基于变增益扩张状态观测器的永磁同步电机转速环自抗扰控制器设计

线性扩张状态观测器(LESO)在观测初始阶段,系统状态量实际值与估计值误差较大。由于LESO高增益的影响,导致LESO在初始时刻的扰动估计输出出现很大的峰值,而且观测器增益越大,峰值现象越严重。针对上述问题,设计了一种变增益扩张状态观测器(TESO),其增益是一个时变函数,在初始时刻为较小的函数值,随着时间逐渐增大,直至趋于一个较大常数。利用李雅普诺夫变换和微分代数谱理论给出了参数整定公式。将线性自抗扰控制器(LADRC)中的扩张状态观测器替换为TESO,并将其应用于永磁同步电机转速控制中,计算机仿真和系统试验验证了该控制器设计的有效性。

基于增益连续扩张状态观测器的永磁同步电机电流解耦控制

为解决传统电流解耦控制方法在电感参数失配时解耦效果不佳的问题,提出一种基于增益连续扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的电流解耦控制方法。该方法通过ESO获得了电阻压降、交叉耦合、以及其他确定和不确定因素所引起扰动的综合观测和补偿。扰动补偿控制不仅实现了励磁和转矩控制回路间的解耦,而且将各子系统控制对象简化为一阶积分环节,从而使得调节器无需积分项,简化了设计,克服积分饱和所带来的不利影响。与基于fal()函数的常规ESO不同,文中提出了一种具有连续可微特性的非线性函数,在优化fal()函数"大误差小增益,小误差大增益"特性的同时,克服其增益在切换点处的突变问题,且所提非线性函数具有统一表达式,避免切换点判断。论文对ESO参数选择、系统稳定性等进行了讨论。最后,通过实验进行验证。

基于扩张观测器的非线性不确定系统输出跟踪

针对一类非线性不确定系统,设计出一种高增益扩张观测器,该观测器具有抗干扰性,可用于观测信号的n阶导数.在此基础上设计了一种控制器,使得跟踪误差及其各阶导数在不确定及扰动存在的情况下仍能迅速收敛.仿真结果表明,这种控制方法对于非线性不确定系统具有良好的控制效果.

基于变增益ESO与逆系统方法的非线性系统故障调节

为了对一类非线性系统执行器时变故障进行有效诊断,研究了一种基于变增益扩张状态观测器的逆系统故障调节方法.首先,通过一种时变增益的设计方法,来改进传统的恒增益扩张状态观测器,有效消除了在状态及故障估计初始阶段的"峰值"问题;其次,在依据故障估计值对原系统进行补偿调节的基础上,借助于逆系统的引入,对原非线性系统线性化,在使系统能对故障容错的同时,确保了系统无论故障发生与否的不变伪线性特性,进而又为其设计了鲁棒保性能控制,从而以不变的控制器使得系统始终具有了良好的性能及对逆建模误差的鲁棒性;最后,仿真算例对比验证了该方法的有效性.

燃料电池-锂电池混合供电系统的无源控制策略及参数设计方法

多源混合供电技术可有效地利用不同供电单元性能,在电气化交通系统中得到广泛应用。然而,随着越来越多的恒功率特性及强脉动特性负载接入供电系统,系统的稳定性难以得到保证。针对传统线性控制方法难以保证系统的大信号稳定性,而现有非线性控制的研究仍缺乏兼顾稳定性和动态性能的控制参数设计方法的问题,该文对燃料电池-锂电池混合供电系统设计基于无源控制和扩张高增益状态观测器的复合控制方法,并对控制器和观测器参数进行了设计,有效地保证了系统的动静态性能。在实验室搭建一套额定功率为3 kW的燃料电池-锂电池混合供电系统实验平台进行测试,结果验证了所提控制策略和参数设计方法的有效性和正确性。

恒功率负载条件下Boost变换器复合控制技术

直流微电网中大量接入变换器驱动负载,因其输入阻抗往往表现出负阻抗特性,易与供电单元产生交互作用,极大地衰减了系统阻尼,激发了系统振荡。为此,针对直流微电网源侧Boost变换器,此处提出一种无源控制(PBC)和扩张高增益状态观测器(EHGSO)相结合的复合控制方法,首先建立了考虑多因素影响的Boost变换器模型,然后结合无源理论及观测器理论设计了复合控制器,确保了系统在不同负载工况下的全局稳定性,并在实验室内建立了含两台120W原理样机及一台恒功率负载的实验微电网系统,通过实验验证了所提方法的有效性和正确性。

未知扰动下双起升桥吊时变滑模同步控制

为实现双起升桥吊系统在未知扰动下的同步控制,提出了一种基于变增益扩张状态观测器的时变滑模控制方案。首先,基于耦合误差设计了一种新的时变滑模面,可有效消除趋近阶段,确保初始状态系统的全局鲁棒性;其次,改进的超螺旋算法有效抑制控制器中的抖振现象;然后,变增益扩张状态观测器的设计是为了估计补偿系统中存在的非匹配干扰,有效增强了控制器的鲁棒性;此外,李雅普诺夫理论用于证明受控系统的稳定性。最后,通过仿真验证了所设计的控制器可以有效实现双起升桥吊系统的同步控制。

一种用于K波段空间行波管模拟预失真电路的设计方法

空间行波管(TWT)预失真电路小型化、轻量化要求使得电路调试难度变大,迫切需要一种预失真电路精确仿真及设计方法来指导产品设计。该文在分析肖特基二极管等效电路模型基础上选择二极管MA4E2039作为非线性发生器件,并建立了MA4E2039的二极管仿真模型。之后通过分析反射式预失真电路结构,获得了影响电路性能的关键参数,并在元器件和版图联合仿真阶段对这些关键参数进行精确仿真。最后对依据仿真结果进行加工的预失真电路进行测试,发现仿真结果和电路实测结果偏差小于15%,将预失真电路与K波段行波管放大器级联实现在输入回退4 dB时3阶交调达到23.77 dBc,实现了行波管的线性化。可见该方法能够用于指导空间行波管预失真电路设计,帮助提高产品开发周期,对于预失真电路的小型化设计也有重要指导意义。

基于改进灰狼优化算法的PMSM滑模自抗扰控制

针对永磁同步电动机(PMSM)伺服系统在受外部扰动、参数变化等不确定性因素影响下系统鲁棒性变差的问题,提出一种基于改进灰狼优化算法的永磁同步电动机滑模自抗扰控制方案。首先,对传统扩张状态观测器存在的峰值问题而降低不确定性的观测精确度,设计了变增益扩张状态观测器,通过降低初始增益来提高观测精确度。其次,用滑模控制器代替传统自抗扰控制中的非线性误差状态反馈环节,进而提高系统的鲁棒性。由于参数比较多不易调节,利用改进灰狼优化算法对参数进行优化,充分发挥控制器的性能。基于Lyapunov理论分析了该方案的稳定性。通过系统仿真实验结果表明,该方法能够有效跟踪速度给定,克服参数变化、负载扰动等不确定性因素的影响,保证了PMSM伺服系统的强鲁棒性。

基于改进型ADRC的双轴伺服系统摩擦补偿研究

文章针对双轴伺服系统中摩擦的非线性、不确定外扰,在分析系统轮廓误差的基础上,结合交叉耦合的思想,采用了一种改进型二阶自抗扰控制器(ADRC),对摩擦力进行补偿。该控制器利用具有强鲁棒性的高增益扩张状态观测器观测系统的摩擦及其它内外扰动,并加以补偿,同时采用了一类新的非线性函数,克服了由于常规ADRC非线性状态误差反馈控制律中非线性函数的不平滑性,而导致系统对于摩擦敏感的缺点。仿真对比分析表明,改进型ADRC能够很好地进行摩擦补偿,使系统具有更好的鲁棒性,提高系统轮廓加工精度。

一种带有温度补偿特性的模拟预失真线性化器

本文研制了一款用于毫米波频段,且具有温度补偿功能的模拟预失真器,该预失真器基于3d B电桥、肖特基二极管、微带线和偏置电阻,在外加直流偏置的情况下,产生预失真信号。我们理论分析了线性化器的温度响应并提出一种简单有效的补偿技术。该补偿技术通过调节控制二极管的偏压使其等效电阻不随温度变化,从而实现预失真器的温度补偿。通过ADS软件对该预失真器进行仿真,仿真结果表明,在-20°C到+130°C的变化范围内,该预失真器可提供6.5d B的增益扩张和50°的相位扩张,且随温度变化增益与相位变化小于0.5d B和5°。

一种适用于Ku波段行波管放大器的预失真线性化器

随着通信技术的发展,功率放大器线性度要求日益提高。该文提出一种两支路预失真电路,在单支路预失真电路基础上加入可调衰减器和非线性发生器级联成的辅助支路,改善了单个非线性发生器增益曲线斜率不足的问题,并在ADS中代入行波管模型仿真分析。在此基础上,加工Ku波段实际预失真电路并与行波管联合实验,线性化后的行波管放大器三阶载波交调比在输入功率回退3 dB时达到12.92 dB,回退6 dB时达到22.8 dB,线性度有了明显的改善。

一种场效应管预失真电路对改善行波管非线性的作用

该文利用场效应管的非线性作用,替代通常预失真线性化电路中的衰减器和移相器,使这种预失真器在相位扩张量变化较小的同时,可以对增益扩张量进行调节控制,有效提升了预失真电路改善行波管非线性的作用。实际设计电路实验表明,在频率为8.38-8.58 GHz和额定输入功率范围内,设计了实际电路并完成相应的实验,获得了6 dB和45o的增益和相位扩张以及15.4 dB的载波与交叉调制分量比值的改善。

一种星载Ka频段宽带线性化器设计

为了改善星载功率放大器的线性度,文章设计了一种新型宽带Ka频段线性化器。该设计基于模拟预失真线性化技术,通过改变线性化器的二极管偏置电压,实现非线性形状可调,以匹配不同行波管的非线性特性,并在文章最后给出了实物测试结果。该设计在26GHz±0.5GHz频率范围内具有良好的一致性,带内波动小于0.8dB,增益扩张大于4dB,相位扩张大于40°,对行波管非线性特性改善明显,饱和区三阶载交比提高3dB以上,可有效提高使用效率并降低通道误码率。

一种基于二极管的ka波段预失真线性化器

本文研制了一款用于毫米波频段,且频率响应十分优良的模拟预失真器,该预失真基于两路式结构,采用四个3d B电桥,两个肖特基二极管和两个变容管构成。通过调节肖特基二极管和变容管的偏置电压、微带线的电长度可以得到不同的增益扩张和相位扩张效应,并使其在不同频率下,增益和相位曲线相近。通过ADS软件对该预失真器进行仿真,仿真结果表明,在29GHz到31GHz的变化范围内,该预失真器可提供6d B的增益扩张和50°的相位扩张,且随频率变化增益与相位变化小于0.5d B和5°。

一种两支路行波管预失真线性化电路

分析了行波管放大器的输入输出曲线,并计算得到行波管放大器的多项式模型。在此基础上提出一种由2条非线性支路组成的预失真电路,设计制作了L波段预失真电路,并与行波管放大器联合测试,实验结果表明,加入预失真电路后的行波管放大器在输入功率回退3dB、6dB、9dB时3阶载波交调比C/IM3分别改善了1.8dB、4.2dB、8.9dB,并且这种两支路预失真电路具有更好的调节性,可用于改善不同特性行波管放大器的线性度。

导引头稳定平台的扰动补偿及改进滑模控制

为提高导引头稳定平台抗扰性,提出了一种导引头稳定平台的扰动补偿及改进滑模控制策略。首先根据扰动特点将扰动分为摩擦力矩和"剩余扰动"两部分,基于Stribeck摩擦模型辨识摩擦参数,并进行摩擦力矩补偿;采用扩张高增益观测器对"剩余扰动"进行估计,并给出了扩张高增益观测器的收敛条件。然后设计了改进滑模控制器作为稳定回路的控制器实现伺服控制,采用Lyapunov函数证明其稳定性。最后,搭建测试系统分别进行了稳定平台性能测试和导引头性能测试,用于验证跟踪和抗扰效果。实验结果表明,跟踪1(°)/s的梯形波时,提出的控制器有效地补偿了摩擦,同时稳态精度提高了0.032 8(°)/s;给定三轴转台典型幅值和频率扰动下,采用提出的控制器时系统隔离度至少提高了0.57%。表明提出的控制器改善了系统抗扰性。

一种通信应用中的X波段行波管预失真器

随着通信技术的发展,行波管功率放大器预失真电路显得日益重要。不过,目前预失真电路在调节过程中增益和相位扩张量不能独立调节,很难保证增益和相位同时满足线性化指标的要求,给调节工作带来了困难。本文介绍一种预失真线性化器电路,该电路结构简单,在相位扩张量变化较小的同时,可以对增益扩张量进行调节控制。实验表明,在频率为8.38~8.58 GHz和额定输入功率范围内,预失真器增益和相位扩张量分别为6 dB和42°,满足通信工程中对行波管功率放大器补偿的需求。

一种基于二极管的L波段行波管预失真电路

该文分析了行波管放大器的输入输出曲线,并计算得到理想预失真线性化电路的增益和相位响应曲线。提出一种由两条非线性支路组成的预失真电路,并讨论了电路中肖特基二极管主要参数对预失真曲线的影响。设计制作了L波段预失真电路,并与行波管放大器联合测试,实验结果表明,加入预失真电路后,行波管放大器三阶交调载波比IM3在输入功率回退3 d B、6 d B、9 d B时分别从-10.3 d Bc、-14.3 d Bc、-18 d Bc改善到-12.1 d Bc、-18.5 d Bc、-26.9 d Bc。

一种Ku波段空间行波管预失真器

提出一种无需直流偏置的Ku波段空间行波管预失真器。基于90°电桥、反向并联GaAs肖特基二极管对和负载电阻,产生预失真信号。同时可通过改变微带线长度和负载阻值实现可调性。此外,该电路自身具有良好的输入输出匹配特性,简化了电路结构。实测结果表明,该预失真器在带宽500MHz范围内可获得约7dB增益扩展和45°相位扩张。与行波管联测表明,行波管双音饱和输入功率回退3dB时,三阶交调可获得约6dB的改善效果。