模糊超扭曲滑模观测器在PMSM中的研究与应用

针对传统滑模控制的永磁同步电机(PMSM)无感系统调速过程中,由于滑模函数存在高频开关量而导致转速抖动的问题,提出使用模糊超扭曲二阶滑模观测器(FST-SMO)进行改进的策略;新型观测器采用高阶滑模控制理论搭建,将滑模函数开关量转移到了高阶导数中,利用算法的积分运算削弱开关量抖振;同时考虑到传统二阶滑模观测器的增益为固定值,无法根据误差量自行调节的问题,提出了基于模糊控制的增益自调节方法,根据误差值及其变化趋势,利用模糊算法输出当前的滑模增益,增强了系统稳定性及鲁棒性;在Simulink环境中搭建了基于模糊超扭曲滑模系统(FST-SMO)的永磁同步电机仿真模型,在不同调速区间内进行调速仿真,并与传统滑模系统仿真的转速波动以及转子角度跟随性进行比较,仿真结果验证了模糊超扭曲滑模观测器具有更高的控制精度与更强的适应性,转速平稳角度跟随性能优越,有效降低转速的抖振。

基于超扭曲滑模控制和最优电流矢量的无刷电机矢量控制

传统无刷直流电机运行时转速环易受内外参数变化的影响,存在换相转矩脉动大等问题。为解决这些问题,使用SVPWM空间矢量脉宽调制替代PWM调制,并提出转速环采用快速超扭曲滑模控制替代转PI控制、同时在q轴电流注入最优电流矢量的控制方案。通过搭建仿真模型及仿真结果分析可知,相对传统控制策略,此法能够有效降低启动超调、提高动态响应能力、抑制换相转矩脉动。

基于PD扭曲滑模CPS阻尼力自适应非线性控制

针对经典车杆系统(CPS)为简化而不考虑阻尼力的问题,提出一种PD控制器和扭曲滑模变结构混合控制方法。首先,对车杆系统模型进行变换,将原系统改写为四阶积分器链形式,考虑阻尼力并附加非线性扰动;其次,利用PD控制器的快速响应特性,将杆位置迅速控制在较为紧凑的区域,然后利用改进扭曲滑模控制器将系统状态控制在不稳定平衡点附近;最后,基于多Lyapunov函数对系统的进行稳定性分析,并给出数值仿真验证。

基于HOSMO的风电机组自适应超扭曲滑模控制

为提高风力发电系统在风速随机变化、未知扰动输入的运行环境下的最大功率跟踪控制性能,提出一种基于高阶滑模观测器(high order sliding mode observer,HOSMO)的自适应超扭曲滑模控制策略.为增强风机系统的动态跟踪性能,设计超扭曲滑模控制器.为验证并提高该方法的控制性能,对超扭曲滑模控制器中的未知参数和系统的不确定性设计自适应控制律,更好地抑制了超扭曲控制器的抖振,增强了对模型参数和外部扰动不确定性的鲁棒性.同时针对风机系统动态模型中部分状态变量难以准确测量的问题,设计了HOSMO对其实时估计,该方法对高频噪声有很好的抑制作用.将提出的控制方法与一阶滑模控制以及传统比例积分控制进行对比分析,证明了所提策略的正确性和可行性.

永磁同步电机改进滑模无位置传感器控制

永磁同步电机运行在中低速时采用传统滑模控制存在较大误差,基于滑模控制算法在确保稳定性的情况下,将自适应滑模控制器结合高频正交信号注入法,提高电机低速运行时转子定位精度。针对永磁电机高速运行时采用传统滑模控制在负载突变时转速波动超调量大的问题,改进设计一种超螺旋滑模观测器,优化改良电机运行时的动态响应。使用李雅普诺夫稳定性判据对改进后的滑模观测器进行了稳定性分析,仿真验证,改进的滑模观测器控制策略能够提高包括零低速在内宽速度范围的转子定位精度和控制系统鲁棒性。

基于零动态和超扭曲的双馈风机暂态控制策略

为充分考虑双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)故障状况下的非线性特性,使用一种参数自适应超扭曲滑模控制器(super-twisting adaptive sliding mode control,STASMC)对多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统的零动态(zero dynamics,ZD)方法进行改进,提出一种ZDSTASMC控制方法用来提高DFIG的暂态电压稳定性.使用ZD方法解耦了原始系统的内部和外部动态,简化控制设计任务.为进一步提高在参数不确定性和外部扰动下的电压调节能力,将ZD方法与STASMC相结合,通过STASMC构造辅助输入提升了DFIG的暂态性能,减少建模误差和实际过程中各种误差的影响.改进后的ZD方法可减小线性化误差的影响,加强了DFIG的暂态性能.通过算例在三相故障下的仿真,验证了所提ZD-STASMC控制相比ZD控制方法以及常规比例-积分控制方法,在故障期间有更好的暂态性能,故障切除后也能更快恢复稳定.ZD-STASMC策略能有效增强DFIG的故障穿越能力.

SVG协同双馈风电场的暂态控制策略研究

为了充分考虑装设静止无功发生器(static var generator,SVG)的双馈风电场故障状况下的非线性特性,使用一种参数自适应超扭曲滑模控制器(super-twisting adaptive sliding mode control,STASMC)对多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统的零动态(zero dynamics,ZD)方法进行改进,提出一种ZD-STASMC方法来协调控制双馈机组和SVG。使用ZD方法将原始系统部分线性化,简化了控制设计任务。为了进一步提高在参数不确定性和外部扰动下的电压调节能力,将ZD方法与STASMC相结合。通过STASMC构造辅助输入提升了ZD方法的鲁棒性,减少了建模误差和实际过程中各种误差的影响。改进后的ZD方法减小了线性化误差的影响,加强了双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的暂态性能。最后,通过算例系统在三相故障下的仿真验证了所提ZD-STASMC控制的有效性。

新型有限时间收敛滑模扩张状态观测器研究

针对一类具有量测噪声的非线性不确定系统,设计了基于新型滑模扩张状态观测器的Term inal滑模控制方案.首先对系统进行两次状态扩张,然后设计一种新型滑模扩张状态观测器,通过采用特殊的滑模面保证观测误差在有限时间内收敛到零.在此基础上,设计Terminal滑模控制器,使系统状态也能在有限时间内收敛到零.严格的理论证明和仿真结果均证明了所设计新型滑模观测器及闭环控制方案的有效性和快速性.

滑模干扰观测器的反机动目标末制导律设计

针对大气层外拦截器拦截机动目标的末段制导问题,提出基于滑模干扰观测器的滑模制导律设计方法。建立基于视线的拦截器-目标相对运动方程,采用滑模控制理论,设计使纵向平面和侧向平面内的视线角速率趋于零的制导律。通过超扭曲滑模干扰观测器,估计目标机动,从而补偿制导系统中的不确定项,并避免滑模切换控制的抖动问题。反机动目标末制导仿真结果表明,所研究的滑模制导方法具有满意的制导精度和鲁棒性。

一种机器人用新型异步电机定子磁链观测器

异步电机因其成本低、可靠性高、维护方便等优点而在伺服系统、机器人驱动等领域得到广泛应用。定子磁链是实现异步电机高性能控制的基础,因此必须进行准确观测。针对常规异步电机电压模型、电流模型和混合电压电流模型定子磁链观测器存在的缺点,提出了一种基于极致扭曲滑模的新型异步电机定子磁链观测方法。所提方法不仅克服了电压模型定子磁链观测器受积分初始值和积分漂移的影响,而且克服了电流模型和混合电压电流模型定子磁链观测器受电感参数影响较大的问题,从而大大提高了异步电机定子磁链观测的精度。仿真和实验结果均验证了所提方法的有效性。

开绕组无刷双馈发电机直接功率控制研究

针对开绕组无刷双馈电机模型复杂且耦合性强的问题,提出一种适用于开绕组无刷双馈电机的新型直接功率控制方法。通过研究定子控制绕组侧电压与功率绕组侧有功功率和无功功率间的关系,推导出基于d-q坐标系的直接功率控制状态方程,实现有功和无功功率的解耦控制。针对传统滑模控制器抖振及不连续高频开关控制等缺点,设计了基于新型趋近律的超扭曲滑模控制器,建立了开绕组无刷双馈发电机新型超扭曲滑模直接功率控制系统的仿真模型,并给出了不同工况下的仿真结果,验证了该功率方程模型的正确性和新型超扭曲滑模控制方法的有效性和鲁棒性。

永磁同步电机直接转矩优化控制研究

在机器人、航空航天、数控机床等高精度工业领域,传统基于PID调节器的永磁同步电机直接转矩控制系统不能很好地适应电机参数的变化,在磁链和转矩环节中采用滑模变结构调节器的方法又会使得系统产生抖振现象。因而为克服基于PID与滑模调节器的直接转矩控制系统鲁棒性差、转矩脉动大的问题,提出了基于模糊PID算法与超扭曲滑模算法的永磁同步电机直接转矩控制系统,利用模糊算法对电机参数不敏感的优势,在转速环节中采用了模糊PID算法,在磁链和转矩环节引入了超扭曲算法并设计了超扭曲滑模调节器。仿真结果显示,上述控制算法能够在较大范围内适应系统变化的参数,克服了单一滑模变结构控制出现的抖振现象,使永磁同步电动机控制系统动态性能与鲁棒性得以增强,满足应用于高精度伺服作业领域的需求。