基于一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制

同步磁阻电机在实现无速度传感器控制时出现交叉耦合效应,导致dq轴电感随着电流发生非线性变化,转速环使用传统PI控制器已无法满足系统较强的抗扰性能和较高的转子位置估计精度。为了改善此问题,该文提出一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制策略,利用其机械运动状态方程,将同步磁阻电机的交叉耦合效应及负载扰动变化视为扰动。首先通过扩张状态观测器对负载扰动快速观测并进行前馈补偿,以此来提高系统抗扰性;其次利用静止实验法,得到dq轴磁链与电流的非线性函数模型,将该模型运用至磁链观测器中,以减小交叉耦合效应,提高转子位置估计精度;最后在1.5 kW的同步磁阻电机对拖加载实验平台上进行实验,验证了该控制方案的有效性。

永磁同步电机一阶线性自抗扰控制器的设计

将线性自抗扰控制器(LADRC)应用到永磁同步电机调速系统中,将电流环中的反电势耦合项、定子电阻压降和转速环中的负载转矩和粘滞摩擦等作为扰动量,并采用扩张状态观测器(LESO)和线性反馈控制律(LSEF)抵消转速环、电流环中的扰动,实现转速环、电流环的完全解耦控制,有效提高了低速、加载、卸载时的转速稳定性。给出了基于转速环、电流环带宽指标的LADRC参数整定公式,并通过仿真和实验验证了该算法的有效性。

船舶舵机电静液作动器的分数阶线性自抗扰控制

为改善船舶舵机电静液作动器(Electro Hydrostatic Actuator,EHA)的抗扰性能,提出一种基于线性自抗扰控制和分数阶PD控制的融合控制方法。在建立驱动电机和液压系统数学模型的基础上,利用线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)估计EHA在不同工况下所受的内外总扰动,并证明LESO的有界稳定性;进一步采用分数阶PD控制作为控制律对所估计的总扰动予以主动抑制,控制参数由剪切频率和相位裕度等频率响应指标决定。利用AMESim和Simulink联合建立EHA仿真模型,通过分析可知,所提出控制方法在船舶航速分别为6 kn和8 kn时位移控制精度均约为1 mm。利用自研EHA搭建船舶舵机半实物试验装置,进行来回摆舵和突然换向试验,结果表明在负载扰动下和有突变换向情况时,所提出控制方法对操舵指令的跟踪均具有较好的快速性和稳定性。

基于TNESO的PMSLM分数阶自抗扰控制

线性自抗扰控制(LADRC)以结构简单、易于实现且抗干扰能力强的特点在永磁同步直线电机(PMSLM)中得到广泛应用,但电机启动和负载突变会导致LADRC系统中的线性扩张状态观测器(LESO)扰动估计精度下降。为此,提出一种基于时变增益非线性扩张状态观测器(TNESO)的PMSLM分数阶自抗扰控制策略。结合LESO和非线性扰动观测器(NDOB),并根据误差与增益的关系构建动态增益函数,设计新型状态观测器TNESO;在此基础上,以分数阶PDμ控制律代替线性状态误差反馈控制律(LSEF),建立改进型自抗扰速度控制系统,以进一步提高电机控制的实时性和鲁棒性。仿真与实验结果表明:所设计的速度控制系统可以有效减少直线电机启动、负载突变时的观测响应时间,抑制观测初始时刻扰动峰值,从而满足高性能的PMSLM速度控制要求。

基于对抗网络的六旋翼无人机串级线性自抗扰控制系统设计

当无人机行进轨迹内存在明显转向行为时,若不能实现姿态角与响应曲线的有效耦合,则会使飞行器的抗扰能力下降,从而降低无人机飞行品质;为解决上述问题,设计基于机对抗网络的无人机串级线性自抗扰控制系统;按需连接串级线性跟踪微分器、自抗扰型无人机姿态控制器与行进位置控制器,完成无人机串级线性自抗扰控制硬件系统的设计;建立机器学习模型对抗网络,求解无人机串级线性动力学运动公式,联合相关运动数据,完成无人机串级线性动力学性能分析;定义串级线性位姿坐标,通过推导自抗扰运动节点矩阵的方式,计算具体的自抗扰性控制条件,实现对无人机串级线性位姿的自抗扰性控制,联合相关应用部件结构,完成系统设计;实验结果表明,所设计控制系统作用下,俯仰角、滚转角两类姿态角与标准响应曲线之间的耦合误差均不超过10%,即便在行进轨迹内存在明显转向行为的情况下,应用该系统也可以实现姿态角与响应曲线的有效耦合,能够有效保障无人机飞行器的抗扰能力。

永磁同步直线电机的降阶线性自抗扰控制器研究

针对永磁同步直线电机(PMSLM)在各种高精密的半导体封装装备中,应用环境复杂多变,存在各种扰动直接影响其运动性能的问题,提出降阶自抗扰控制方法。为了实现该系统高速高精密运动控制,先通过阶跃响应实验获取了系统的开环传递函数,并针对使用常规观测器容易导致系统相位滞后的问题,在传统线性自抗扰(LADRC)基础上,设计了基于降阶线性扩张状态观测器(RLESO)的降阶线性自抗扰控制器(RLADRC),以提升系统对扰动的观测精度;然后基于对XY运动平台的硬件精度限制分析,设计了改进的降阶线性自抗扰控制器(IRLADRC)。实验结果表明,相比于PID和LADRC,IRLADRC具有较好的运动控制效果,使系统的整定时间更短,超调量更小,且抗干扰能力更强,满足了实际工程运用的需求。

基于线性自抗扰控制的永磁同步电机驱动系统多源扰动抑制研究综述

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)驱动系统在多种工况运行条件下通常会受到多源扰动的影响而使其控制性能下降。线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Controller, LADRC)由于参数整定简单以及不依赖于系统的数学模型在PMSM驱动系统中已经得到了广泛的应用。文中首先阐述了PMSM驱动系统中所存在的多源扰动类型,并且对部分扰动建立了数学模型;然后,分析了传统LADRC的局限性,并针对不同类型的扰动总结了近年来所提出的新型LADRC,同时给出了部分所提方法的算法表达式;最后,归纳总结了基于LADRC的PMSM驱动系统在抗扰控制中的发展趋势。

风扰下非线性气弹系统的分数阶自适应控制

非线性气弹系统在平稳风速下呈现极限振荡环的振动特性;在风扰下呈现无序、非线性和随机的振动特性。该研究提出了一种基于输出反馈的分数阶自适应控制器(fractional-order direct adaptive controller,FDAC),用于风速扰动下非线性气弹系统的振动控制。首先,基于分数阶微积分和直接自适应控制理论设计了FDAC;其次,理论推导了合适的分数阶参数范围,证明了FDAC比整数阶自适应控制器在气弹控制和抗扰控制方面更具优越性,并利用Kalman-Yacubovich定理证明了控制系统的稳定性;最后,通过仿真试验,说明了FDAC能够在大范围、随机强风扰动下显著提高非线性气弹系统的振动控制和抗扰控制性能,试验结果验证了理论推导。

基于自抗扰控制器的永磁同步电机直接转矩控制

针对传统永磁同步电机直接转矩控制(DTC)中转矩和磁链脉动较大以及转速超调的缺点,文中提出了一种基于自抗扰控制器的直接转矩控制策略。对于传统的PI控制策略中的磁链环、转矩环以及转速环不能满足控制系统非线性的需求,所提出的控制策略中非线性的自抗扰控制器满足了系统的非线性需求,提高了控制系统的动态响应能力。该策略中使用自抗扰控制器取代了传统PI控制结构,设计磁链、转矩和转速自抗扰控制器。通过搭建半实物仿真平台,进行实验验证文中控制策略的有效性。实验结果表明所提出的控制策略与传统的直接转矩控制相比较,文中提到的控制策略可以有效降低转矩和磁链的波动并提高系统的稳定性,降低了转速超调,改善了系统的动态性能。

双连杆柔性关节机械臂分数阶线性自抗扰控制

针对双连杆柔性关节机械臂的柔性振动和受外部干扰的问题,提出了一种复合控制器的控制策略。通过拉格朗日方程建立了考虑关节柔性的刚柔耦合的机械臂动力学模型,使用奇异摄动法对机械臂系统解耦,使其分解成代表刚性部分的慢速子系统和代表柔性部分的快速子系统;对于慢速子系统,设计了带有前馈补偿的分数阶线性自抗扰控制器来抵抗内外扰动,实现了机械臂的高精度的轨迹跟踪,对于快速子系统,采用微分补偿项补偿,来抑制关节的柔性振动,从而达到系统稳定。实验和仿真结果表明,系统可以有效地实现双连杆柔性关节机械臂的轨迹跟踪,并且相对于整数阶线性自抗扰控制器有着更好的动态性能和鲁棒性。

基于降阶线性扩张状态观测器的风电并网逆变器线性自抗扰控制

针对风电并网逆变器直流母线电压易受电网电压波动和负载扰动影响的问题,提出了一种电压外环改进型线性自抗扰控制(LADRC)。建立了风电并网逆变器在d-q旋转坐标系下的数学模型,在此基础上,设计了基于降阶线性扩张状态观测器的线性自抗扰控制,减小了观测器的相位滞后,提高了系统的扰动观测精度;在观测器总扰动通道上增加了一个超前滞后的校正环节以减弱观测器的噪声放大效应;文章对改进型LADRC控制策略进行了频域特性分析。仿真结果表明,相比于传统LADRC控制策略,所提的控制策略对并网逆变器直流母线电压具有更好的控制效果。

基于高阶控制器设计的线性自抗扰控制参数调整

将反馈控制器/扩张状态观测器闭环极点配置在同一位置是线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection control,LADRC)最常用的整定方法.该方法只需调整两个参数,在工程应用上极为方便.但是,由于极点配置在同一位置的限制,整定的LADRC可能达不到期望的性能.本文提出以现有控制器参数为基础的LADRC调参方法.该方法以现有控制器参数为基础,通过降阶及逼近,保证LADRC控制能接近现有控制系统的性能.仿真设计表明采用高阶控制器设计的LADRC可以取得与原有控制系统相当的控制性能.该方法不受带宽法调参的需使反馈控制器及扩张观测器极点配置在同一位置的限制,因此可以期望获得比带宽法更好的性能.同时,该方法为已经熟悉掌握其他控制器设计方法的工程控制人员提供了一种便捷的调整线性自抗扰控制参数的方案,具有较好的应用价值.

基于自抗扰控制的电子节气门位置伺服系统

针对汽车电子节气门系统存在的时变及非线性问题,建立系统非线性模型,以系统的非线性及不确定性作为综合扰动,提出一种基于自抗扰控制器的节气门开度控制策略。通过扩张状态观测器观测系统综合扰动并进行补偿,将非线性不确定系统转化为积分串联型线性系统;通过非线性状态误差反馈控制率获取控制量,对节气门进行控制。仿真试验结果显示,基于自抗扰控制的节气门开度具有响应速度快、控制精度高、鲁棒性强等优点。

基于MIMO-ESO的高速飞行器自抗扰控制

针对高速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,设计了高速飞行器MIMO-ESO自抗扰姿态控制器。考虑各通道间的耦合影响,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器及非线性状态误差反馈律,将不确定性、耦合及参数摄动等干扰作为“总和干扰”,利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用非线性状态误差反馈律抑制补偿残差。仿真结果表明,MIMO-ESO自抗扰控制器能够克服干扰及气动参数大范围摄动的影响,在获取良好的动态品质和跟踪性能的同时,具有较强的鲁棒性,克服了实际工程中难以建立精确被控模型并获取参数摄动范围的困难,具有工程应用价值。

基于永磁同步电机的滑模与自抗扰协调速度控制研究

为了解决永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)矢量控制中采用指数滑模在调速控制时,出现的超调量大、抖振严重及抗干扰能力差等问题,采用滑模和降阶线性自抗扰的复合控制策略。通过一个可变的加权因子,使得滑模和降阶线性自抗扰在矢量控制系统的速度环中各占一定比重,所占比重的和为1。仿真结果表明,该控制策略对比指数滑模,在加减速、正反转时抖振显著减少,均实现无超调跟踪,并更快地收敛至参考速度;在加载和卸载时,抖振明显减少,超调量也分别减少了17%和18%。该策略不仅能有效改善控制系统的性能,对速度变化也具有较强的鲁棒性。

光电稳定平台线性自抗扰控制器设计

为提升光电稳定平台的快速响应和扰动抑制能力,设计了基于平台模型的线性自抗扰控制器。通过系统辨识的方法,获取光电稳定平台的近似模型,然后将获取的模型信息加入到扩张状态观测器设计中,进行线性自抗扰控制器的设计,并与未采用模型信息的线性自抗扰控制器进行仿真对比。仿真结果表明:基于平台模型信息设计的线性自抗扰控制器可有效提高光电稳定平台的响应速度和扰动抑制能力。

自抗扰控制器在非线性化工过程控制中的应用

对于连续搅拌槽反应器、pH值中和、高纯度分离等化工过程,由于其过程本身具有严重非线性,因而控制十分困难.当未知强非线性系统中存在强干扰时,自抗扰控制器能表现出很强的适应性和鲁棒性.为此,采用二阶自抗扰控制器来控制这些复杂非线性过程,并结合工程实际和理论分析,对其跟踪微分器TD的设计予以简化.对连续搅拌槽反应器和pH值中和过程进行仿真,结果表明,基于自抗扰控制器的控制效果均优于常规PID调节器的控制效果.

非线性自抗扰控制器在航天器姿态控制系统中的应用

基于扩张状态观测器 (ESO)的自抗扰控制器 (ADRC)在不确定性系统的估计和控制中得到了广泛发展和应用。本文利用这个理论 ,通过建立非线性观测器来实时、迅速、准确、简单地获取不确定性受控对象的参数和模型摄动及未知外扰作用的信息 ,再通过补偿作用来实现反馈线性化和反馈“确定性化” ,使得控制器结构简单、响应快、精度高。

永磁同步电机传动系统电流环非线性自抗扰控制器的设计与稳定性分析

高性能永磁同步电机伺服系统要求有快速响应的电流内环以保证系统的高动态性能,传统PI调节器容易出现超调及振荡调整过程。为实现对高性能永磁同步电机伺服系统电流环的精确控制,采用自抗扰控制器代替传统PI调节器,将电流环中电动势项和定子电阻压降项作为内部扰动量,其他未知扰动作为外部扰动量,设计了电流环非线性自抗扰控制器。与传统PI调节器相比,自抗扰控制器可以对系统内外部扰动量进行实时观测补偿,具有更好的系统抗扰动能力,可以更迅速、精确地跟随电流指令;为避免因控制器参数选取不合适而引起的电流环周期振荡,采用描述函数法对非线性自抗扰控制器取不同参数时电流环的稳定性进行了分析。通过仿真和实验验证了控制器设计的有效性。

MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)技术已得到广泛运用,但传统基于dq同步旋转坐标系的双闭环PI控制中电流内环需要依赖系统数学模型进行前馈解耦补偿,并且一阶非线性自抗扰控制器设计参数过多、整定困难。针对上述问题,提出了MMC-HVDC的二阶线性自抗扰控制策略。设计了MMCHVDC的双闭环二阶线性自抗扰控制器,实现了有功和无功功率的完全解耦控制,所设计控制器还具有响应速度快、抗扰能力强以及不依赖被控对象数学模型等优点;为了降低桥臂子模块的开关次数,改进了子模块电容电压平衡控制算法;在PSCAD/EMTDC中搭建了21电平MMC-HVDC的电磁暂态仿真模型,通过仿真验证了所设计控制器具有良好的控制性能和电容电压平衡控制算法的有效性。