永磁同步电机抗积分饱和PI控制研究

永磁同步电机矢量控制中传统PI控制器在给定输入发生较大幅度变化造成积分项逐渐累加,引起积分饱和,从而使转速及转矩超调,系统调节变缓,控制系统控制性能降低。针对这一问题,在传统PI控制基础上提出了一种抗积分饱和PI控制控制策略,将该控制策略分别应用到永磁同步电机速度环和电流环PI控制中。为验证该控制策略的有效性,基于MATLAB/Simulink仿真平台构建了永磁同步电机抗积分饱和PI控制系统仿真模型。仿真实验结果表明,与传统的PI控制算法相比较,所构建抗积分PI控制模型系统超调量明显降低,能够快速到达稳态,具有较好的动态性能和抗干扰能力。

基于模型变结构PI的BLDC电机驱动液压泵的压力控制

在自动变速箱液压控制的应用中,滑阀板液压系统存在控制精度差、多参数耦合、系统模型难以建立等缺陷。文章提出基于模型变结构比例积分(PI)的直流无刷(BLDC)电机驱动液压泵的压力控制策略,将直流无刷电机动态特性好、控制精度高等优点与液压泵结构简单、可靠性好等特点相结合。根据液压泵的转速、流量、压力特性关系和油液温度、黏度、弹性模量等参数建立电机转速比例积分控制模型,通过较易控制的电机驱动占空比信号实现对液压泵输出压力的调节。控制系统通过变结构比例积分控制,消除压力偏差和超调量,提高系统精度。仿真结果表明,变结构比例积分控制具有可行性,而试验结果证明,模型控制的系统响应优于纯比例积分闭环控制,并且具有很好的抗负载扰动能力。

无刷直流电机抗饱和变结构PI控制研究

无刷直流电机(BLDCM)电流滞环控制系统中转速调节器因存在电流限幅环节会产生积分饱和现象,从而导致了控制系统的超调量增大,动、稳态性能变差等一系列问题。为此,对BLDCM电流滞环控制系统的积分windup现象进行了分析,并将抗饱和变结构PI控制算法应用到BLDCM电流滞环控制系统的转速调节器中。为验证采用控制方法的有效性,在MATLAB/Simulink仿真平台下搭建了控制系统仿真模型,仿真结果表明:相对于传统的PI控制算法,抗饱和变结构PI控制算法能够使系统的积分饱和现象得到抑制,速度响应的超调量更少,到达稳态时间更短,同时还提高了系统对负载扰动的鲁棒性。

基于超螺旋算法的永磁同步电机变结构自抗扰控制设计与验证

针对永磁同步电机直接转矩控制(direct torque control,DTC)存在较大的磁链,转矩脉动以及在低速运行段控制效果不佳等问题,提出了基于超螺旋滑模(super-twisting sliding mode,STSM)的变结构自抗扰控制(active-disturbance rejection controller,ADRC)调速方法.首先,设计基于幅值、相位补偿与死区补偿的定子磁链观测器,以解决直流漂移、积分饱和与开关时延的问题.其次,将传统直接转矩控制系统中的磁链环和转矩环上的滞环控制器替换成超螺旋滑模控制器以减小磁链和转矩脉动问题.再次,将变结构的思想引入到扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的设计中,在速度环上设计了一种变结构自抗扰控制器.最后,通过搭建调速系统实验平台,对PI+STSM、ADRC+STSM与所提的变结构ADRC+STSM 3种控制方法开展对比实验,结果表明所提出方法的有效性和优越性.

抗饱和PI控制器在含分布式电源配网电压优化中的应用

随着分布式光伏发电在配电网中渗透率的增加,配电网电压波动越限问题愈发严重,并导致其电压控制越来越复杂。提出了一种抗饱和PI控制策略,通过柱上式磁控电抗器(MCR)进行无功电压综合控制,给出了新型抗饱和PI控制器的算法设计和系统框图。理论分析和实验结果表明,新型抗饱和PI控制器可有效降低柱上式MCR控制系统的超调量,极大地提高动态性能,有效抑制电压波动,并对负载扰动具有较好的响应性和鲁棒性。

基于变结构控制的二阶自抗扰控制

结合变结构控制器抗扰性能强,调节速度快和结构简单的特点,提出一种基于变结构控制器的二阶自抗扰控制器。首先,设计了系统的相轨迹和一种变结构控制律,使得系统具有更强抗扰能力和更快的调节速度。在带宽近似不变的情况下,可以通过调节参数改变系统的抗扰性和调节时间。证明了系统的稳定性,研究了变结构控制器的参数选取问题,考虑扩张状态观测器的观测误差,分析了参数选取对系统抗扰性的影响。最后,采用仿真实验测试了控制器的性能,实验结果表明,相比基于PD控制的标准自抗扰控制控制器,该控制器在调节时间、抗扰性及参数整定上均更优。

模糊变结构控制策略在UUV航向运动中的应用与分析

无人水下航行器(UUV)在实现预期运动时,被控对象会受到不同性质的扰动,为满足当前UUV水下空间运动的精准控制,要求航行控制系统在完成航向跟踪基本性能的前提下兼备一定的抗扰性能。以变结构控制策略设计为基础,针对非线性控制中的抖振现象,提出一种模糊化控制策略的设计以提高跟踪效果,通过Lyapunov函数设计UUV侧向运动变结构控制器及其模糊化控制器来实现UUV快速精准的航向控制,利用Simulink仿真验证航向跟踪控制性能,并计算分析对比变结构控制策略和其模糊化控制策略下UUV在航向运动中的抗扰性,仿真结果表明了模糊化变结构控制策略在UUV航向控制中具备良好的稳定性与抗扰性等特点,同时能很好地抑制抖振。

一种具有预测功能的抗积分饱和PI速度控制器

在交流调速系统中,当给定大阶跃时,传统PI控制器由于积分饱和原因无法使系统在实现响应快速性的同时满足小超调甚至无超调。为解决该问题,研究了PI控制器和PD控制器,提出一种具有预测功能的抗积分饱和PI速度控制策略。该策略利用PD预测功能,根据其输出值的符号控制PI控制器的积分方向。当误差较大时,PI输出饱和,系统响应速度最快;而当误差较小时,积分器及时退出饱和,系统响应速度以负指数规律衰减至零;最终系统稳定于目标转速。实验结果表明该策略不但具有优良的动态性能,而且保留了传统PI的鲁棒性能和稳态性能。

变结构PI控制器的设计及其在光电跟踪系统中的应用

为了给光电跟踪系统提供高性能的伺服控制,基于传统的PI控制器原理,结合变结构的思想,设计了一种变结构PI控制器(VSPI)。介绍了该控制器的工作原理并讨论了设计参数的选择。基于某型号光电跟踪系统,分别对采用了VSPI、抗积分饱和PI控制器(AWPI)和积分分离PI控制器(ISPI)作为位置回路控制器的伺服控制系统进行了仿真和实验。实验结果表明,采用了VSPI的光电跟踪系统基本无超调,上升时间为0.378s,稳定时间为0.488s,跟踪精度为1.26″。该系统结构简单,能实现嵌入式实时控制;与其他两种控制器相比综合性能更好,完全满足光电跟踪系统精度高、响应快的要求。

基于变结构自抗扰的永磁电动机速度控制系统

在永磁同步电动机双闭环速度控制系统中,提出了一种新型永磁同步电动机变结构自抗扰控制速度控制方案。在速度环设计了二阶变结构自抗扰控制器,在保持典型自抗扰控制器特点的同时,系统的自抗扰参数得以平滑的过渡。经过仿真和实验验证,改进的变结构自抗扰速度控制系统具有响应速度快、超调小和稳态误差小等优点,对转动惯量、负载及系统内部参数变化具有很强的抗扰动能力,提高了永磁同步电动机变频调速系统的动静态性能和鲁棒性。

新型抗饱和PI控制器及其在异步电动机调速系统中的应用

提出了一种新型抗饱和PI控制器的设计方法,通过引入反向计算系数减小了积分饱和对系统的影响,给出了新型抗饱和PI控制器的系统框图,并且证明了该算法的稳定性。为了提高异步电动机调速系统的动态性能,把这种抗积分饱和的PI控制器应用到了PWM逆变器供电的异步电动机矢量控制系统中。利用Matlab软件进行了仿真实验,仿真实验结果验证了这种算法的有效性,表明这种新型PI控制器可以有效地降低调速系统的超调量,缩短系统的稳定时间,同时还可以提高系统对负载扰动的鲁棒性。

带有饱和受限的挠性卫星变结构姿态容错控制

针对挠性卫星在飞行过程中存在推力器故障、控制输入饱和受限以及外部干扰的姿态控制问题,提出了一类基于变结构控制的鲁棒容错控制设计方法.该设计在继承变结构控制的优点的同时,显式地引入推力器输出的饱和幅值,以确保控制输出在其要求界的范围内.同时,充分利用星上推力器的硬件冗余以实现对部分推力器故障的容错,这种思想的引入使得所设计的控制器对故障具有很强的自适应能力,而且对设计者而言,推力器故障信息不需要进行在线的检测和分离.最后,将该控制器应用于某型卫星姿态调节控制,仿真结果表明该控制器能有效地抑制外部干扰、挠性结构的振动和推力器故障的约束,在实现姿态调节的同时,保证其控制输出满足饱和受限界的要求,具有较好的控制性能.

不对称电压下PWM整流器的变结构自抗扰控制

为抑制PWM整流器在不对称电网电压时的谐波功率以及负载扰动对直流侧电压的影响,提出了一种基于变结构自抗扰理论的新型电压控制方法。将自抗扰控制与变结构控制器相结合,设计了变结构自抗扰控制器。正负序电流环采用变结构自抗扰控制,以此来消除电流环的耦合对系统的扰动,并消除功率传输中的谐波分量。新型控制器在保持原自抗扰控制器特点的同时减少了可调参数,使得参数整定变得容易,改善了系统控制性能。仿真以及实验结果表明,此方法能够对输出电压快速并无超调的进行控制,并能有效抑制传输中谐波功率和负载变化对系统的影响。

变饱和状态柔性变结构控制系统设计

为了缩短控制系统的调节和整理时间,提出了变饱和状态柔性变结构控制系统设计方法。该方法在系统存在较大偏差时只通过线性控制器调节,在中等偏差时通过线性控制器和变饱和状态控制器一起调节,在小偏差时由线性控制器和由变饱和状态控制器转变的线性控制器一起调节,从而提高了对控制约束的利用。仿真结果表明:该方法在调节和整理时间以及跟踪精度上均优于滑模控制,而且控制信号平滑。

Anti-Windup变结构自适应PID控制在航空相机位角控制系统的应用

航空相机位角控制系统在大给定行程条件下易出现积分Windup现象,从而影响系统的动态性能。为了提高位角控制系统在大给定输入条件下的动态响应性能,提出采用基于Anti-Windup的变结构自适应抗饱和PID控制法来设计位角控制系统。采用主副串级双回路的位置控制策略,在速度内环采用了基于Anti-Windup的变结构自适应PID控制的补偿环节,并采用基于实数编码遗传算法的PID整定方法对速度内环PID初始参数进行整定,参数选取最优指标时对超调采取惩罚功能,使位角控制系统在大给定行程输入下仍能达到比较满意的性能。实验表明:采用基于AntiWindup的变结构自适应PID控制的控制策略,避免了位角反射镜在检焦结束后的回位阶段进入饱和状态,使回位调整时间缩小了35.7%,提高了检焦结束后大行程回位的速度。

输入饱和的永磁同步风力发电机有限时间滑模控制

针对永磁同步风力发电机在传统控制方法下存在的控制精度低、抗干扰性能差以及在风能捕获过程由风速快速变化引起较大的控制输入量从而产生饱和约束等问题,基于输入输出反馈线性化(IOFL)方法,结合有限时间(FT)理论与滑模控制(SMC)为输入饱和的PMSG设计一种有限时间滑模控制器(FT-SMC)。首先,引入IOFL来提高系统控制精度,在其基础上设计FT-SMC来增强系统的鲁棒性能;然后,在FT-SMC中引入抗饱和补偿器(ATC)解决系统中输入饱和引起的控制稳定性问题;然后,利用Lyapunov稳定性理论分析闭环系统的稳定性,保证系统在有限时间内能够快速跟踪且稳定运行。最后,在Matlab/Simulink仿真实验和半实物仿真平台上进一步验证所设计控制器的有效性和对系统转速的跟踪性能,实验结果表明FT-SMC具有控制精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点。

基于变结构自抗扰控制器的永磁同步电动机伺服系统

设计了一种新型永磁同步电动机变结构自抗扰位置伺服控制系统。通过对控制器的变结构设计,使得在保持原控制器特点的同时减少了可调参数,并改善了系统控制性能;通过对交轴输出方程的分析,提出了一种新的位置变结构自抗扰控制方案,在保证系统动态性能的同时,提高了抗负载扰动的能力。仿真结果表明,改进后的系统具有响应速度快、无超调、控制精度高的特点,对负载及系统内部参数变化具有较强的鲁棒性。

基于变结构的自抗扰控制器

自抗扰控制器(ADRC)可调参数较多且不易整定,影响了它的进一步推广和应用。将变结构控制的理论引入到ADRC中的扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)的设计中,使得在保证原控制器优点的同时减少了可调参数,并改善了系统的控制效果,仿真结果表明了这种改进的控制器的有效性。

五相永磁同步电机的变饱和柔性变结构控制

五相永磁同步电机因其可实现低压大功率、高可靠性、低电压直流供电、输出转矩脉动小等优点,在航空、舰船推进、电动汽车和高速电梯等领域得到了广泛应用。将其解耦,分别得到能量转化空间和广义零序空间,引入了柔性变结构的控制策略,设计了一种变饱和变结构控制器。仿真和实验结果表明,替代传统PID控制的柔性变结构五相永磁同步电机控制系统响应速度更快,转矩脉动更小。

电液伺服系统的切换饱和函数滑模变结构控制

针对电液伺服系统的参数不确定性问题,基于滑模变结构控制理论,提出了一种切换饱和函数滑模变结构控制方法来消除参数不确定性对系统控制性能的影响,并采用饱和函数平滑不连续控制法,有效地减弱了系统中的抖振现象。仿真实验结果证明,该控制策略具有很强的鲁棒性及良好的跟踪性。