,基于内模原理,将包含扰动频率的谐振多项式嵌入电流预测模型,可有效地抑制周期性扰动;最后,采用GPI观测器估计由参数失配引起的集总扰动,并通过前馈补偿消除非周期扰动。实验结果表明,该方法能提高系统面对非周期及周期性扰动时的鲁棒性。

基于非线性扰动观测器的PMLSM自适应反推分数阶积分滑模控制

为提高永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统的位置跟踪精度,克服其易受外部扰动、参数变化、摩擦力等不确定因素影响的问题,本文提出了一种基于非线性扰动观测器(NDO)的自适应反推分数阶积分滑模(ABFOSMC)控制方法.首先,对PMLSM建立动态数学模型.其次,针对PMLSM的非线性特性,采用反推控制设计虚拟控制函数,实现系统位置的精准跟踪,并结合分数阶积分滑模控制方法增强系统的鲁棒性.最后,引入NDO估计系统不确定性,将观测结果动态补偿到ABFOSMC中,有效降低不确定性因素对系统伺服性能的影响,提高位置跟踪精度.实验结果显示,所提出的方法切实可行,有效提高了系统鲁棒性能和跟踪性能.

永磁直线同步电机自适应PD型迭代学习控制

针对永磁直线同步电机伺服系统易受摩擦力、端部效应和测量扰动等不确定因素影响的问题,提出一种自适应PD型迭代学习控制方法.该控制方法根据误差的大小在线智能地调整学习增益,从而抑制扰动,并在控制器的微分系数上引入指数学习增益,实现收敛速度与跟踪精度之间的折衷;从理论上证明了自适应PD型ILC的收敛性,分析了该控制算法的优越性.结果表明,与传统PD型ILC相比,自适应PD型ILC具有更快的收敛速度和更强的鲁棒性,大大地减小了跟踪误差.

基于数字前置滤波器优化的ZPETC在伺服跟踪控制中的应用

在高精度伺服跟踪控制系统中,为使输出响应能完整地跟踪输入指令,不仅要求输出与输入之间的相位差为零,而且要求幅值一致,通常采用零相位误差跟踪控制器(ZPETC)作为前馈控制器,补偿相位误差,但同时也产生一定的增益误差。为改善ZPETC的跟踪性能,提出一种基于L2?范数优化的前馈控制器设计方案,通过选取适当的目标函数,设计出最优的数字前置滤波器(DPF),将此滤波器与ZPETC串联构造成新的前馈控制器。仿真结果表明,采用本文提出的优化设计方案,既补偿了相位误差,又改善了系统的增益性能,从而提高了系统的跟踪精度。

基于Smith预估和性能加权函数的永磁直线同步电机鲁棒迭代学习控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)迭代学习控制(ILC)过程中,由于扰动及时间滞后引起的系统不稳定、误差难以收敛及跟踪精度下降等问题,提出一种基于Smith预估和性能加权函数的鲁棒ILC方案。Smith预估器与ILC相结合,可在不需要PMLSM精确数学模型的情况下,减少时间滞后对系统跟踪性能的影响,避免迭代过程中由于时间滞后的累积而引起的系统不稳定。由于系统存在外部扰动、参数变化、端部效应等不确定因素,充分利用性能加权函数的信息设计反馈控制器,在满足鲁棒收敛条件情况下,可使位置误差收敛到期望值。实验结果表明,所提出的控制方案可以提高PMLSM伺服系统的位置跟踪精度,增强系统的鲁棒性。

基于改进SMO的PMSM有限集模型预测电流控制

针对永磁同步电动机三矢量有限集模型预测控制系统对于电机转子信息依赖性较高的问题,利用滑模观测器观测电机转子信息,并对其进行改进,采用新型趋近率函数代替符号函数,削弱系统抖振现象,采用同步旋转坐标系下的滤波器达到补偿相位滞后、增强滤波效果的目的,实现对于转子位置和角速度的准确观测。仿真及实验结果表明采用的该控制方法具有较好的稳定性,改善了系统控制性能。

为提高轮廓加工精度采用DOB和ZPETC的直线伺服鲁棒跟踪控制

为了提高轮廓加工精度,本文针对高精度直线伺服系统,提出了一种将零相位误差跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器(DOB)相结合的鲁棒跟踪控制策略。ZPETC作为前馈跟踪控制器,保证了快速性,使系统实现准确跟踪;基于DOB的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性等,保证了系统的强鲁棒性能。仿真结果表明了所提出的控制方案是有效的,既能实现完好跟踪,又有较强的鲁棒性能。从而有效地减小了轮廓误差,提高了轮廓加工精度。

永磁直线同步伺服电机的零相位二自由度H_∞鲁棒跟踪控制

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动伺服系统,提出了一种将零相位误差跟踪控制(ZPETC)和H∞鲁棒控制相结合的二自由度鲁棒跟踪控制策略,以解决系统的快速而精确的跟踪控制性能和抗扰性能之间的矛盾。零相位误差跟踪控制器保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而H∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性能。仿真结果表明,该方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时,对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性。

永磁直线同步电动机的变增益零相位H_∞鲁棒跟踪控制

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动伺服系统,提出了一种将变增益零相位误差跟踪控制(VGZPETC)和H∞鲁棒控制相结合的鲁棒跟踪控制策略,以解决系统的快速而精确的跟踪性能和抗扰性能之间的矛盾。变增益零相位误差跟踪控制器克服了建模误差、系统参数变化等的影响,保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而H∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性能。仿真结果表明,该方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时,对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性。

数控机床多轴联动伺服电机的零相位自适应鲁棒交叉耦合控制

针对驱动多轴联动数控机床的高精度永磁同步电动机交流伺服系统,在分析系统轮廓误差的基础上,提出了将零相位误差跟踪控制器(zero phase error tracking controller,ZPETC)、自适应鲁棒控制器(adaptive robust controller,ARC)和交叉耦合控制器(cross coupling controller,CCC)相结合的控制策略。ZPETC提高了系统动态响应的快速性,消除系统的滞后现象,实现准确跟踪;ARC克服系统参数变化、负载扰动等不确定性因素的影响,增强系统的品质鲁棒性和稳定性;CCC用以消除各轴之间的增益参数和动态参数不匹配的影响。仿真分析表明所提出的控制方案有效,可提高零件的轮廓加工精度。

基于迭代学习与FIR滤波器的PMLSM高精密控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)运行时易受端部效应、摩擦力、负载扰动、参数变化等不确定性因素的影响而难以达到高精度跟踪控制的问题,提出一种基于迭代学习与有限冲击响应(FIR)滤波器的控制方案。PMLSM伺服系统执行重复任务时,迭代学习控制(ILC)可有效地抑制重复性扰动,具有很高的控制精度,但执行非重复性任务时很难获得较高的控制精度。为了进一步改善基于ILC的PMLSM伺服系统运行迭代1次的跟踪精度,利用ILC的输出信息来设计FIR滤波器,进而用FIR滤波器来代替ILC,使控制系统达到最优的ILC,以提高系统的跟踪精度。采用滑模控制(SMC)对FIR滤波器进行补充,使位置误差快速收敛到一定的界限内,以提高系统的抗扰能力。实验结果表明,所提出的控制方案使系统具有很高的位置跟踪精度和很强的鲁棒性。

周期性输入的直线伺服系统改进重复控制

针对直线电机驱动的凸轮加工随动系统实际加工应用中,要求系统既要对周期性输入信号具有跟踪能力,又要对周期性扰动具有抑制能力。对这一问题,根据基于内模原理的重复控制理论设计实用性强的插入型重复控制器,来消除由周期性输入的基波和谐波所引起的误差,以便减小系统周期性稳态跟踪误差。为进一步改善控制器的性能,有效地增加运行带宽,设计改进的插入型重复控制器,减小系统的跟踪误差,使得系统的跟踪性能得到更好的改善。最后,对直线伺服电机驱动的凸轮加工中心进行了仿真研究,结果表明所提出的控制方案提高了系统跟踪性能和鲁棒性能,既有效地抑制系统周期性扰动的影响,又对周期性输入信号实现准确跟踪。

基于扰动观测器和重复控制器的永磁直线同步电动机鲁棒控制

针对高精度直接驱动的永磁直线同步电动机伺服系统,研究其负载扰动、系统参数变化及端部效应等不确定性因素对系统伺服性能的影响,提出一种将扰动观测器(disturbance observer,DOB)和重复控制器(repetitive controller,RC)相结合的的鲁棒控制策略。基于DOB的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、负载扰动、未建模动态、系统参数变化及不确定性等,保证了系统的速度鲁棒性能,但是DOB无法彻底抑制端部效应这种周期性扰动对速度品质的影响,为此,采用根据内模原理设计专门抑制周期性扰动作用的RC来消除端部效应对系统的不良影响。理论分析和仿真实验结果表明所提出的控制方案是有效的,采用该方案可明显提高系统的鲁棒性能。

永磁直线同步电机的自适应增量滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)直接驱动伺服系统易受参数变化、外部扰动、端部效应等不确定性因素的影响,提出了一种自适应增量滑模控制(AISMC)方法。通过利用系统先前的状态信息和控制动作来设计增量滑模控制器,同时选择饱和函数作为切换函数,不仅削弱了抖振,而且提高了系统的跟踪性能。然后利用自适应控制来观测和补偿参数变化与外部扰动等不确定性因素的影响,并对不确定性参数的界限进行实时估计,设计出自适应增量滑模控制器。从理论上分析证明了此控制器可以保证系统收敛,具有快速的收敛速度,提高了直线伺服系统的跟踪性能。通过系统实验,证明了所提出的AISMC方案的有效性,与滑模控制(SMC)相比,基于AISMC的系统具有较强的鲁棒性和精确的跟踪性,明显削弱了抖振现象。

永磁直线同步电机自适应非线性滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服控制系统易受参数变化、外部扰动、非线性摩擦力等不确定性因素的影响,采用了一种自适应非线性滑模控制(ANLSMC)方案。首先,建立了含有不确定性因素的PMLSM动态方程,然后,通过速度作为状态变量的非线性函数和广义滑模面相结合,设计了非线性滑模面,这样不仅提高了系统的响应速度,而且增强了系统的鲁棒性。通过自适应控制在线调整趋近律中的控制增益来调节系统状态轨迹到达滑模面的趋近速度,削弱了抖振现象,同时减少了系统跟踪误差,进而提高系统的控制精度。最后,实验结果表明所采用的控制方案有效可行,与滑模控制(SMC)和非线性滑模控制(NLSMC)相比,ANLSMC不仅提高了系统的响应速度,而且改善了系统的跟踪精度和鲁棒性能。

永磁直线同步电机自适应互补滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)易受非线性因素影响而降低伺服系统鲁棒性的问题,提出一种自适应互补滑模控制方法。永磁直线同步电机的非线性因素包括系统参数变化、电机端部效应及外部不确定性的扰动。互补滑模控制将积分滑模面与广义误差滑模面相结合,将系统状态轨迹限定在两个面的交线上,缩短了状态轨迹达到滑模面的时间,提高了位置跟踪精度。为了进一步改善系统鲁棒跟踪性能,利用自适应控制对不确定扰动因素的上界进行估计,减小不确定因素对系统的影响,改善滑模控制的抖振现象。实验结果表明所提出的控制方法是有效可行的,自适应互补滑模控制不仅提高了系统的跟踪性能,而且更有效地抑制了不确定因素对控制系统的影响。

永磁直线同步电机的零相位H_∞鲁棒控制研究

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动伺服系统,提出了一种将零相位误差跟踪控制(ZPETC)和H∞鲁棒控制相结合的二自由度鲁棒跟踪控制策略.以解决系统的快速而精确的跟踪控制性能和抗扰性能之间的矛盾.零相位误差跟踪控制器保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而H∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性能.仿真实验结果表明,该方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时,对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.