无速度传感器永磁同步电动机反馈线性控制研究

本文利用永磁同步电动机定子交轴电流和转速方程构造降维线性Luenberger观测器来获得电动机的转速,观测器简单易行,通过特征值的配置可以获得快速的收敛速度。本文采用直接反馈线性控制策略来设计系统控制器,使系统具有良好的速度跟踪和转矩响应。通过Matlab的仿真,验证了系统设计的有效性和可行性。

基于几何QSR-耗散性和线性静态输出反馈控制器的非线性随机离散系统的几何镇定

本文研究了非线性随机离散系统的几何镇定问题。 首先,引入了非线性随机离散系统的几何随机增量QSR耗散的概念,并给出了该概念的线性矩阵不等式(LMI)表示形式;其次,基于几何随机 增量QSR耗散性和线性静态输出反馈控制器,提出了该系统的概率意义下的几何均方增量稳定的 充要条件。 最后,通过进行数值模拟,展示了所得结论的有效性。

输入饱和约束下自适应RBF神经网络非线性反馈船舶航向控制

针对输入饱和约束下外界扰动和模型不确定情况下的船舶航向跟踪控制问题,提出一种自适应径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络非线性反馈航向跟踪控制方法。利用自适应RBF神经网络对外界扰动和模型不确定项进行估计,并利用最小学习参数法减少计算量;将一个具有误差增益反相关特征的非线性函数嵌入控制律中,设计一种非线性反馈控制方法;利用李雅普诺夫理论证明所有信号在考虑外界扰动和模型不确定的船舶航向跟踪控制系统中都是一致有界的。通过仿真和比较,验证了所设计控制方法的有效性。所做研究可为输入饱和约束下船舶航向跟踪控制提供参考,具有工程实际意义。

电网电压不平衡下MMC-SST反馈线性化滑模控制策略

将模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)投入到固态变压器(solid state transformer,SST)系统中时通常采用比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制方法,但这种策略存在参数选取繁杂、动态性能较差的缺点。为了提高系统的动态性能并简化参数选取,提出了MMC-SST反馈线性化滑模控制策略。首先建立了MMC-SST整体仿真模型。然后建立了采用反馈线性化滑模控制的MMC-SST控制模型。最后利用MATLAB/Simulink平台将所提的控制方法与常规PID控制策略作了仿真比较,验证了所提反馈线性化滑模控制策略具备参数选择容易、动态性能优良的优势。

基于ESO与线性化反馈的磁悬浮球系统自适应全局积分滑模控制

【目的】本文针对磁悬浮球系统的非线性特性、不确定性以及其易受外部扰动影响的特性,将线性化反馈控制与自适应全局积分滑模控制(AGISMC)相结合,优化系统控制效果、提高控制精度。【方法】首先,通过线性化反馈建立数学模型,使用自适应控制实现对系统参数的实时估计,降低系统的不确定性;其次,引入全局函数以改善系统的瞬态响应,将滑模函数中的符号函数替换为饱和函数以减小系统抖振;再次,在不确定干扰方面,利用扩张状态观测器(ESO)对系统未知干扰信号做出实时估计;最后,基于Matlab/Simulink进行仿真分析,并搭建试验平台进行试验验证。【结果】仿真和试验结果表明:AGISMC-ESO控制器与比例积分微分(PID)控制器在阶梯响应时均没有超调,且本文设计的AGISMC-ESO控制器到达稳态的时间更短;AGISMC-ESO控制器能在扰动出现后更快进行补偿,使系统快速到达稳态;施加正弦信号下,磁悬浮系统的实际运动轨迹与ESO所观测的位移曲线基本吻合。【结论】与PID控制器相比,本文设计的AGISMC-ESO控制器具有更快的响应速度、更高的控制精度、更好的动态跟踪性能和更优的抗干扰性能。

一种改进的高铁牵引变流器反馈线性化控制策略

针对车网系统存在的低频振荡现象,提出一种结合虚拟磁链和滑模观测器的反馈线性化虚拟惯量控制策略,在减少传感器数量的同时,提高系统的鲁棒性。首先,该文分析现有积分器的缺点,提出改进的虚拟磁链观测器,在消除直流偏置影响的同时可以进行滤波;然后,阐述所提控制策略的推导过程,包括反馈线性化控制、滑模观测器、虚拟惯量控制以及虚拟磁链观测器的设计;最后,在Simulink和硬件在环仿真平台中建立车网系统仿真模型,将该文所提控制方式与传统dq控制以及基于滑模观测器的反馈线性化虚拟惯量控制方式进行对比。仿真和实验结果表明,所提控制策略具有更好的静态和动态特性,能有效地抑制低频振荡的发生。

导向钻井稳定控制平台的反馈线性化控制

旋转导向钻井的稳定控制平台单纯采用PID控制时,控制性能与工具面角度的给定值有关。在某些角度下,平台会产生振荡旋转现象,无法实现工具面角度的稳定,使导向工具失去导向控制功能。分析表明,导致这种现象的主要原因是系统存在非线性偏心作用力矩,该力矩与工具面角度成正弦函数关系。基于反馈线性化原理,提出了平台系统的输出反馈线性化控制方法,消除了非线性因素的影响,实现了线性的闭环系统。仿真表明该方法可实现平台系统在钻井过程强扰动作用条件下的任意角度位置稳定控制。针对非线性偏心作用力矩不可直接测量问题,提出了一种基于系统运动姿态测量的偏心作用力矩在线估计方法,可有效减小估计误差所导致的控制性能劣化,并给出了一个在线估计的应用实例。水力驱动条件下的控制测试验证了基于偏心作用力矩在线估计的反馈线性化控制方法的有效性。

基于反馈线性化原理的直驱风力发电机组控制系统设计

提出一种基于反馈线性化原理的控制策略来设计直驱型风力发电机组(D-DPMSG)控制系统。为了使系统稳定运行在最大功率区域和快速追踪最大功率特性曲线,建立了系统各部分的动态模型并推导出了该非线性控制策略。在随机风速扰动下,相对于传统的PID控制策略,基于反馈线性化原理设计的非线性控制器使系统的转速响应超调更小,响应速度和恢复速度更快,效果更好。最后,大量仿真证明了该控制策略在追踪最优功率曲线的有效性。

压电定位平台Hammerstein建模与反馈线性化控制

压电定位平台以压电陶瓷、柔性铰链作为驱动及放大机构,具有高定位精度和快响应速度,被广泛应用于各种精密/超精密定位领域。压电定位平台面临的主要挑战是压电陶瓷的固有迟滞非线性特性,这严重影响平台的定位和跟踪精度。针对此问题,提出一种基于Hammerstein结构的迟滞建模方法及基于此模型的输入-输出反馈线性化控制策略。首先,建立Hammerstein结构的迟滞模型,并进行模型参数估计。接着,以基于Hammerstein模型的输入-输出反馈线性化控制策略设计跟踪控制器。最后,在压电定位平台上对建立的模型和设计的跟踪控制器进行实验验证。模型辨识实验结果表明:提出的Hammerstein模型能有效地拟合压电定位平台输入量与输出量之间的迟滞非线性特性,其均方根误差小于0.5μm。轨迹跟踪实验结果表明:设计的跟踪控制器对期望信号(幅值60μm,频率100 Hz)的跟踪均方根误差为0.9266μm,相较于基于改进的速率相关PI(Modified Rate-dependent Prandtl-Ishlinskii,MRPI)模型的前馈补偿跟踪控制、基于MRPI模型的前馈补偿与PID反馈复合跟踪控制,精度分别提高81.22%、46.25%。

基于反馈线性化控制的级联H桥SVG的控制

级联H桥静止无功发生器(SVG)在两相同步旋转dq坐标系下的数学模型是多变量、非线性、强耦合的。通过非线性状态反馈变换使SVG实现状态反馈线性化,SVG降阶为线性系统,从而实现有功和无功分量的解耦。首先判断该系统数学模型是否符合状态空间精确线性化的充要条件,若满足条件则确定输出函数,对SVG系统电流环进行状态空间精确线性化,并对系统进行稳定性分析。为了验证控制策略的稳态和动态性能,搭建MATLAB仿真模型和10 k V实验样机。仿真和实验样机的实验结果表明:采用所提算法,SVG无功补偿精度较高、稳态特性好、动态响应较快。

考虑负载不确定的异步电机反馈线性化的最小损耗控制

研究异步电机负载变动时基于反馈线性化的最小损耗控制的实现问题。首先分析了异步电机的损耗特性,建立了受电机温度时变参数影响小的最小损耗磁链控制模型,揭示了通过转矩的实时估计对磁链进行控制可实现最小损耗控制。应用微分几何精确线性化的理论,建立了考虑负载转矩不确定性的异步电机反馈线性化模型,实现了转速和磁链的线性化解耦控制,电机转矩的实时估计依据参考模型在电动机反馈线性化控制中实现。异步电机的反馈线性化控制既提高了动态时的响应速度,又实现了稳态时的轻载高效率运行。合理选取控制参数,实现转速、磁链以及转矩估计的渐进收敛。仿真实验表明所提控制方法的可行性和有效性。

非线性反馈控制强流加速器中的束晕-混沌现象

基于 Poincare-Lyapunov定理 ,应用定性分析 ,提出用非线性反馈法实现对束晕 -混沌的控制。矩阵传输理论研究已发现 :质子束的空间电荷效应导致质子束径向发散及束晕现象。因此 ,构造一类正弦等形式的非线性反馈函数去抵消质子束空间电荷非线性效应。PIC数值模拟结果证实该方法的可行性 ,为实验提供一定理论依据。

变型蔡氏电路混沌同步的非线性反馈控制

混沌同步是实施混沌保密通讯的基础,非线性反馈是实现混沌同步的重要方法。蔡氏混沌电路及变型蔡氏混沌电路是应用广泛的混沌模型之一。对变型蔡氏电路混沌同步设计了非线性反馈同步控制器;根据Hurwitz稳定性判据得到反馈控制增益的取值范围。基于该方法,构建了实现混沌系统同步控制的实验电路,系统仿真和电路实验结果表明采用非线性反馈控制可以保证实现变型蔡氏电路混沌系统一致指数同步化。

Lozi混沌映射的线性反馈控制

研究了二维间断离散混沌动力系统——Lozi映射的线性状态反馈控制问题.通过理论分析和数值计算给出了一般形式下的Lozi系统的混沌运动被控制到不动点的参数范围.并对Lozi映射的1个混沌吸引子进行了有效控制,从而验证了线性反馈控制方法的有效性和实用性.

基于非线性反馈的轧机主传动机电耦联扭转系统的分岔控制

针对轧机在轧制过程中轧辊与轧件间润滑条件变化引起系统失稳振荡,以及轧机主传动系统具有复杂机电耦联的特点,应用Lagrange-Maxwell原理建立一类含非线性摩阻的轧机主传动机电耦联扭转系统的非线性动力学方程,利用非线性动态分岔理论,分析该系统的稳定性,给出系统发生Hopf分岔的充要条件及周期运动稳定性的判别方法,分析超临界分岔和亚临界分岔对主传动系统扭转振荡的影响。为抑制传动系统因Hopf分岔引起的失稳振荡,选取驱动电动机定子电压为控制量,引入电动机速度反馈,构造非线性状态反馈控制器,并采用多尺度和谐波平衡法确定控制器参数,对系统的Hopf分岔点进行转移,并控制极限环的稳定性和幅值,该控制方法简单、易实现,数值模拟验证了所设计控制器的有效性。

汽车电控离合器的反馈线性化控制

以汽车机械式自动变速系统(AMT)的离合器结合过程为研究对象,建立起双输入非线性动力传动系统数学模型.进一步应用基于微分几何的反馈线性化方法,将原非线性系统等价为完全可控型线性化模型.对该系统实施PID控制,跟踪理想整车加速度,并作了计算机仿真.仿真及分析结果表明,系统稳定。

一类离心轮系统的混沌数学模型及其线性反馈控制

通过分析一类离心轮系统的非线性特性,在其对应数学模型的基础上进行复杂动力学分析得出其Poincaré映射图、Lyapunov指数图、时域波形图和分岔图,进而证明该模型是混沌数学模型,从而将此类离心轮系统控制转化为对混沌系统的控制,用线性反馈控制方法对此类离心轮的三种运行状态进行控制,利用MATLAB仿真实现了控制离心轮系统的目的。结果表明,利用线性反馈可以很好地消除混沌,使系统达到一个稳定的状态。该控制策略能有效地改善离心轮系统的动态性能,并能增强其鲁棒性与抗干扰能力。

刚体飞行器大角度机动的反馈非线性化控制

研究了刚体飞行器大角度机动的姿态控制问题。采用四元数描述刚体姿态， 建立了刚体姿态运动的数学模型。基于反馈非线性化技术， 通过构造李雅普诺夫函数推导出标量增益的线性控制律和矩阵增益的非线性控制律。两种控制律不需要知道系统参数， 对模型误差具有鲁棒性。理论分析和仿真结果表明， 所求控制律对闭环系统具有全局渐近稳定性。

Lorenz混沌系统的非线性反馈错位同步控制

在驱动-响应系统框架下,提出了一种新的混沌同步——错位同步的概念。这种同步不同于完全同步,它要求驱动系统的状态向量中至少有一个状态分量不与响应系统的对应分量,而是与其他任一状态分量随着时间变化达到一致。应用Lyapunov稳定性理论,采用非线性反馈控制方法研究了Lorenz混沌系统的错位同步。数值仿真研究表明,错位同步的可实现性和所提控制方案的有效性。

基于反馈线性化控制的航空气动伺服系统

提出了一种非线性跟踪控制器的设计方法并应用在某型号航空气动伺服系统中.由于该系统的连接孔和伺服阀组成了一个双约束子系统,因此其气缸内腔压力很难控制.设计了一个改进的反馈线性化控制器用来消除双约束造成的奇点,线性矩阵不等式方法用于确保跟踪误差的稳定性,仿真结果表明该控制器具有良好的动态特性及抗干扰能力.