采用扰动转矩观测器的低速电机伺服系统

伺服电机驱动系统的性能受各种量化误差、采样误差,及电机转矩脉动等因素的影响。特别是在低速运行时,速度反馈精度和动态性能都受到极大限制,因此电机往往处于无规律地转和停状态,速度很难控制。该文采用预期电流控制和基于位置信号的含滤波器的扰动观测器相结合的方法,仅使用普通分辨率(1 000 ppr)的光电编码器,就可对一台无槽式永磁同步伺服电动机实现低速运行(1 r/min左右)平稳控制。实验结果表明,所提控制策略效果好、容易实现,有较强的实用性。

永磁同步电机高阶滑模控制与扰动转矩估计

文章采用一种新型高阶滑模控制技术以及滑模微分器实现永磁同步电机位置跟踪控制和扰动转矩的在线估计。在分析电机的非线性模型后,由于系统输出耦合,利用输入输出反馈线性化进行解耦。设计了消除抖颤问题的高阶滑模控制器。扰动转矩的估计可以滑模变量及其各阶微分值得到,从而未知不确定因素转换为系统自身输入,减小了负载扰动对位置的影响,有效提高系统的性能。仿真实验的结果表明,多输入多输出的永磁同步电机扰动转矩得到了有效估计,系统位置跟踪的误差不超过0.12弧度,具有较好的动态性能。

基于扰动转矩反馈的机械谐振抑制方法

伺服驱动被用在很多工业应用中,伺服系统中电机和负载之间的柔性连接环节会恶化伺服系统的性能,甚至会引起系统不稳定。分析了伺服系统产生机械谐振的原理,并提出了一种基于扰动转矩反馈的谐振抑制方法。该方法利用Luenberger观测器来观测扰动转矩,并将扰动转矩通过一个比例积分环节反馈回电流给定。此外,还给出了一种反馈系数K的整定方法,并在理论上分析了该参数整定方法的合理性。最后,基于Matlab/Simulink平台搭建了伺服谐振系统的仿真模型,并对提出的方法进行了仿真验证。

基于扰动转矩观测器PMSM无位置传感器控制系统

使用控制算法实现永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制是目前电机控制领域研究热点。提出一种基于低速脉冲高频定子磁链注入的PMSM无位置传感器控制系统,并对传统定子磁链估计器进行改进,将高频信号引入低通滤波器中以提高电机低转速运行时定子磁链估计器的精度。针对PMSM中低速运行时无位置传感器控制系统易受转矩脉动影响的情况,采用扰动转矩观测器来抑制扰动转矩产生的电压误差。通过试验来验证所提方案的有效性和可行性。

基于扰动转矩估计的导引头自适应内模控制

为了降低扰动转矩变化对导引头伺服控制系统的影响,提出了一种基于扰动转矩估计的自适应内模控制方案。首先建立导引头伺服控制系统的数学模型,设计系统的内模控制器;接着采用扰动转矩估计的方法,辨识导引头伺服控制系统转动惯量的变化情况;最后根据转动惯量的变化、通过线性自适应率自动调整内模控制器的参数,从而确保控制器的控制性能。实验结果表明,该控制方案对系统工况变化有着很强的自适应性,提高了导引头伺服控制系统的抗干扰性能和鲁棒性,取得了较好的控制效果。

PMSM线性卡尔曼滤波结合扰动转矩观测器无速度传感器控制

传统扩展卡尔曼滤波算法在线计算量大,对处理芯片的要求高。针对这一问题,设计了一种新型降阶卡尔曼滤波算法,减少调节参数,以简化算法和。另外,为提高传统矢量控制系统动态响应能力及抗负载扰动能力,设计了一种扰动转矩观测器,并结合前馈补偿控制方法对速度环施加前馈补偿。仿真和实验结果表明,提出的新方法能准确估计电机转子位置和转速,并提高负载扰动抑制能力。

基于轴转矩扰动观测器的伺服系统扭振抑制研究

针对伺服电机驱动系统中由于弹性连接装置而引发的扭振现象,该文提出一种基于轴转矩扰动观测器的抑制策略,并给出了其结构参数设计方法和鲁棒性的证明。首先在双质量弹性系统模型的基础上,利用传统扰动观测器得到轴转矩观测量,并提出加入高通滤波器消除轴转矩观测量的直流分量,得到扭振频率分量,对电磁转矩进行反馈补偿,从而增大了系统阻尼,同时系统动态性能得以改善。在该抑制机理的基础上,根据转速增量和转矩增量的相位关系图,得出该轴转矩扰动观测器带宽取值范围与扭振频率和负载侧-电机侧惯量比的定量关系,并由此证明了轴转矩扰动观测器对负载惯量变化的鲁棒性,并给出了反馈系数的选取范围。仿真与实验研究表明该文提出的抑制策略能有效抑制扭振,并对负载惯量变化具有强鲁棒性。

基于改进型降阶观测器的永磁直驱伺服电动机转矩扰动抑制策略

由于永磁直驱电机的直驱特性,电机转速平稳性受转矩扰动影响大,低速运行时受齿槽转矩影响,电机转速波动剧烈。该文分析传统比例积分速度控制方法无法兼顾跟踪性能和抗扰性能的缺点。为此引入传统降阶状态观测器,对转矩扰动进行估计和前馈补偿;分析系统扰动转矩到真实转矩之间传递函数的伯德图及锯齿波响应,根据零极点对消原则对传递函数进行期望设计,引入微分环节对传统降阶观测器进行改进,给出改进观测器的锯齿波响应并证明其补偿响应速度的提升,提出基于引入微分模块的降阶观测器前馈补偿方法。搭建永磁直驱伺服电动机扰动抑制实验平台,通过仿真和实验验证改进的降阶观测器对补偿谐振的抑制具有良好性能,且抗扰动能力更强,实现较大扰动低速下的稳定运行。

基于转矩扰动估计的电机反馈线性化控制

根据永磁同步电动机的非线性动态数学模型,采用直接反馈线性化控制方法,实现了永磁同步电动机系统的输入输出线性化。通过此方法设计的速度跟踪控制,在保证整个闭环系统稳定的情况下,提高速度跟踪的快速性。另外在此基础上,采用了负载转矩扰动观测器,减小了负载扰动对速度的影响。仿真表明,反馈线性化控制设计简单,有很好的速度跟踪性能。

基于负载扰动转矩扩张状态观测器的PMSM改进型重复控制策略

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)在运行过程中,负载扰动转矩对系统的影响较大。针对这一问题,将负载转矩扩张状态观测器应用于电机控制系统中,用于对电机负载扰动转矩进行实时估算和补偿,同时引入重复控制的思想,周期性地缩小扰动转矩所产生的误差,最大限度地提高系统的控制性能和抗干扰性能。通过Matlab/Simulink和实验,验证了该方案能够实现电机负载扰动转矩的快速估算和补偿、降低电机转速的波动、提高了系统的稳定性。

基于神经网络的伺服系统负载转矩扰动辨识器设计

针对伺服控制系统负载转矩扰动的问题,基于永磁同步电机矢量控制基本原理,提出了一种负载转矩扰动辨识算法。并结合神经网络控制理论,采用两层神经网络设计了一种负载转矩扰动辨识器。采用DSP控制器搭建了伺服控制系统,同时给出了软硬件设计方法,最后针对电机转速响应特性进行了仿真实验并与传统控制方法比较。仿真结果表明:基于神经网络的伺服系统转矩扰动辨识方法能够有效地抑制负载扰动对系统的影响,提高了控制系统动态响应速度和跟踪性能。

基于转矩扰动估计的永磁同步电机反推控制

根据永磁同步电动的非线性动态数学模型,采用反推控制方法,改善了传统PID控制对非线性控制效果不理想的缺点。通过此方法设计的速度跟踪控制,能保证整个闭环系统稳定的情况下,提高速度跟踪的快速性。另外在此基础上,采用了负载转矩扰动观测器,减小了负载扰动对速度的影响。仿真表明,反推控制设计简单,有很好的速度跟踪性能。

一种基于转矩扰动观测器+重复控制的船舶永磁同步电机矢量控制技术

船舶永磁同步电机(PMSM)在海洋复杂环境下运行时,容易受到转矩扰动,严重影响电机的控制性能,这一问题在PMSM中低速运行时更为明显。针对这一问题,提出一种基于转矩扰动观测器+重复控制的PMSM矢量控制方案。设计了一个基于转子位置的转矩扰动观测器,用于估测PMSM扰动转矩,并在此基础上结合重复控制的思想,周期性地补偿并缩小由扰动转矩而产生的误差。通过MATLAB/Simulink仿真和试验,验证了该方案具有较强的抗转矩扰动能力和较好的调速性能。

转矩扰动激励下盘式制动器非线性振动分析

基于汽车盘式制动器单自由度模型研究转矩扰动对其非线性振动的影响。依据Stribeck模型分析盘式制动器的振动模式和不同模式下的平衡点及稳定性。在未受转矩扰动激励下,制动器可能表现为滑动、滑-擦边、粘-滑-擦边等多种振动形式,且粘滞擦边振动会引起小幅振荡行为。周期性的转矩扰动可将原本的振动分为两部分,且在最值处出现转换。转矩扰动会影响粘滞运动和滑动运动的过渡边界,导致振动行为更加复杂。转矩扰动频率的改变同样可导致制动器出现滑动和粘-滑运动等。无论是否受到激励,随着制动压力的增加,制动器的振幅都将逐渐增加;在相同制动压力下,当制动器受到转矩激励时,振动幅值大于未受激励情况。研究可为揭示转矩扰动对制动器振动的影响机理提供参考。

基于自适应前馈消除的伺服系统齿槽转矩补偿和编码器校准技术

针对伺服系统转矩和速度扰动问题,提出一种基于自适应前馈消除(adaptive feedforward cancellation, AFC)技术的伺服系统扰动抑制方案。该方案通过软件算法,在不改动硬件的前提下,有效补偿电机的齿槽转矩并校准编码器安装误差。试验结果表明,采用AFC技术后,伺服系统的转矩波动和速度波动下降了95%,显著提高了伺服系统的稳定性和控制精度,为工业自动化和高精度运动控制提供了一种高效且经济的解决方案。

基于电磁转矩反馈补偿的永磁同步电机新型IP速度控制器

为减小永磁同步电机传统PI速度控制器的速度超调,提高转速环的抗负载转矩扰动能力,提出一种基于电磁转矩反馈补偿的永磁同步电机新型IP速度控制器。采用IP速度控制器,减小了速度超调;将电磁转矩引入到电流调节器的输入端,作为IP速度控制器反馈补偿的控制输入,提高了转速环的抗负载转矩扰动能力。仿真和实验验证了该新型永磁同步电机速度控制器可以有效减小速度超调,提高转速环的抗负载转矩扰动能力,获得很好的速度控制性能。

基于实时负载转矩反馈补偿的永磁同步电机变增益PI控制

为了减小负载转矩扰动对永磁同步电机转速的影响,对负载转矩扰动下永磁同步电机(PMSM)伺服系统数学模型的频域特性进行了研究,总结出负载转矩扰动和速度PI控制器参数之间的关系,提出了基于负载转矩反馈补偿的永磁同步电机变增益PI控制方案。变增益PI(VGPI)控制器根据转速信号中特定频率分量的变化,进行控制器增益的实时调节;同时采用FPGA器件设计并实现了基于Kalman滤波器的负载转矩观测器,能够对负载转矩扰动进行实时观测和补偿,提高了永磁同步电机伺服系统对负载转矩扰动的抑制能力。实验结果验证了控制策略的有效性。

舵机加载测试系统扰动补偿方法研究

针对舵机运动对加载测试系统输出力矩的扰动作用,基于加载测试系统简化数学模型,比较研究转矩扰动补偿和转矩干扰综合补偿两种方式。在不改变系统结构前提下,分别将检测到的舵机和电机速度信号经补偿环节反馈到电机输入端,以消除扰动影响。仿真表明,第2种方式性能更优,引入PID反馈后能进一步提高系统性能。

基于负载转矩前馈补偿的PMSM控制策略

针对负载转矩扰动引起的永磁同步电机(PMSM)控制性能下降问题,提出一种基于滑模负载转矩观测器的负载转矩前馈补偿控制策略。以转速和负载转矩为观测对象建立负载转矩观测器,实现负载转矩的实时辨识,然后将辨识结果前馈补偿至转矩电流环,从而提高系统控制性能。实验结果表明,观测器能够快速且准确地辨识负载转矩,负载转矩的前馈补偿抑制了负载转矩扰动造成的转速波动且缩短了转速恢复时间,提高了系统的动态性能和鲁棒性。

基于转矩补偿的动车永磁电机电磁优化设计

为改善转矩扰动对动车永磁电机的影响,提出基于转矩补偿的动车永磁电机电磁优化方法。依据动车永磁电机结构,构建基于三相静止坐标系下的复合结构电机状态方程,分析动车永磁电机电磁转矩特性。通过转矩补偿结合永磁电机电磁增益PI控制策略,控制永磁电机速度,采用基于卡尔曼滤波器的转矩观测器与卡尔曼滤波算法,实现转矩的观测与补偿,结合PI变增益策略与转矩补偿共同实现对动车永磁电机电磁优化。仿真验证结果表明:优化后转矩增加或减少不会使电机转速产生大幅度变化,电机转速能够保持稳定;优化后转矩波动幅度较优化前有所降低。