基于二阶滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

为了准确估计永磁同步电机的转子位置与速度,提出一种二阶滑模观测器。该观测器在传统线性滑模面基础上引入了混合非奇异终端滑模面,避免了常规滑模观测器由于低通滤波所产生的相位滞后问题,同时可以提高转子位置与速度的估算精度。为了保证观测器的稳定并抑制滑模固有的抖振现象,设计了滑模控制律。最后,采用具有锁相功能的转子位置与速度跟踪算法从观测的反电动势中解调出转子位置和速度信息。仿真和实验证明了所提观测器的正确性。

基于二阶滑模观测器的无刷直流电机转子位置估计

针对一阶滑模观测器(F-SMO)存在的抖振和相位延迟问题,提出了基于二阶滑模观测器(S-SMO)的线反电势(LBEMF)估计策略,将不连续控制作用在滑模变量的高阶微分上,采用超螺旋算法设计控制率,能较好地削弱抖振,得到连续光滑且无滞后的反电势估计值.针对相反电势法存在的相移问题,采用线反电势过零点直接作为换相点的换相策略.仿真和实验结果表明,所提策略能够准确估计无刷直流电机线反电势,获得准确的转子位置换相点,实现无刷直流电机的无位置传感器控制.

基于二阶滑模观测器的非线性动态系统故障估计

研究了一类非线性动态系统的执行器故障估计问题.采用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型对非线性动态系统建模,克服了以往研究需对非线性动态系统作Lipschitz条件假设的局限性.为避免传统滑模观测器在实现故障估计时的抖振问题,设计二阶滑模观测器实现了故障估计.为方便观测器设计,通过坐标变换分离出系统的可测状态;采用Lyapunov泛函与线性矩阵不等式设计观测器,并证明了观测误差动态系统的稳定性,进而得到了执行器故障的渐近估计.所提方法只需观测器与系统的输出信息,实现了故障的在线估计.通过一个液压传动系统的仿真分析验证了所提方法的有效性.

二阶滑模观测器的BLDCM直接转矩控制

针对无刷直流电机直接转矩控制中反电动势获取困难和常规滑模控制存在系统抖振的问题,提出了一种基于二阶滑模观测器的直接转矩控制策略。根据无刷直流电机的数学模型,选择传统线性滑模面及其一阶导数构成二阶滑模面,采用改进型趋近律推导控制律,设计了一种二阶滑模观测器,该观测器将滑模抖振集中在相电流误差的高阶微分上,并通过积分作用,削弱抖振的同时加快了收敛速度。二阶滑模观测器无需低通滤波器即可准确估计反电动势,将其应用于无刷直流电机无位置传感器直接转矩控制中,可有效减小转矩脉动,改善系统的性能,仿真结果表明了所提方法的优越性。

神经网络优化二阶滑模观测器的PMSM无感控制

针对表贴式永磁同步电机的速度和位置观测性能不佳的问题,提出一种结合反向传播(BP)神经网络的二阶滑模观测器,用于优化基于超螺旋算法的滑模观测器(STA-SMO)的滑模增益及改进的锁相环(PLL)。采用BP神经网络算法优化二阶滑模观测器的滑模增益,实现了增益在线调节,提高了系统的动态响应。采用改进的PLL,提高了转子位置和转速的观测精度。仿真结果表明,与变增益STA-SMO相比,所提出的二阶滑模观测器的位置误差和抖振减少了25%和40%以上,有效地抑制了滑模抖振,具有更强的鲁棒性。

基于二阶滑模观测器的连续系统故障估计

针对传统的滑模观测器在实现故障估计时带来的抖振问题,设计基于super-twisting算法的二阶滑模观测器以稳定地估计出故障.针对以往利用几何或齐次性方法证明super-twisting算法稳定性过程繁琐的缺点,采用Lyapunov函数来证明稳定性.给出的故障估计结果克服了传统的滑模观测器在估计故障时带来的时延或引进新参数等缺点.最后,将所提出的方法应用于某型飞控系统,结果表明了所提出方法的有效性.

带参数辨识的自适应二阶滑模观测器PMSM无传感器矢量控制

针对表贴式永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统,提出一种具有电机参数在线辨识的基于Supertwisting algorithm的自适应二阶滑模观测器。在两相静止坐标系下,将模型参考自适应方法与基于Super-twisting algorithm的二阶滑模方法相结合,实现反电动势的准确估计。采用李亚普诺夫理论证明观测器的稳定性,并由李亚普诺夫稳定性方程推导定子电阻和转子转速的自适应律。在同步旋转坐标系下,采用二阶滑模观测器估计永磁磁链,并将其输入位置跟踪观测器估计转子位置。该算法充分抑制了滑模抖振,同时避免了低通滤波和相位补偿环节的使用,转子位置检测不受定子电阻和永磁磁链变化的影响,具有较强的鲁棒性。仿真结果验证了所提出算法的有效性。

基于滑模观测器永磁同步电机迭代学习控制

针对永磁同步电机存在的周期性脉动问题,提出了一种二阶PD型迭代学习控制策略(ILC),然后利用Lebesgue-p范数对系统误差进行分析,使它严格意义上满足单调收敛性。将一阶和二阶迭代学习控制的收敛速度进行了比较,得出二阶PD型迭代学习控制性能更优。同时提出二阶滑模观测器估算转子位置,通过配置比例、微分增益可获得快速收敛速度。最后,系统仿真及实验证明了系统的有效性。

基于二阶离散滑模观测器的锂电池SOC估计

针对一阶离散滑模观测器法出现明显抖振现象,提出了基于二阶离散滑模观测器的SOC估计法。以二阶RC等效电路模型为基础,采用变遗忘因子最小二乘法在线辨识模型参数,提出一种锂电池模型参数和SOC在线估计方法,并与一阶离散滑模观测器法进行了对比试验研究。试验结果表明所设计滑模观测器具有较高SOC估计精度,未出现明显抖振现象,可进一步保证SOC在线估计的可靠性。

带有滑模观测器的永磁同步电机改进型PID控制

针对传统滑模观测器的抖振现象严重、估计精度低等问题,提出了一种带有二阶滑模观测器的内嵌式永磁同步电机改进型PID控制方案。根据Super Twisting Algorithm设计了二阶滑模观测器,取消了传统滑模观测器方案中的低通滤波器与位置补偿环节,有效抑制了滑模抖振,提高了估计精度。为了进一步改善系统的动态性能,基于牛顿插值法构造了一种具有滤波功能的离散微分器并利用三点离散微分器代替传统微分设计了转速环改进型PID控制器。仿真验证了该方案能够有效抑制抖振现象,估计精度高,稳态性能与动态性能较好。

基于PMSM的二阶滑模无位置传感器控制

在永磁同步电机传统滑模观测器(SMO)无位置传感器控制方案中,针对其因符号函数带来的抖振现象以及因一阶低通滤波器带来的相位滞后问题。根据Super-twisting算法设计了二阶滑模观测器(STASMO)无位置传感器控制方案,该方案不仅有效地抑制了抖振现象,而且取消了一阶低通滤波器的使用。当电机运行时,定子电阻会随着电机内部温度的升高而改变,故设计了合理的定子电阻观测器来实时观测定子电阻,从而避免了定子电阻对无位置传感器控制方案估计精度的影响。最后通过对所提方案进行系统模型搭建与仿真分析,从而证明了所提方案对电机位置和转速具有较高的估计精度。

超声速导弹的光滑二阶滑模控制器设计

建立了带有气动系数不确定量和外界干扰的超声速导弹的运动模型。采用输出重定义技术克服了导弹过载输出的非最小相位特性,利用容易测量的过载和角速度相组合重新定义了新输出量。为了削弱滑模控制的颤振影响,同时又保持滑模控制的强鲁棒性,采用光滑二阶滑模控制方法设计了导弹过载控制系统中的控制器。设计了二阶滑模观测器对汇总不确定量进行有效估计。为了检验所设计的观测器和控制器的控制效果,仿真分析中对比了光滑二阶滑模控制器和传统滑模控制器的仿真结果。仿真结果表明:光滑二阶滑模控制器能够有效地削弱颤振影响,使导弹过载输出快速准确地跟踪上过载指令信号。

自适应超螺旋控制和磁链滑模观测的PMSM DTC

针对传统一阶磁链滑模观测器的抖振和电机转速的精度及鲁棒性受扰动影响的问题,提出了一种二阶磁链滑模观测器的定子磁链估计方法和一种自适应超螺旋的转速控制策略。首先,建立了永磁同步电机(PMSM)的数学模型,然后推导了以定子电流和定子磁链为状态变量的状态方程。其次,根据二阶滑模算法理论设计新型控制律,完成了定子磁链的观测。最后,设计了一种超螺旋转速滑模控制器,并且构造了自适应律消除不确定性的影响。实验结果表明,设计的二阶磁链滑模观测器有更高的观测精度,可以有效地降低滑模抖振。同时自适应超螺旋的转速控制策略有效的提高了转速的精度和鲁棒性,对于PMSM的高精度控制和鲁棒性研究以及实际应用有一定的参考价值。

IPMSM全速域无位置传感器控制策略

为了实现内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器系统全速域运行,提出一种改进型IPMSM复合控制策略。首先,在零低速域选用高频旋转电压注入法实现对电机转速和转子位置的估计;其次,在中高速域,为了削弱传统滑模观测器中开关函数造成的系统抖振问题,构造新型超螺旋滑模观测器,提高系统的观测精度;最后,引入差分进化算法优化过渡速域权重系数,实现不同观测方法间的合理切换,完成全速域下转子位置和转速的高精度辨识。研究结果表明,所提算法能够实现电机全速域运行,且具有良好的动态性能。

双Y移30°永磁同步电机逆变器开路故障诊断方法

为了提高双Y移30°永磁同步电机可靠性,构建了基于十二开关逆变器的电机逻辑动态模型,在此基础上提出一种逆变器开路故障诊断方法。由于传统电机相电压的测量会增加系统潜在故障源,构建一种无电压传感器的二阶滑模观测器,用以对电机电压进行实时估计。通过逻辑动态模型提供的电压先验信息与含有故障信息的电压实际输出值进行比较,提取故障信息,准确定位故障开关管。通过仿真数据,证实了方法的有效性。

基于扰动观测的客车ESC自适应神经网络滑模控制

为了提高客车电子稳定性控制系统(ESC)的控制精度,针对实际车辆系统建模中存在各种非线性扰动项以及传统滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)中抖振较大的问题,提出一种自适应神经网络滑模控制算法。基于2自由度车辆模型,首先设计一个二阶滑模(Second-order Sliding Mode,SOSM)估计器对车辆的质心侧偏角进行估计,然后利用径向基(Radial Basis Function,RBF)神经网络对车辆系统建模中的各种非线性扰动项进行实时估计,并进行Lyapunov稳定性证明,RBF神经网络估计车辆系统建模的各种非线性扰动项可以有效减小滑模控制符号项的系数,从而减小滑模抖振水平。为了更进一步优化传统滑模控制的参数调节过程,减小滑模抖振并提高系统控制精度,再次利用RBF神经网络对传统滑模控制中的关键参数进行自适应调节。最后为了验证算法的有效性,搭建客车电控气压制动系统硬件在环试验台,在硬件在环试验台上对算法的有效性和精度进行试验验证。研究结果表明:客车ESC在自适应神经网络滑模算法的控制下,横摆角速度和质心侧偏角能够较好地跟随上理想的横摆角速度和理想质心侧偏角,横摆角速度和质心侧偏角的跟随误差降低;利用RBF神经网络估计客车建模中的各种非线性扰动项和利用RBF神经网络自适应调节传统滑模控制的关键参数,可以有效提高客车ESC的控制精度。

基于ADRC与SMO的PMSM无位置传感器控制

采用饱和函数的二阶滑模观测器(SMO)可有效观测永磁同步电机(PMSM)位置和转速,削弱了滑模固有的抖振,去除了传统滑模观测器中的低通滤波器。当系统达到稳态时,滑模观测器的控制作用转变为状态线性反馈的形式,失去了滑模的不变性,抗扰能力降低;SMO结合自抗扰控制器(ADRC)可以提高系统在状态线性反馈时的自抗扰能力。对ADRC的扩展状态观测器(ESO)和非线性PID(NPID)进行整体设计,简化了控制器的设计过程,缩减了参数的整定个数。实验结果表明,该算法能够准确观测PMSM位置和转速;系统对内外的总扰动具有较强的抑制作用。

基于SMDO-TLC的高超声速飞行器姿态控制

针对高超声速飞行器快时变、强耦合以及存在参数不确定和外部干扰情况下的姿态控制问题,同时考虑到执行机构动态和输入受限,提出了基于滑模干扰观测器-轨迹线性化(SMDO-TLC,Sliding-Mode Disturbance Observer-Trajectory Linearization Control)的高超声速姿态控制方法.首先,引入二阶线性微分器(SOLD,Second-Order Linear Differentiator)的概念,通过理论分析指出了当前TLC中采用一阶惯性+伪微分器求取输入指令的微分信号时会存在与SOLD类似的峰值现象,随后利用韩式跟踪微分器求取姿态标称指令及其微分信号,可有效解决过渡过程中执行机构饱和问题;接着,分别在姿态和角速率回路设计二阶滑模干扰观测器,利用符号函数积分来重构内外回路的复合干扰,在此基础上设计补偿控制律,以实现姿态控制器设计.仿真结果表明,所提出的方法能够克服时变干扰及气动参数大范围摄动的影响,同时兼具良好的动态特性与静态品质,能够满足高超声速飞行器的快时变、高精度以及强鲁棒的控制需求.

矿用永磁同步电机无位置传感器控制研究

传统一阶滑模观测器通过估计反电动势实现系统无位置控制,该系统存在较大的高频颤振,且速域相对较窄。基于此,通过设计二阶滑模观测器,估计出扩展反电动势,利用锁相环得到转速和位置的估计值。仿真结果表明:该算法能有效减小系统中的颤振、提高估计精度、简化系统结构、拓宽速域,增强系统抗干扰能力。