基于ESO分数阶滑模调节的PMSM模型预测转矩控制

为了提高永磁同步电机调速系统的性能,提出一种基于扩张状态观测器的分数阶滑模预测转矩控制策略。采用扩张状态观测器对电机的综合扰动项、定子电流和反电动势进行实时观测,可快速准确得到它们的估计值并进行补偿;利用估计值构建分数阶滑模控制器来削弱系统抖振并提高鲁棒性;利用转矩和磁链无差拍预测控制,减少了遍历次数并降低了计算复杂度。通过仿真和半实物平台进行了验证,所得结果表明,所提出的方法能有效提升系统的鲁棒性,使电机具有良好的动态和静态性能。

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。

基于分数阶滑模的混合微电网接口变换器电压稳定控制

针对并网型交直流混合微电网直流侧母线电压波动问题,提出一种基于分数阶滑模控制的交直流混合微电网互联接口变换器电压稳定控制策略。首先,基于交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计控制参数并推导出可控标准型状态空间表达式。然后,针对控制目标选取状态变量并设计电压变结构和电流分数阶滑模控制器。最后,通过MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB半实物平台验证了该控制策略与传统PI控制、传统单环滑模控制相比具有更好的追踪性能及鲁棒性。

基于NDO的永磁同步电动机自适应分数阶滑模控制

针对永磁同步电动机(PMSM)驱动的高档数控机床进给系统易受参数变化、外部扰动等不确定性因素影响的问题,设计了一种基于非线性干扰观测器(NDO)的自适应分数阶滑模控制(AFOSMC)方法。建立了含有不确定性的PMSM动态数学模型。将自适应控制与分数阶滑模控制(FOSMC)相结合,抑制了整数阶滑模控制的抖振现象,且能实时调整切换增益,提高了系统的控制精度。然而,外部干扰会对系统产生极大的影响,因此采用NDO实时辨识外部干扰,将观测值作为前馈补偿引入AFOSMC中,以提高控制器的抗干扰能力。实验结果表明,基于NDO的AFOSMC方法有效地削弱了抖振现象,提高了进给系统的跟踪性能和抗扰能力。

五相永磁同步电机的分数阶滑模模型预测转矩控制

为了提高五相永磁同步电机控制系统的性能,本文提出了适用于五相永磁同步电机谐波子空间的目标函数构造方法。采用有限集模型预测转矩控制策略,并基于分数阶滑模变结构理论提出了不确定非线性的分数阶速度控制器。仿真结果表明:该控制方法具有减小电机转矩、磁链脉动的效果,同时也提高了空子系统跟随精度;减小了速度超调和响应时间,提高系统稳定性。采用基于分数阶滑模控制的五相永磁同步电机的有限集模型预测转矩控制优化策略具有较强的负载鲁棒性,有良好的动态性能和静态性能,优化的控制系统提高了电机的输出性能和可靠性。

电网电压不平衡下交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模控制策略

针对并网型交直流混合微电网交流侧电压不平衡时会产生交流电流负序分量导致直流母线电压二倍频脉动的问题,提出了一种直流侧母线电压分数阶滑模控制以及交流侧负序电流抑制方法。首先,基于同步旋转坐标系下电网电压不平衡时交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计电压外环变结构滑模控制器。然后,根据电压不平衡时互联接口变换器的功率传输特性,提取交流侧三相电压的正序分量,得到交流侧负序电流抑制指令。接着,采用分数阶滑模趋近律设计内环电流解耦控制器,并利用李雅普诺夫函数进行稳定性校验。最后,基于Matlab/Simulink搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提控制策略相较传统PI控制不仅抑制了三相电流的不平衡,而且将响应速度提升了近50%。

基于分数阶滑模控制的双馈风电系统次同步振荡抑制方法

双馈风电并网系统易发生次同步振荡,通过线性化方法进行参数调节或附加阻尼控制设计,存在适应性不强的问题。提出基于分数阶滑模控制的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)抑制方法,通过滑模控制策略的非线性与强鲁棒性解决次同步振荡的频率漂移问题,充分利用分数阶微积分算子增加的系统自由度实现对振荡的快速抑制。以定子功率的瞬时误差作为状态变量,构建分数阶滑模面,证明所设计的分数阶滑模控制可使系统在有限时间内达到稳定状态。基于IEEE第一标准模型、冀北沽源风电系统模型进行仿真及实验分析,将分数阶滑模控制与整数阶滑模控制和次同步阻尼控制进行对比。结果表明,分数阶滑模控制可在不同工况下实现对次同步振荡的快速抑制,增强系统鲁棒性。

基于分数阶滑模控制的高精度印刷机纠偏系统研究

目的 解决卷对卷印刷收卷不齐的问题,提高收卷精度。方法 对印刷机收卷纠偏原理进行分析,建立收卷纠偏系统数学模型,提出基于分数阶滑模控制的纠偏算法,分析其稳定性。在不同收卷线速度、不同跑偏干扰输入信号的条件下进行仿真。搭建收卷纠偏实验平台,对2种控制方法进行收卷纠偏控制实验。结果 仿真结果表明,分数阶滑模控制器比传统PID控制器具有较好的动态性能和稳态性能。实验结果表明,分数阶滑模控制算法比传统PID控制具有更高的纠偏精度。结论 分数阶滑模控制算法可以有效提高印刷机收卷纠偏精度,满足高精度印刷要求。

光伏并网逆变器分数阶滑模二自由度内模控制

为提高光伏并网逆变器的动态品质和鲁棒性能,削减传统滑模控制中存在的系统抖振,改善一自由度内模控制无法兼顾系统跟随性和抗干扰性的局限性,通过引入分数阶微积分算子和二自由度内模控制算法,提出一种光伏并网逆变器分数阶滑模二自由度内模控制方法。经仿真测试结果表明,相较于传统滑模一自由度内模控制算法,该控制方法具有较好的并网跟随性,在网压波动时可有效削减系统抖振,改善系统抗干扰能力,提升系统的鲁棒性。

矿用机车牵引电机非线性动态分数阶滑模控制

矿用电机车恶劣的运行环境和复杂的运行工况会影响机车牵引电机控制性能。为了提高电机车牵引电机的速度控制性能,提出了一种考虑不确定因素的动态分数阶积分滑模控制算法。针对牵引电机复杂的负载扰动设计了负载转矩滑模观测器,将其观测值融入到动态分数阶滑模控制器中,以克服负载扰动对控制性能的影响。然后,应用Lyapunov定理证明了所设计控制器的稳定性,并将所设计的动态分数阶滑模控制器与整数阶滑模、分数阶滑模控制进行了仿真实验对比。仿真实验表明,相比于整数阶滑模和分数阶滑模控制器,带负载观测的动态分数阶积分滑模控制器的动态性能和静态性能更好,并有较强的抗干扰能力,可以有效地提高矿用机车牵引电机的控制性能。

磁悬浮球系统的分数阶滑模控制

针对磁悬浮球系统存在着严重非线性和不确定性问题,提出了一种分数阶滑模控制方案。为了消弱传统滑模控制中的抖振现象,将传统滑模控制器中整数阶滑模面函数采用分数阶PDμ结构设计,结合等速趋近律给出分数阶滑模控制器的设计方法,利用Lyapunov稳定性理论证明了该控制方法的稳定性,并采用Tustin算法和连分式展开法,实现了分数阶滑模控制器的离散化。仿真和实验结果表明:分数阶滑模控制不但使磁悬浮球系统具有较好的跟踪性能,而且对外部扰动具有较强的鲁棒性。

基于分数阶滑模观测的感应电机无速度传感器矢量控制

针对感应电机无速度传感器矢量控制中速度和磁链的观测问题,设计了一种感应电机速度和磁链的分数阶滑模观测器,该观测器综合了分数阶积分和滑模控制的优点。观测器以定子电流观测误差构成滑模面,根据李雅普诺夫定理证明了观测器的收敛性和稳定性,并设计了分数阶滑模控制律。将该观测器应用到了感应电机矢量控制系统中,实现了无速度传感器矢量控制。仿真试验表明,分数阶滑模观测器能有效减小滑模观测中的抖振,对磁链和速度有较高的动态辨识能力。而且,无速度传感器矢量控制系统在全速范围内较好的动态和稳态性能。

基于分数阶滑模控制的挠性航天器姿态跟踪及主动振动抑制研究

针对挠性航天器姿态跟踪控制问题,提出一种具有模糊自适应理论、分数阶理论、滑模控制理论和主动振动补偿综合特性的复合控制律。首先,在传统挠性航天器姿态控制模型基础上,推导出姿态模型的具有复合扰动的一般非线性系统形式,利用模糊自适应理论对复合扰动进行万能逼近,结合分数阶理论与滑模控制理论设计分数阶滑模控制律,进一步使用Lyapunov理论与分数阶稳定性理论证明了整个系统的稳定性。其次,针对航天器挠性模态模型,利用压电智能材料的控制方法,设计具有应变速率反馈特性的挠性模态补偿器。最后,数值仿真验证了模糊自适应分数阶滑模控制律的有效性与良好的控制性能。

Simulink/QuaRC环境下PMSM分数阶滑模控制实时仿真（英文）

近年来分数阶微积分理论在永磁同步电机(PMSM)中的应用得到广泛研究。PMSM是典型的多变量耦合、非线性系统,且其运行过程中存在参数摄动和负载扰动。为提高PMSM的动态性能以及对负载扰动的鲁棒性,设计了基于改进型指数趋紧率的PMSM分数阶滑模控制器(FOSMC)。构建了硬件在环实时仿真试验系统,然后在Simulink/Qua RC环境下,对所设计的控制器进行试验验证,并和传统整数阶滑模控制器(SMC)做了性能比较。试验结果表明,所设计控制器具有良好的动态性能,且可以减少系统抖振,并对负载扰动具有更强的鲁棒性。

并网光伏逆变器鲁棒分数阶滑模控制设计

本文设计了一款基于扰动观测器的鲁棒分数阶滑模控制(POFO–SMC)来实现光伏逆变器的最大功率跟踪(MPPT).首先,将光伏逆变器的非线性、参数不确定性以及未建模动态聚合成一个扰动,并通过扰动观测器对其进行在线估计.随后,采用分数阶滑模控制(FOSMC)对该扰动估计进行实时完全补偿,从而实现不同工况下全局一致的控制性能.同时,POFO–SMC采用扰动实时估计而非传统滑模控制(SMC)中所使用的扰动上限值进行补偿,因此可有效解决传统SMC过于保守的缺点,使得控制成本更为合理.最后,POFO–SMC无需精确的系统模型,仅需测量光伏逆变器的q轴电流和直流侧电压,因此易于硬件实现.本文进行了两个算例的研究,即光照强度变化和电网电压跌落.仿真结果表明,与传统PI控制、反馈线性化控制(FLC)、SMC和FOSMC相比,POFO–SMC在各类工况下均具有最好的动态特性及最高的鲁棒性.基于dSpace的硬件在环实验(HIL)验证了其硬件可行性.

基于分数阶滑模的船舶航向保持控制

针对欠驱动船舶航行过程中受到内外部不确定因素的干扰,导致船舶不能准确跟踪至期望航向问题,结合分数阶理论和传统滑模理论的优点和可行性,对传统滑模的滑模面和趋近律进行改进。利用分数阶微积分算子代替整数阶微积分算子,构造出分数阶滑模面和分数阶趋近律,进而设计出基于分数阶滑模的船舶航向保持控制器。通过选取合适的分数阶阶次使船舶航向控制系统更具灵活性。通过MATLAB仿真进行控制器效果验证。仿真结果表明,基于分数阶滑模的船舶航向保持控制器能够在无干扰、有干扰两种情况下实现对船舶航向的快速、准确跟踪,具有良好的控制效果。

超导磁储能系统自适应分数阶滑模控制设计

针对脉宽调制电流源型换流器(pulse-width modulated current source converter,PWM-CSC)的超导磁储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)系统,设计了一款自适应分数阶滑模控制(adaptive fractional-order sliding-mode control,AFOSMC)策略。首先,将SMES系统的非线性、参数不确定性、未建模动态、以及外部扰动聚合成一个广义扰动,并利用滑模状态扰动观测器(sliding-mode state and perturbation observer,SMSPO)在线估计该扰动值。随后,通过分数阶滑模控制(fractional-order sliding-mode control,FOSMC)实时地对该扰动进行完全补偿,从而显著提高SMES系统的鲁棒性并获得全局一致的控制性能。同时,AFOSMC仅需测量SMES系统的d-q轴电流,并且采用扰动的实时估计值替代上限值进行补偿,因而其易于实现且具有更为合理的控制成本。该文进行了4种算例研究,即:1)有功功率和无功功率调节;2)电网故障下的系统恢复;3)新能源接入的功率波动平抑;4)参数不确定时的鲁棒性。仿真结果表明,AFOSMC相较于其他算法,具有最强的鲁棒性和最佳的动态响应性能。最后,基于dSpace的硬件在环(hardware-in-loop,HIL)实验验证了其硬件可行性。

非线性系统分数阶滑模控制分析与设计

文章对非线性整数阶或分数阶系统,提出了统一的分数阶滑模控制方法。首先,对整数阶控制系统,设计分数阶滑模面,提出分数阶趋近律,通过对倒立摆系统的仿真,验证了该方法的有效性;然后,引入最优控制指标,研究了滑模控制阶次α对控制效果的影响,对于该整数阶系统,控制指标最优时α■Z;最后,将本文方法推广到分数阶系统的控制,通过对分数阶Chen系统的仿真,验证了该方法的有效性,并发现对于该系统控制指标最优时,控制阶次与系统阶次不同元。

带有干扰观测器的分数阶滑模控制

针对一类带有匹配不确定性的系统,结合分数阶理论设计分数阶滑模控制器,在保证控制精度的同时,更好地削弱系统中存在的抖振;针对系统中存在的不确定量,利用干扰观测器来估计;最后对系统稳定性进行分析。通过仿真验证可以看出,所用方法不仅能很好地估计不确定量,而且能极大降低系统抖振。

基于负载观测的矿用电机分数阶滑模控制

矿用电机车是矿山地面与井下巷道重要运输工具,运行工况复杂、环境恶劣。为了改善电机车牵引电机速度控制性能,并提高系统抗扰性能和对参数变化的鲁棒性,提出控制系统的速度控制器用分数阶滑模代替传统PI控制,并设计了负载转矩观测器对负载转矩实时观测,将观测值融入到了控制中,提高了在负载突变时的速度控制能力。仿真实验表明,负载观测器能快速、准确的观测负载转矩,带负载观测的滑模转速控制对负载扰动有较强的抗干扰性,并有效抑制了滑模控制的固有抖振。