Integrated Sliding Mode Velocity Control of Linear Permanent Magnet Synchronous Motor with Thrust Ripple Compensation

In this paper,a compound sliding mode velocity control scheme with a new exponential reaching law(NERL)with thrust ripple observation strategy is proposed to obtain a high performance velocity loop of the linear permanent magnet synchronous motor(LPMSM)control system.A sliding mode velocity controller based on NERL is firstly discussed to restrain chattering of the conventional exponential reaching law(CERL).Furthermore,the unavoidable thrust ripple caused by the special structure of linear motor will bring about velocity fluctuation and reduced control performance.Thus,a thrust ripple compensation strategy on the basis of extend Kalman filter(EKF)theory is proposed.The estimated thrust ripple will be introduced into the sliding mode velocity controller to optimize the control accuracy and robustness.The effectiveness of the proposal is validated with experimental results.

Adaptive synchronization of chaos in permanent magnet synchronous motors based on passivity theory

An adaptive synchronization control method is proposed for chaotic permanent magnet synchronous motors based on the property of a passive system. We prove that the controller makes the synchronization error system between the driving and the response systems not only passive but also asymptotically stable. The simulation results show that the proposed method is effective and robust against uncertainties in the systemic parameters.

PMSM正切趋近律无位置传感器角度补偿方法研究

在负载转矩突变的动态过程中,基于PI调节器的角度补偿方法作用时PMSM超螺旋滑模观测器(STSMO)转子电角度估算误差波动剧烈,因此依据角度估算误差的定义,建立了转子电角度补偿算法的数学模型。根据滑模控制和趋近律理论,提出了基于正切趋近律的变步长闭环角度补偿方法,选择角度估算误差的半角正切值作为角度调节步长,并通过前馈解耦得到的角度估算误差正余弦信号计算该步长,实现了对无位置传感器控制系统动态性能和抗扰动能力的改善。根据归一化灵敏度的定义,分析调节步长随角度估算误差变化的灵敏度,提出了基于归一化补偿灵敏度的系统动态性能分析方法,衡量两种补偿算法作用下系统的动态性能。计算和仿真结果表明,正切趋近律补偿方法具有更高的归一化补偿灵敏度,在负载转矩突变等角度估算误差变化剧烈的工况下能够实现更好的补偿效果,抑制估算角度误差的波动。实验结果表明,相比传统的PI补偿方法,正切趋近律补偿方法能够将突加额定转矩动态过程中角度估算误差的波动幅度降低61.9%,动态过程持续时间缩短23%,有效提升了系统的动态性能和抗扰动能力。

基于新型趋近律的PMSM模糊滑模控制

针对永磁同步电机的调速系统动态品质易受参数变化、外部扰动以及摩擦力等不确定因素影响而导致伺服性能降低的问题,提出一种改进的幂次指数趋近律,对该趋近律的参数k和ε引入模糊规则控制,有效抑制传统滑模变结构控制中的固有抖振问题,提升收敛速度。为了消除系统内、外部扰动引起的控制精度问题,设计一种新型扰动观测器进行观测。仿真结果表明:该方法能够实现精确的速度控制;与传统的滑模控制相比,在保留其优势的基础上,有效降低了滑模的抖振。

永磁同步电机抗干扰复合滑模控制器的设计

目的 在灌装、封口等包装作业过程中,提高永磁同步电机的快速响应和抗干扰能力,同时减少控制系统的抖振现象。方法 提出一种复合滑模控制策略,设计一种能适应滑模面和系统状态变化的分段速率滑模趋近律,将其与新型积分滑模面结合,设计一种带速度环的滑模控制器。同时,设计一个干扰观测器,用于估计闭环系统的扰动,并将估计后的扰动实时补偿到控制器的输出电流中,构建复合控制器。结果 仿真结果表明,设计的控制器能够显著提高收敛速度,并有效减少了控制系统的抖振,从而提高了动态质量。此外,干扰观测器与控制器结合的复合控制器可以提高系统的抗干扰能力,从而进一步提高了控制性能。结论 文中提出的复合滑模控制策略可以有效提高永磁同步电机调速系统的动态性能,减少控制系统的抖振,为实现高效、稳定的控制提供了有效的解决方案。

基于模糊趋近律和扰动观测器的PMSM滑模控制

为了提高永磁同步电机调速系统的响应精度、速度、鲁棒性,解决传统滑模控制中趋于滑模面时间与系统抖振相矛盾的问题,提出了一种基于模糊趋近律和扰动观测器的滑模控制。模糊趋近律根据系统轨迹与滑模切换面的距离来有效地调整切换增益的大小,扰动观测器估计系统的内部参数变化和外部负载干扰,将估计值前馈补偿到速度控制器。仿真结果表明,系统快速跟踪阶跃信号,响应速度加快,系统出现扰动时,电机转速波动极小,迅速恢复稳定时间,结果表明采用基于模糊趋近律和扰动观测器的滑模控制方法能够有效地增强调速系统的鲁棒性和动态性能,并抑制系统的抖振。

永磁同步电机非线性增益非奇异快速终端滑模控制

为了研究传统滑模控制中系统误差在有限时间内无法收敛至0以及传统滑模控制中系统抖振与收敛速度互不兼容的问题,提出一种非奇异快速终端滑模控制与扰动观测器结合的速度控制器。通过将参数可变的非线性函数作为增益代替固定增益加入滑模控制策略中从而改善系统响应速度同时减小系统的抖振。针对转矩扰动对系统的影响,加入负载转矩扰动观测器并补偿到q轴电流中以进一步提高控制器抗负载扰动能力。根据李雅普诺夫稳定性理论对提出的新型滑模控制器进行稳定性证明,经过仿真和实验证明,电机在启动时响应快、无超调且抖振较小,在突加转矩时转速波动小且恢复时间迅速,证明了改进后的变增益非奇异终端滑模控制与传统非奇异快速终端滑模控制策略相比可以提高动态性能的同时抑制系统抖振、增强系统的鲁棒性。

基于改进分数阶滑模控制的PMLSM直接推力控制

针对分数阶滑模控制在永磁直线同步电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor, PMLSM)直接推力控制下转速环精度不高、磁链和推力波动大等问题,提出一种改进的分数阶滑模控制算法,即分数阶双幂次指数趋近律、分数阶变速趋近律相结合的组合趋近律,能有效减弱滑模控制引起的系统振荡,加快趋近速率。仿真结果表明:与分数阶滑模控制相比,在PMLSM直接推力控制系统中采取改进分数阶滑模控制,磁链和推力波动明显减弱,系统响应速度加快,提高了PMLSM推力响应的抗干扰能力。

基于非线性干扰观测器的IPMSM改进无模型滑模控制

针对内置式永磁同步电机参数摄动导致模型不确定而影响系统控制性能的问题,提出一种基于非线性干扰观测器的内置式永磁同步电机改进无模型滑模控制方法。首先,建立考虑参数摄动的内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)新型超局部模型;其次,利用改进滑模趋近律设计滑模控制器作为无模型控制中的反馈控制器;然后,设计非线性干扰观测器来观测估计无模型控制中的未知复杂项;最后,与传统无模型滑模控制方法进行仿真实验对比。仿真实验结果证明所提方法能有效解决系统参数摄动影响电机控制性能等问题,验证了所提方法的有效性及优越性。

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。

一种新型永磁同步电机高阶滑模控制算法

针对永磁同步电机控制系统易因外部扰动等不确定性影响而导致控制性能下降的问题,提出了一种基于改进自适应非奇异终端滑模控制器和滑模扰动观测器补偿技术的复合控制算法。选择新型自适应指数趋近律设计非奇异终端滑模转速环控制器,新型趋近律可以在保证减少抖振的同时保证控制系统能够快速收敛,可动态适应被控系统的变化;利用扩展滑模扰动观测器实时估计系统中不确定性参数,并对控制器进行前馈补偿,且通过Lyapunov函数证明了其稳定性。仿真和试验结果表明,与PI控制、传统滑模控制方法相比,所提方法有效改善了抖振问题,提高了控制系统对电机的控制精度,提升了系统的鲁棒性和抗干扰性能。

基于二阶滑模扰动观测的PMSM电流预测控制研究

针对无差拍电流预测控制(DPCC)对电机参数的依赖性,系统性能尤其易受电感参数影响的问题,研究基于二阶滑模扰动观测的永磁同步电机(PMSM)电流预测控制方法。首先,根据滑模控制原理分析电感参数失配对系统参数鲁棒性的影响,及传统滑模控制的不连续函数导致的系统“抖振”;然后,在DPCC中引入一种基于二阶趋近律的滑模扰动观测器(SMDO),实时补偿电感参数失配造成的扰动,同时通过二阶趋近律加速扰动误差的收敛;最后,将该方法与DPCC、SMDO+DPCC进行对比仿真实验。实验结果表明,在电感参数失配的情况下,该方法降低了电流稳态误差,提高了系统参数的鲁棒性,减少了传统滑模控制带来的系统“抖振”现象。

新型滑模观测器下的表贴式永磁同步电机控制

在传统的滑模观测器(SMO)下的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制系统中存在着一些问题,如抖振较强,实际转速与预期转速差值较大并且有波动等情况。针对这些问题,采用滑模控制中的一般趋近律代替传统滑模观测器中的等速趋近律,并且用光滑的Sigmoid函数替代传统的符号函数,同时通过模糊控制系统对指数趋近律中的参数进行自适应调节,对表贴式PMSM的无位置传感器控制中产生的抖振进行抑制,并且提高SMO的观测精度。利用Lyapunov第二方法对该方法进行稳定性判断,验证该方法的稳定性。使用MATLAB/Simulink搭建基于滑模观测器的PMSM控制系统仿真模型,将该仿真结果与传统的滑模观测器的仿真结果进行比较分析。研究结果显示,新型的滑模观测器依旧能够快速地追踪转子的位置,同时具有更加良好的稳定性。

同步BUCK电路中的新型非奇异终端滑模控制性能研究

针对传统滑模控制趋近速度较慢、抖振较大,应用在同步Buck变换器中响应速度较慢、精度较低等问题,提出了一种新型非奇异终端滑模控制的方法。首先对传统的滑模面函数进行了修改,通过引入非线性函数并附上积分项,可以迫使系统快速收敛,从而缩短响应时间。其次在传统趋近律的基础上引入了形式为sigmoid的函数,并用饱和函数来替代符号函数,避免了符号函数在零附近高频切换,因此降低了传统滑模控制带来抖振影响。最后在MATLAB/Simulink仿真平台搭建相应的模型,结果显示,其调整时间为90μs,突加负载后恢复时间为20μs。并通过实验验证,在转速指令发生改变时,所设计的方法调整时间更快,在突加负载后,抗干扰能力更强。

基于变速趋近律的PMSM复合速度控制

为了提高永磁同步电机速度控制器的性能,文章提出一种新型变速趋近律滑模控制策略。变速趋近律在传统指数趋近律的基础上引入关于系统状态的幂次项和关于滑模函数的变速项,并采用双曲正切函数来减小高频切换项的影响。该控制策略有利于减小电流和转矩脉动,提高了系统运行的稳定性和响应速度。另外,针对系统受未知干扰影响的问题,设计了一种滑模扰动观测器来估计系统的总扰动,并将估计的扰动补偿到复合速度控制器中。最后,利用Matlab/Simulation仿真和电机实验平台对所提出的控制策略进行验证。仿真和实验结果表明,复合速度控制器与扰动观测器相结合的控制策略具有更快的收敛速度、更小的抖振和更好的抗扰性能。

面向永磁同步电机负载转矩观测的自抗扰改进滑模控制

针对传统永磁同步电机滑模控制中存在的滑模抖振大及响应速度慢的问题,设计了一种新型趋近律,在传统指数趋近律的基础上加入可变比例系数并引入系统状态变量和滑模面的幂次项,减小抖振的同时提高了趋近速率。随后,为了避免引入转速误差的微分项,减小系统高频抖振,采用积分滑模面,设计了永磁同步电机改进滑模速度控制器。针对控制策略中负载扰动波动会导致系统控制精度降低、抖振增大的问题,设计了一种基于新型饱和函数的扩张状态观测器估计负载扰动,并将扰动估计值前馈至改进滑模控制器中,进一步提高了系统的抗扰性能。数值仿真结果表明:所提出的控制策略可显著提高电机动态性能和抗扰性。在电机受负载转矩波动影响时,比PI控制电机超调量减小约23.1%,响应速度提高62.5%,比传统滑模控制电机超调量减小约15.3%,响应速度提高50%。新型滑模趋近律还可以有效降低滑模抖振,与传统滑模控制器相比,采用改进滑模控制器电机抖振降低约50%。

基于观测器的脉冲发生器复合滑模控制

针对表贴式永磁同步电机滑模控制系统中存在抖振、响应速度慢的问题,采用一种新型滑模控制器与改进型滑模观测器相结合的控制策略。提出一种新型趋近律,选用tanh函数作为开关函数,使得切换更加平滑。再引入终端吸引子,提高系统收敛速度,改善系统控制品质。设计改进型滑模观测器,将符号函数替换为连续函数,并对观测误差进行补偿,削弱抖振并且提高观测精度。建立基于新型滑模控制器和改进型滑模观测器的双闭环速度控制系统仿真模型,并与比例-积分(proportional-integral,PI)控制系统、基于指数趋近律的滑模控制系统做对比仿真实验。仿真结果表明:提出的控制策略可以有效地减弱抖振效应,增强系统的收敛性,并且能够更好地跟踪给定信号。

基于三阶超螺旋扰动观测器的PMLSM全局自适应滑模控制

针对永磁直线同步电机的位置跟踪精确度易受外部扰动、参数变化等不确定性因素影响的问题,提出全局自适应滑模控制器与三阶超螺旋扰动观测器相结合的复合控制策略。首先,为了解决全局滑模控制存在的抖振问题,根据自适应趋近律设计全局自适应滑模控制器。自适应趋近律可以根据系统状态变量的变化过程实时调整开关增益的大小,从而提高系统的响应速度并减小抖振。然后,为了提高系统的跟踪精确度以及抗干扰能力,设计三阶超螺旋扰动观测器,利用扰动观测器观测系统中无法精确测量的扰动以及存在的不确定项,实现对系统的前馈补偿。最后,进行仿真与实验验证。仿真与实验结果表明,与全局滑模控制相比,所提方法能有效提高系统的响应速度和跟踪精确度,使系统具有良好的稳态性能和动态性能。

基于标幺化两相吸引律的永磁同步电机有限时间速度控制

针对带有负载力矩以及其他干扰的永磁同步电机(PMSM)调速系统,提出一种基于标幺化两相吸引律的PMSM有限时间速度控制方法。首先将被控转速误差标幺化以构造具有理想误差动态特性的两相吸引律;其次基于该两相吸引律设计速度控制器,同时设计有限时间扩张状态观测器估计系统中存在的未建模动态与外部干扰,实现了转速跟踪误差有限时间收敛;然后构造Lyapunov函数分析所提控制方法的稳定性;最后实验验证了所提方法的可行性。实验结果表明,所提方法能够实现快速、无超调的速度跟踪,具有良好的动、静态性能与抗干扰能力。

良知与正当共时性存在下的算法正义原则——兼反思赫拉利《未来简史:从智人到智神》之提问

道与现代自然法的共时性存在,体现为纯粹良知与正当的共时性存在,这有助于预防数据进化人文主义及其相关的技术权贵+专用AI、脑机结合、通用AI等导致的人类灾难。其思路体现为德性上的三层逻辑阶梯,为了预防其共时性存在的冲突,需要在算法多元救济制度中进行功能划界:功利论(可体现为数据主义)与义务论(如正当优先)相对更适用于传统法域如私法法域,具体如平台与个人个性协议等;纯粹良知论下的法之道即中国自然法,可推出良知优先原则,日常隐而不用,限制适用于社会法法域,如涉及新人类、强AI等共同良知议题。综上是预防数据进化人文主义的算法正义观,推论出以大范围正义为旨归的算法正义总原则:良知与正当的功能划界原则;即涉及强AI等社会法法域问题时良知优先,而私法等法域下正当优先。分原则是:虚拟界与自然界平等原则,新人类与人类平等原则,等。推衍之规则如:人控制机规则,即人的自由以不能选择脑机结合中的“机控制人”为前提。建议将此规则写入全球神经技术指南。