基于级联一阶自抗扰控制器的机载雷达伺服系统的设计

传统雷达位置伺服系统的控制仍以PID控制为主,PID控制虽然结构简单,但进行位置跟随时,存在两点不足:(1)动态响应不理想;(2)位置跟踪性能差,无法满足高性能要求。由于位置环和转速环均可表示为一阶系统数学模型,因此可以提出一种通用一阶ADRC,分别应用于位置环和转速环中,由两个一阶ADRC级联的方式取代传统的PID,不仅能够对转速实现精确控制,还能使设计简化,调试方便。并且,统一的控制器结构还具有较强的通用性。通过基于某型机载雷达伺服系统的仿真和试验,验证了所提方法具有较好的动态特性和较强的跟踪性能,能够满足雷达伺服系统的性能要求和工程化应用的可行性要求。

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。

永磁同步电机调速系统的自抗扰控制

提出了一种利用反双曲正弦函数的一阶自抗扰控制器,以提高永磁同步电机正弦波脉宽调制(SPWM)调速系统的跟踪精度。研究了永磁同步电机转速环的数学模型;分别设计了一阶跟踪微分器和二阶扩张状态观测器,利用李雅普诺夫函数分析了它们的收敛性;构造了转速环的一阶自抗扰控制器,同时证明了一阶自抗扰控制误差系统的渐近稳定性。最后,将该新型一阶自抗扰控制器作为永磁同步电机的转速调节器,分析了自抗扰控制永磁同步电机的SPWM调速系统。仿真实验表明:自抗扰控制调速系统速度阶跃跟踪的调整时间约为0.15 s,稳态误差小于0.28 r/min;同一调速系统正弦响应的最大跟踪误差约为17 r/min。与PI控制调速系统相比,自抗扰控制永磁同步电机调速系统阶跃响应快速而平稳,无超调,稳态误差小;另外,系统正弦响应的跟踪性能好,跟踪误差小。

风电系统直流母线电压的自抗扰控制与分析

针对风电并网系统在运行中的强不确定性问题,提出一种应用于电流内环的一阶自抗扰控制1st-LADRC(first-order active disturbance rejection control)策略。首先分析了并网逆变器的频域模型并细化了耦合量,考虑实际误差,给出了真实值与测量值之间的关系式。然后,基于理论分析设计一个适用于电流内环的1st-LADRC,并基于频域分析法理论分析了系统的稳定性。最后,在Matlab/Simulink数字仿真平台,进行了不同工况的仿真验证,证明了所提控制策略的有效性、可行性。

基于SVPWM的永磁同步电机矢量控制方法研究

随着伺服电机在工业自动化领域中的应用,针对伺服电机矢量控制系统运行稳定问题,研究两电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,建立基于转速环和电流环PI调节器的双闭环永磁同步电机矢量控制模型,在系统转速环设计一阶自抗扰控制器(ADRC),对该电机矢量控制方式进行优化。通过三相PWM波形在空载和负载情况下的脉冲宽度,电机转速以及转矩变化来对该永磁同步控制系统进行验证。仿真结果表明:优化后的永磁同步电机矢量控制方案能够有效提高响应速度和控制精度。

基于改进双闭环的V2G并网逆变器直流母线电压控制

V2G双向功率变换器处于放电模式即作为并网逆变器使用时,具有非线性、强耦合、负载扰动大等特性,传统的PI双闭环控制难以取得很好的控制效果。针对直流母线电压控制易受多源干扰影响的问题,提出了一种自抗扰模型预测功率控制。模型预测功率控制作为功率内环,自抗扰控制作为电压外环;使用在工程中更具意义的线性自抗扰控制技术,并进行降阶处理,降低了系统的复杂度;对传统PI双闭环、模型预测功率控制以及以自抗扰模型预测功率控制进行了对比研究。仿真结果验证了所提出的改进双闭环控制策略在多源扰动下的暂态性能更好,抗扰性能更强。

交流异步电机ADRC+PI控制策略研究

针对交流异步电机转子参数在运行中易发生变化影响交流异步电机性能问题,对转子磁链子系统和转速子系统的2个电流内环分别设计了结构相同的一阶自抗扰控制器(ADRC,active disturbance rejection control),实现了定子电压励磁分量对励磁电流的解耦控制和定子电压转矩分量对转矩电流的解耦控制。对于转速子系统的转速外环采用一阶ADRC控制器,转子磁链子系统外环采用PI控制器。采用此控制策略,可改善交流异步电机的动、静态性能。仿真结果表明,ADRC+PI控制策略与PI控制策略相比,交流异步电机具有转速无超调、调节时间短、抗干扰能力强等优点。

一阶线性自抗扰控制的整定

线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)是解决系统外部不可测扰动和内部未知不确定性的一种新型控制方法。其精髓是将系统的不确定性转化为一个可观测的状态,利用扩张状态观测器进行实时估计,并用状态反馈控制率实时进行补偿。在满足鲁棒度策略和时间乘平方误差积分的约束条件下,首先针对一阶惯性加迟延模型提出了一阶LADRC的整定公式,然后通过典型的基准系统和温度控制实验,对整定公式进行测试,最后与常规的SIMC(simplified internal model control)-PI(proportional-integral)整定方法进行性能比较。仿真结果证明了该一阶LADRC整定公式的可行性,拓展了其在工业控制领域的应用。