基于变增益NDOB的异步电机分段积分滑模控制

为改进异步电机的动态性和鲁棒性,设计了一种新型的滑模控制方法。首先,滑模面引入平滑的分段饱和函数,改进传统的积分滑模控制,在传统积分滑模控制的跟踪精度下,获得更好的暂态性能;其次,采用了一种超扭曲类算法的新型趋近律,削弱了系统的抖振,提高系统的稳态性能;最后,设计变增益非线性扰动观测器,可消除初始时刻观测器峰值,准确估计因模型不确定性、负载扰动等集总扰动。通过与传统积分滑模控制器对比,实验结果证明该方法具有更好的快速性与稳定性。

基于变增益最速梯度下降法的表贴式永磁同步电机位置修正策略

滑模观测器具有响应速度快、鲁棒性强等优点,已广泛应用于表贴式永磁同步电机无位置传感器的中、高速控制系统。然而,具有固定参数的滑模观测器很难在宽速度范围内保持一致的估算精度,而采用基于速度观测器带宽限制的方法进行噪声和扰动抑制会降低电机的动态性能。针对上述问题,该文首先分析滑模观测器估算表贴式永磁同步电机转子位置的误差产生机理,提出一种新型位置误差观测器,主要思想是基于磁链观测进行位置误差连续估算,并采用最速梯度下降法对积分过程进行反馈校正;然后,通过变增益循环迭代优化提高位置误差观测器的速度与准确性;最后搭建表贴式永磁同步电机加载测试平台进行实验,结果验证了所提方法具有位置观测精度高、鲁棒性强的特点。

基于变增益PID-TF的伺服系统位置控制研究

针对传统永磁同步电机(PMSM)伺服系统级联式控制结构存在位置调整时间长的问题,本文综合考虑了位置指令采样处理和机械摩擦特性,通过加入指令卷积预处理,提出了具有充分前馈特点的PID-TF位置控制结构,研究了控制器参数整定规律,设计了克服稳态误差的变积分增益自适应算法。仿真和实验结果表明,本文提出的方法,能有效提高伺服系统位置响应性能。

电站锅炉-汽轮机系统的LPV鲁棒H_(∞)/H_(2)变增益控制

采用量子粒子群算法辨识得到机炉协调控制系统的全局线性参数变化(LPV)模型,然后通过极值分解组合得到多胞LPV模型。针对多胞LPV模型,在鲁棒H_(∞)/H_(2)变增益控制中引入松弛变量,设计了保守性更低的机炉协调控制系统鲁棒控制器。结果表明:所设计的控制器具有良好的控制效果。

高阶系统变增益固定时间动态面Backstepping控制

为解决一类存在未知建模误差、外部扰动的非线性系统控制在快速性、准确性、鲁棒性方面的问题,提出变增益固定时间动态面Backstepping控制器。首先,为每一层子系统设计具备新型结构的固定时间Backstepping控制器和固定时间动态面滤波器,使系统状态跟踪误差和滤波误差可在固定时间内完成收敛,收敛时间上界仅与设计参数有关。然后,为控制器和滤波器设计变增益函数,兼顾了大误差阶段的收敛快速性与小误差阶段的收敛准确性。仿真结果表明,所提方案可使系统在1.76 s内完成收敛,快于对比方案的5.51 s和3.68 s,证明了所提方案的优越性和有效性。

基于摩擦补偿的直流伺服系统变增益自抗扰控制器

针对摩擦非线性影响直流伺服系统控制性能的问题,提出了一种基于LuGre模型的变增益自抗扰控制(VGADRC)方法。建立了含LuGre模型的直流伺服系统微分方程模型。基于该模型设计摩擦补偿与自抗扰控制(ADRC)相结合的复合控制器。该控制器在不增大观测器增益的前提下,利用LuGre模型前馈补偿系统中的摩擦非线性,同时减小量测噪声对系统的影响。此外,为抑制传统线性扩张状态观测器(LESO)初始时刻引起的峰值问题,采用三阶变增益线性扩张状态观测器(VGLESO)对系统中的总扰动进行估计。最后仿真结果表明,采用所提控制方案能有效提高系统的低速跟踪性能和动态性能。

基于ESO的磁悬浮直线同步电机变增益自适应迭代学习控制

对于可控励磁磁悬浮直线同步电机(CEMLLSM),常规迭代学习控制(ILC)精度低、抖振大,且抗外部扰动能力差。为提高跟踪精度,设计了一种基于扩张状态观测器(ESO)的变增益自适应ILC算法。首先,研究CEMLLSM的工作原理及数学模型。其次,设计基于ESO的变增益自适应迭代学习控制器,为控制器中固定增益部分引入指数可变增益,增加自适应迭代项对控制律中的未知参数进行迭代学习,从而减小系统抖振与误差并加快系统收敛速度。通过引入ESO观测系统的外部干扰,对控制量进行补偿,进而提高系统的抗扰动能力。最后,用MATLAB对控制系统进行仿真分析,仿真结果表明该算法能够有效减小跟踪误差,并对扰动有良好的抑制作用。

开关磁阻电机电流跟踪变增益鲁棒控制

针对开关磁阻电机(SRM)传统滞环控制电流跟踪效果差和转矩脉动大的问题,提出一种变增益鲁棒控制方法。基于SRM极端位置磁化曲线,建立考虑磁饱和效应的SRM非线性解析模型,实现了电机增量电感和反电动势的在线估计。为克服模型不确定造成的估计偏差,设计SRM电流鲁棒控制器,利用反馈增益对增量电感和反电动势的估计偏差进行在线补偿,提高电流跟踪控制精确度。基于Lyapunov直接法对SRM电流控制器进行分析设计,保证了控制系统的稳定性。在此基础上,采用线性转矩模型和误差补偿设计新型转矩-电流转换器,实现转矩到电流的精确映射,间接完成转矩平滑控制。实验结果表明,SRM变增益鲁棒控制器的电流跟踪均方根误差和转矩脉动系数均低于传统滞环控制,具有更好的电流跟踪性能和转矩脉动抑制能力,有效提高了SRM驱动性能。

遥操作中的变增益控制及抖动抑制研究

遥操作的工作性能很大程度上取决于操作者的操作技巧、操作状态等因素。为抑制由操作者误操作、生理震颤等非均匀牵引运动导致的从手端抖动、主从轨迹跟踪误差变大,提出一种支持低通滤波及人工神经网络的遥操作控制策略。根据人体抖动信号的频段分布,采用低通滤波器将操作者生理震颤产生的抖动信号滤除;根据非均匀运动时操作信号的变化特征与主从运动增益比例的映射关系,采用人工神经网络实现变增益控制以降低主从轨迹跟踪误差。最后,通过实验验证支持低通滤波及人工神经网络的遥操作方案在总体上提高了遥操作机器人的工作质量。

指数变增益迭代学习控制最优增益研究

针对指数变增益迭代学习控制(ILC)算法难以进一步改进且缺乏优化理论等问题,提出一种指数变增益迭代学习控制(ILC)算法在线性时不变(LTI)系统中的控制增益优化方法。首先,由托普利茨矩阵特性和矩阵迭代理论得到单输入单输出(SISO)离散LTI系统中的收敛充要条件,并证明算法的收敛性;其次,由最优化理论得到算法单调收敛条件,最终得到最优控制增益的精确解,并得出指数增益与最优控制增益之间的关系。该方法根据系统状态方程得到最优控制策略,可计算得到精确最优控制值,进一步提高系统收敛速度。仿真结果表明,该方法能有效提高算法学习速度,具有良好的控制性能。

惯性参考单元的变增益PI位置控制技术

基于惯性参考单元的视轴稳定方式是克服运动载体光电跟瞄系统外部扰动,实现微弧度甚至亚微弧度级跟瞄的主要技术手段。惯性参考单元的初始校准需要构建以电涡流线位移传感器作为角位置反馈元件的闭环控制回路,角位置控制精度是影响光电跟瞄系统指向精度的主要因素。为了解决惯性参考单元系统位置控制面临的基座扰动、传感器噪声等问题,提出基于频段估计的变增益PI控制方法。设计改进扰动观测器,降低中低频传感噪声对控制精度的影响,设计频段估计器实现外部扰动频段的细分,据此动态调节控制器增益。仿真和实验结果表明,基于VGPI-IDOB控制算法能够有效提高系统的位置控制精度,无输入条件下,系统的静态输出均方根较PI控制降低了67.3%;15 Hz,1 mrad正弦输入,20 Hz,0.097 mrad扰动作用下,VGPI-IDOB的位置控制精度相较PI控制提升了72%。

基于变增益自抗扰控制的永磁同步直线电机位置伺服系统

为提高永磁同步直线电机(PMLSM)位置控制系统的跟踪性能和抗干扰能力,本文提出了基于变增益自抗扰控制的PMLSM位置伺服系统。首先,采用正切sigmoid函数设计改进微分跟踪器(ITD),提高系统的跟踪性能,并使用终端吸引子函数降低由高频信号引起的颤振现象,使得ITD抑制噪声能力更强;在扩展状态观测器(ESO)的增益项中设计变增益误差校正函数,并将其引入到非线性误差控制律(NLSEF)中,和ITD一起构成了变增益自抗扰控制器,以减小初始峰值误差,进一步提高系统的跟踪精度和抗干扰性能。仿真和实验结果可以看出,与传统ADRC相比,新方法的响应时间加快了0.65 s,突加负载时调节时间减小了0.16 s,位置跌落值减小了96.3%,可有效提高PMLSM位置伺服系统的动态性能、鲁棒性以及运行可靠性。

基于变增益PID的两栖航行器控制律设计

水空两栖无人航行器结合四旋翼无人机及水面无人艇的优势,实现了水空两栖作业的需求。由于空气与水体的介质特性具有显著差异,两栖航行器处于运动域过渡阶段时,航行器接触介质和运动状态的改变,使其难以实现平稳控制。针对这一问题,通过建立不同运动阶段的两栖航行器数学模型,和设计相应的控制器,基于变增益PID的控制方式以实现两栖航行器的平稳控制。仿真实验结果表明所给出的控制方法稳定、可行,能够满足航行器需求。

高超声速飞行器的LPV鲁棒变增益控制

针对高超声速飞行器复杂的气动特性和严重参数不确定的纵向非线性模型,提出了一种基于线性变参数(linear parameter varying,LPV)的鲁棒变增益控制方法。首先,采用雅克比线性化方法将非线性系统LPV化,并结合张量积(tensor-product,T-P)模型转换方法进行LPV系统的多胞变换,得到LPV多胞系统;然后,采用H∞鲁棒控制和增益调度策略设计了鲁棒变增益控制器,保证高超声速飞行器的纵向稳定。该方法不仅避免了复杂的非线性控制器设计过程,而且能够有效地抑制模型参数变化。仿真结果验证了算法的有效性。

遥操作机器人执行末端的力反射型变增益力反馈算法

在以遥操作工程机器人执行末端为从端的力反馈双向伺服系统中,为了使主端受力真实地反映从端执行末端叉手所受的环境力,在力反射型算法的基础上,提出了一种变增益力反馈算法。根据机器人叉手的运动模型建立叉手液压缸位移与驱动力关系的数学模型,以此调节主端的力反馈控制增益。为了验证该算法的优越性,将该算法与常用的力反射型算法进行了比较实验。实验证明,该算法在保证系统稳定性的前提下,精确地反映了机器人叉手在运动中的惯性力和阻尼力所带来的影响,操作者可以更为真实地感知机器人从手所受环境力的变化,有利于系统工作性能的提高。

磁悬浮飞轮低阶变增益鲁棒控制器设计

介绍了一种能在大转速范围内有效抑制章动,同时克服高频噪声干扰的鲁棒控制方法。该方法利用零极点对造成的相位突变提供章动阻尼,用低通滤波器降低高频增益,通过一种变增益方法使转子在整个转速范围内稳定,并且其鲁棒性可由μ分析方法进行检验。仿真结果表明,此方法能有效解决转子章动问题,是一种容易实现的低阶变增益鲁棒控制方法。

输入受限高超声速飞行器鲁棒变增益控制

针对一个输入受限吸气式高超声速飞行器模型,研究了其鲁棒变增益控制问题。为处理飞行器模型中的建模误差和饱和非线性,将标准的线性变参数(linear parameter-varying,LPV)控制问题扩展到对时变参数、动态不确定性和饱和非线性具有结构摄动的鲁棒性框架内。基于对模型不确定性和饱和非线性的积分二次型约束刻画,以定标线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)形式给出其鲁棒变增益控制算法。为进行变增益控制系统设计,建立了飞行器的LPV模型。基于多时间尺度特性,提出了一种由姿态回路和轨迹回路组成的内外环控制结构。内环实现对姿态的严格控制和克服执行机构饱和,外环实现对轨迹的精确跟踪。控制器增益随动压和马赫数调度,实现大跨度机动飞行控制。非线性仿真结果证实了算法和应用的有效性。

基于免疫遗传算法的风力发电机组变增益PI控制器参数整定与优化

针对风力发电机组控制器参数在设计和优化过程中不易计算和整定的问题,首先通过Bladed软件模型线性化计算得出适用于参数整定和优化的风力发电机组线性化模型,然后基于免疫遗传算法整定PI控制器参数,根据风电场风速统计概率与Bladed软件辨识参数对普通和变增益PI控制器相关参数进行优化计算,建立了一套基于Bladed软件的风力发电机组变增益PI控制器参数整定与优化方法.结果表明:所提出的方法能够对风力发电机组变增益PI控制器参数进行有效的整定和优化,可为风力发电机组变增益PI控制器的设计与优化提供指导.

风能转换系统的MPPT变增益极值搜索控制

针对传统最大功率点追踪(MPPT)极值搜索法固定积分增益存在的不足,依据不同积分系数对系统的影响,提出了一种MPPT变增益极值搜索法,使积分增益随叶尖速比和功率系数之间平均相位移的变化而变化。仿真结果表明,采用改进后的MPPT极值搜索法,平均风能捕获率较传统的极值搜索法有所提高,且当系统达到稳定运行点后,叶尖速比的标准差较积分增益为0.01时降低了0.05,有效地抑制了系统在稳定点附近的振动,提高了系统的动态性能。

永磁直线同步电动机的变增益零相位H_∞鲁棒跟踪控制

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动伺服系统,提出了一种将变增益零相位误差跟踪控制(VGZPETC)和H∞鲁棒控制相结合的鲁棒跟踪控制策略,以解决系统的快速而精确的跟踪性能和抗扰性能之间的矛盾。变增益零相位误差跟踪控制器克服了建模误差、系统参数变化等的影响,保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而H∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性能。仿真结果表明,该方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时,对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性。