基于Anti-reset Windup方法改进的PMSM调速系统的滑模控制

永磁同步电机(PMSM)调速系统在实际应用时,需在转速控制器的输出加入限制环节将电机的电流限制在一定范围内,防止电机和驱动电路的过流损坏。而对采用指数趋近律的滑模控制器(SMC)的转速环,由于初始阶段系统以较大速率趋近滑模面,导致电流环输入受限,系统达到饱和状态。而控制器中的积分器仍处于累加状态,迫使系统持续饱和,产生饱和(Windup)现象,导致系统的动态特性变差。因此,本文基于Anti-reset Windup方法对指数趋近律的滑模控制器进行改进,并给出了设计方法。通过仿真分析发现,改进后的控制器消除了windup现象,改善了电机在启动阶段的动态特性。同时,改进后的控制器使系统的鲁棒性和抗干扰性能更佳。

控制系统Anti-Windup设计综述

综述了Anti-W indup算法的发展过程,以及大致的分类情况和各种方法的应用特点。不同角度定义的W indup现象会产生不同类型的Anti-W indup算法结构,大致可将其分为:线性结构和非线性结构算法。线性结构算法又产生两种主要类型:传统的Anti-resetW indup和条件作用。线性结构Anti-W indup算法一般符合两步法设计原则,但由于其分步设计原则,忽略了线性控制器和非线性补偿环节是同时作用在系统闭环响应中,造成了系统综合困难,即补偿后的系统性能没有明确的数学表达。针对这一问题,众多学者在线性结构算法的基础上提出了不同的设计方案,理论上取得了许多成果,可以在补偿器设计的同时得到预期的动静态性能。但是,由于事先设计的算法过于复杂,制约其在应用领域的推广,因而应用最为广泛的还是传统的Anti-resetwindup算法。如何简化事先设计算法推广其应用或改进传统的Anti-resetwindup算法直接获取最优补偿效果将是今后该领域研究的主要方向。

感应电机直接转矩控制系统的变结构anti-windup控制器

针对感应电机直接转矩控制系统转速控制环节的非线性饱和特性,提出了一种变结构an-ti-windup PI速度控制器来提高转速控制性能。该方法结合了条件积分法与反计算法的优点,根据PI控制器的输出是否饱和,对积分状态分别进行控制。当PI控制器在饱和非线性区运行时,将饱和限幅环节的输入与输出量的差值反馈到积分器的输入端,以减小积分状态的变化速率。使控制器在出现饱和时,能够适时快速地退出饱和区,达到减小转速响应的超调量,加快响应速度的目的。仿真和实验结果表明该控制器能有效抑制系统的积分windup现象,控制性能优于传统的anti-windup PI控制器。

永磁同步电动机分数阶Anti-Windup控制器的研究

针对采用分数阶PI~λ控制器设计控制系统时引起的积分饱和现象(Windup现象),设计一种分数阶抗积分饱和控制器。根据分数阶积分特性,结合一种Anti-Windup控制器结构对控制器进行设计分析,并采用粒子群算法对控制器参数进行整定。最后将分数阶Anti-Windup控制器应用到永磁同步电动机(PMSM)调速系统中,通过仿真分析比较其控制性能。结果表明,分数阶Anti-Windup控制器能够降低系统超调量,提高系统快速性及抗干扰能力,具有良好的鲁棒性,可进一步改善控制系统的控制性能。

无刷直流电动机Anti-windup PID控制系统的研究

本文首先建立了无刷直流电动机系统的仿真模型,并在此模型的基础上,提出了具有一种抗积分windup现象的变结构PID控制器,即基于Anti-windup的PID控制器.仿真实验结果表明,该控制方法能较好地抑制积分饱和,实现系统的快速、无静差调节.

基于Anti-Windup控制器的永磁同步电机控制系统设计

永磁同步电机矢量控制系统中存在非线性饱和特性。分析了经典的PID控制器用于系统时所带来的积分Windup现象,并介绍了几种典型而适用的Anti-Windup控制器结构,基于变结构Anti-Windup控制器对系统进行了改进以抑制积分Windup现象,控制器采用条件积分法和反计算法相结合的控制策略,保证了系统出现饱和时,尽快地退出饱和区。仿真和实验结果表明,该控制器能有效抑制系统的积分Windup现象,系统超调量小、速度响应快,具有较好的鲁棒性和较高的稳态性能。

一类Anti-Windup系统的稳定性研究

针对一类基于内模控制结构（InternalMedeControlStruture）的Anti－Windup设计方法，详细讨论了控制系统存在饱和非线性时的输入输出（BIBO）稳定性问题．在分析饱和非线性对控制系统的影响时，通过适当的模型转换，并引入两个度量因子α、β，细致地刻画出饱和特性的变化范围，使本文的稳定性研究有着更广泛的意义．

基于积分状态预测的Anti-Windup PID控制器设计

目前有多种方式用来抑制调速系统中调节器饱和引起的Windup现象。其中跟踪反计算控制策略,由于其采用线性反馈作用原理来减小调节器饱和时的积分累加值,因此对于这种策略的研究和应用较多。但由于在设计调节器参数时,没有考虑速度指令和负载的变化,固定的反计算参数一般难以在大范围内保证系统响应的一致性。为了在不同速度指令和负载转矩条件下,保证系统响应的一致性,本文提出了积分状态预测Anti-Windup策略来减小系统由于饱和现象而引起的性能下降,根据速度指令和负载转矩的变化,在调节器饱和时计算出积分器在系统稳态积分终值,并将其作为调节器进入线性段的积分初始值,当系统参数精确时使得系统呈现出最优的速度响应曲线。本文在相同的电流环和速度环调节器PI参数的条件下,进行了仿真实验,比较了上述AW策略与传统方法的速度响应性能。实验结果验证了理论分析及仿真波形的正确性。

永磁同步电机Anti-Windup速度控制器设计

主要针对永磁同步电机(PMSM)磁场定向控制系统中存在非线性饱和问题,分析了PI电机速度控制器Windup现象产生的过程及危害。对传统的Anti-reset Windup PI控制器进行了改进,将比例环节和积分环节对饱和影响进行了分离,从而使反馈补偿更为准确,有效提升了电机控制系统性能。通过仿真验证了可行性,并将其应用于所开发PMSM驱动控制系统中,在工程应用中取得了很好的控制效果,进一步验证了控制策略的可行性。

新型Anti-Windup PI控制器在感应电机DTC系统中的应用

感应电机直接转矩控制系统(DTC)的转速调节通常采用传统的PI控制器,但传统PI控制器存在非线性的饱和特性,会使实际系统的控制性能下降。为提高系统控制性能,采用了一种新型抗积分饱和(Anti-Windup)PI控制器,新型Anti-Windup PI控制器在出现积分饱和时,可以快速地退出饱和区,从而实现了减小超调量,加快响应速度的目的。随后对系统的稳定性进行了分析,给出了系统的稳定条件。最后用MATLAB仿真软件对系统进行了建模和仿真,并和传统PI控制器和反计算控制器进行了比较,结果表明新型Anti-Windup PI控制器可以有效抑制积分饱和现象,缩短响应时间,性能优于传统PI控制器和反计算控制器。

基于条件技术的Anti-windup设计及其在伺服系统中的应用

大多数执行器不可避免的会出现饱和现象,严重影响了系统的闭环性能,甚至影响系统的稳定性。为此,该文介绍了条件技术的Anti-Windup设计方法。通过引入"可行参考输入"的概念,设计了以传递函数形式表示的抗饱和补偿控制器。并用此方法有效地解决了某型电动转台伺服系统中存在的控制器Windup问题,仿真结果表明转台伺服系统性能得到改善。

二阶Terminal滑模控制规律及其Windup效应的研究

文中提出的二阶Terminal滑模变结构控制方法有效消除传统滑模变结构产生的抖振,该方法既具有传统滑模变结构的特点,又能有效地消除传统滑模变结构所产生的抖振。同时,考虑了带有积分项的二阶Terminal滑模控制在控制受限的情况下的Windup效应。将一种Anti-Windup补偿器应用于该控制系统。将此方法用在非线性的多输入多输出微喷十字梁试验系统,仿真结果表明,该方法确实有效地消除了抖振,而且鲁棒性也很强。

一种基于H_∞优化的内模控制Anti-windup设计方法

针对被控对象控制输入发生饱和时对内模控制性能和稳定性的不利影响。分析了二自由度内模控制结构具有抗饱和特性的原因。提出了一种抗饱和,跟踪与干扰补偿解耦的三自由度内模控制结构。其中抗饱和控制器基于H∞优化理论综合,小增益定理保证全局稳定性。仿真表明了算法有较好的抗饱和及干扰补偿能力,鲁棒性较强。

基于Anti-Windup回馈推力矢量飞行控制系统研究

针对带推力矢量飞机大迎角机动飞行控制问题,文中主要研究推力矢量与气动舵面融合控制策略问题。结合串级链式推力矢量控制分配和Anti-Windup抗饱和控制结构,提出了一种基于Anti-Windui回馈推力矢量飞行控制系统设计结构,该控制策略合理分配操纵面的偏转指令,实现推力矢量和气动舵面的协调偏转。仿真结果表明,采用Anti-Windup抗饱和控制结构的推力矢量/气动舵面控制融合结构,对完成飞机在纵向平面内的过失速机动动作,有更好的控制效果。

基于Anti-Windup的感应电机高速区最大转矩提升策略

充分利用直流母线电压是提升感应电机输出转矩的有效途径。传统电压闭环方法在进行电压极限圆拓宽时,必然会出现windup问题,这将导致系统动态响应变差并影响转矩输出。该文提出一种基于Anti-Windup的感应电机高速弱磁最大转矩提升策略,通过空间矢量脉宽调制算法过调制前后矢量合成的作用时间进行闭环弱磁,运用梯度下降法校正励磁电流给定。在提高直流母线电压利用率的同时,缓解了电流调节器的失控问题。仿真和对比实验结果表明,该文方法实现了最大转矩的提升,加快了电机升速过程。

基于anti-windup技术的四旋翼模糊PID控制

四旋翼飞行器在受到风力等大扰动的情况下,单纯的PID控制受到积分环节和饱和限幅环节的共同作用,容易产生windup现象,系统动态响应变差,造成飞行器大超调甚至失调。通过建立四旋翼飞行器的动力学仿真模型,分析了windup现象产生的原因,设计了参数模糊可变的anti-windup PID控制器,用于缓解windup现象。对比分析了该控制器与现有的模糊PID控制器、参数为定值的anti-windup PID控制器的性能,仿真结果表明,基于anti-windup技术的模糊PID控制器,能够更加有效地抑制windup现象,加快飞行器的姿态调节过程。

基于Anti-windup的光学中心偏差测量仪伺服系统的PID控制研究

针对光学中心偏差测量仪伺服控制系统运动中存在的非线性饱和问题,提出一种基于Anti-windup的PID控制算法,有效地解决了光学中心偏差测量仪直线导轨运动伺服系统中存在的控制器Windup问题。仿真结果表明:直线导轨伺服系统的性能得到明显改善,验证了该控制算法的可行性。

基于Anti-windup PID的四旋翼飞行器姿态控制研究

针对四旋翼飞行器姿态控制问题,设计一种Anti-windup PID姿态控制器。结合四旋翼飞行器简化的数学模型,在飞行器在垂直速率、俯仰速率、翻滚速率、偏航速率4个独立通道上分别设计了PID控制器和Anti-windup PID控制器。在MATLAB/SIMULINK环境下,对控制四旋翼飞行器姿态的两种算法进行仿真分析。仿真结果表明,Anti-windup PID控制方法在性能上明显优于PID,对飞行器有良好的控制效果。用Anti-windup PID算法搭建的四旋翼飞行器的物理实验平台更好地验证了该算法的有效性。

基于气动装置神经网络模型的anti-windup控制器设计

为提高气动系统的控制效果,以Levenberg-Marquardt算法训练多层前馈神经网络,建立了一气动装置的神经网络模型并推导出ARX模型.基于气动装置的ARX模型,采用Ragazzini方法设计了anti-windup控制器.实时控制结果表明,所设计的控制器有效地克服了控制死区和阀的饱和效应,实现了对该气动装置快速和高精度的控制.

带积分状态估计器的Anti-Windup转速控制器

针对感应电机直接转矩控制系统的非线性饱和特性,提出了一种带积分状态估计器的Anti-Windup转速控制器来抑制积分Windup现象,当PI控制器开始在线性区运行时,以预测的PI输出饱和时的积分状态稳态值作为积分器的初值,使得在系统出现饱和时,控制器可以快速退出饱和区。实验结果表明,该控制器能有效抑制积分Windup现象,转速响应快,且无超调,控制性能优于常规Anti-windup控制器。