基于改进超螺旋滑模观测器的游标电机无传感器控制

针对游标电机的无位置控制,本文通过对磁场进行分析,指出游标电机经过调制作用产生多个工作次谐波,需根据合成反电势,采用矢量控制。同时,由于游标电机转子为多极对数的结构,使其在运行时,对于位置信号的准确性要求更为严苛,较小的位置信号误差便会引起较大的控制角度的差距,如何保证游标电机在无位置传感器控制时的观测精度,对其运行性能起着至关重要的作用。本文以一台外转子分裂齿游标电机为对象,分析其运行原理,建立基于合成反电势的数学模型,并采用基于改进超螺旋滑模观测器的无位置控制策略,保证了游标电机无传感器控制的稳态及动态性能。

多算法超螺旋滑模观测器控制的电梯曳引系统

为了降低电梯制造成本的同时又不影响运行舒适度,提出了一种基于支持向量机联合粒子群算法优化的变系数超螺旋滑模观测器,用于电梯转子的转速观测。针对经典永磁同步电机模型强耦合、高阶次及非线性等特征,导致传统滑模观测器存在求解难、抖振严重等问题,建立定子电流状态观测器模型,简化求解过程,提高消抖效果。在用超螺旋滑模观测器观测转速时,引进支持向量机对观测器参数进行拟合,得到支持向量机辨识标准模型,在此基础上,用离子群算法再对支持向量机辨识标准模型寻优,有效地提高了运算速度,并降低了观测器对噪声的敏感性。最后,在实验部分验证了所提策略的有效性。

基于超螺旋滑模观测器的六相永磁同步电机失磁故障重构

针对六相永磁同步电机在复杂运行工况下永磁体容易发生失磁故障的问题,提出一种基于超螺旋算法的永磁体失磁故障重构方法。首先,利用矢量空间解耦坐标变换(VSD)进行降阶和解耦,构建了六相永磁同步电机失磁故障数学模型。其次,以定子电流为状态变量,设计基于超螺旋算法的滑模观测器(STA-SMO),根据滑模等值原理实现转子磁链的实时重构,并采用一种类二次型Lyapunov函数证明了所设计STA-SMO的稳定性。最后通过仿真与实验验证了该方法的有效性,与传统滑模观测器(SMO)相比,所设计的STA-SMO准确地实现了对失磁故障的重构,有效抑制了抖振,且鲁棒性更强。

考虑滑模抖振的永磁同步电机模糊超螺旋滑模观测器

针对永磁同步电机控制系统中的传统滑模观测器在估计转子位置与转速时出现的抖振问题,设计一种基于模糊规则的超螺旋滑模观测器。该观测器利用串联高阶滑模结构特点来保证输出的连续性,以此削弱滑模控制中高频切换带来的抖振。而模糊规则的引入以解决超螺旋控制算法中边界函数的上界在实际中很难获得的问题,然后利用反证法验证所提出的模糊超螺旋滑模控制率的收敛性。最后在Matlab中搭建模型,实验结果表明所设计控制方案在满足控制精度的同时,减弱了系统抖振。

基于分数阶扩展滑模扰动观测器的PMSM无模型控制算法研究

针对永磁同步电机调速控制系统突加负载时导致转速波动较大的问题,提出了一种基于分数阶扩展滑模扰动观测器(FOESMDO)的转速环新型无模型控制方案。新算法为了改善调速系统的动、静态性能,建立了不含电机参数的永磁同步电机新型超局部模型,以此为研究对象,借助快速终端滑模控制和改进型滑模切换函数设计新型无模型滑模控制器;同时为了提高扰动估计的准确性及减小滑模控制存在的抖振现象,改进算法采用分数阶扩展滑模扰动观测器进行超局部结构中未知部分的在线估计;最后,将所提出的基于FOESMDO的新型切换函数快速终端滑模控制方法同传统方法进行仿真对比,验证了新型无模型控制算法(FOESMDO-ISFFTSMC)在提高调速系统的响应速度和抗干扰能力方面的优异性能。

基于超螺旋干扰观测器的组合体航天器姿态接管控制

服务航天器捕获非合作目标后构成的组合体航天器的姿态接管控制是空间在轨服务的核心技术。提出了一种基于超螺旋干扰器的前馈补偿姿态接管控制方法。首先,考虑目标航天器质量参数未知、对抗能力不确定等非合作特性,开展了基于空间姿态一致性原则的组合体航天器姿态动力学数据驱动建模。然后,将目标航天器通过机械臂施加给服务航天器的反作用力矩视为广义干扰,设计了一种具有自适应增益的超螺旋干扰观测器,实现了对广义干扰的有限时间收敛观测。在此基础上,进一步提出了一种基于超螺旋干扰观测结果的前馈补偿姿态接管控制方案。最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性。观测器增益的自适应调节使得系统在保障稳定收敛的同时,能够对广义干扰进行快速、准确的估计,再经前馈补偿可进一步提高系统的控制性能。

基于模糊控制的自适应超螺旋滑模观测器无传感器控制

针对永磁同步电机传统超螺旋滑模观测器(Super-twisting algorithm based sliding-mode observer,STA-SMO)使用固定滑模参数,从而导致较大抖振和扰动抑制能力差的问题,提出了一种滑模参数可以随着系统转速变化而实时更新的永磁同步电机自适应超螺旋滑模观测器无位置传感器控制方法,并给出了所提方法的稳定性证明,通过在线调整滑模系数可以获得较高的估计精度。针对永磁同步电机传统矢量控制速度环采用固定参数PI控制器、无法满足系统快速响应和参数扰动抑制能力等问题,速度外环采用模糊PI控制器,通过模糊控制器的输出更新PI控制器的参数,增强系统的鲁棒性。最后,通过仿真和试验,验证了基于模糊控制的永磁同步电机自适应超螺旋滑模观测器可以有效抑制系统抖振,且估计精度高,鲁棒性强。

搭载超螺旋滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制策略

针对永磁同步电机无传感器控制系统中调速存在超调、转子位置和转速估计存在误差和抖动的问题,在超螺旋滑模观测器(STSMO)的基础上,提出搭载新型滑模趋近律的滑模速度控制器的方法。该方法采用积分滑模面代替传统的滑模面,以提高速度误差值收敛到零的速度,将系统状态变量相关量引入趋近律中,增强系统的抗干扰能力。仿真结果表明,在电机带载启动、负载突变等情况下,提出的控制方法能够准确观测转子位置及转速,不仅能够克服转速超调的问题,而且能够有效抑制转矩和三相电流的脉动、减小滑模的固有抖振,具有良好的抗干扰能力和鲁棒性。

基于改进超螺旋算法的过热汽温滑模控制

针对火电机组过热汽温被控对象的大惯性、大迟延及动态模型随负荷变化而变化等特性,将滑模变结构控制应用到串级过热汽温系统中。为了减小外部扰动带来的稳态误差和减弱滑模存在的抖振现象,引入积分环节,并采用改进超螺旋算法来代替切换控制,设计了一种新型滑模控制方法。同时在Simulink仿真工具下对过热汽温系统的高阶模型进行阶跃响应、模型参数失配和鲁棒性仿真试验。结果表明:与一般串级PID控制相比,本文方法的控制动态性能效果更好,调节时间和超调量得到显著改善,鲁棒性更强。

基于模糊自适应滑模动量观测器的机械臂外力矩估计

为实现机械臂与未知环境之间交互作用力的估计,提出基于模糊自适应滑模动量观测器的外力矩观测方法。采用牛顿-欧拉方法对机械臂动力学进行建模,利用最小参数集辨识得到机械臂精确的动力学模型。以动力学模型为基础,建立基于广义动量和超螺旋滑模算法的机械臂外力矩观测器。为降低滑动模态带来的抖振影响,利用模糊逻辑规则设计具有自适应调节能力的滑模增益。在六轴工业机器人上进行实验验证,结果表明所提出的观测方法具有有限时间收敛特性,可有效实现在无力/力矩传感器情况下的机械臂外力矩估计。

基于综合学习粒子群算法的PMSM滑模观测器设计

设计了一种基于改进综合学习粒子群算法优化的PMSM观测器。在静止两相参考系中建立PMSM的数学模型,用改进粒子群算法优化的超螺旋算法观测电机反电动势值,并采用软件锁相环结构估算电机的转速及转子角位置。实验结果表明,所提策略能准确地估计出转子转速及磁通角,且能够在抱闸释放瞬间输出理想的电磁转矩。

永磁同步电机抗扰高阶滑模观测器设计

永磁同步电机高精度矢量控制需要准确的电机转速与转子位置信息。考虑到传统观测器中的参数摄动和抖振现象,在保持算法简单、易实现的基础上,将一种基于高阶滑模的超螺旋方法引入到永磁电机观测器的设计中。通过非线性方法证明了电机在一定条件下的可观测性,充分考虑实际系统中参数变化的影响,在静止两相坐标系上建立相应的数学模型,设计超螺旋算法观测电机反电动势值,并采用软件锁相环结构估算电机的速度。理论上验证了该算法的稳定性和有限时间收敛性。实验结果表明,所提出的观测器具有良好的跟踪性能,对电机参数摄动有很强的鲁棒性。

基于超螺旋算法的永磁同步电机无传感器控制策略

针对传统永磁同步电机无传感器控制系统观测精度不高和超调抖振频发等问题,提出一种基于超螺旋滑模算法的无传感器控制策略。用超螺旋函数构造超螺旋滑模观测器提高反电动势估算精度,同时,结合锁相环策略估算转子位置和速度信息,避免相位延迟和相位补偿过程中的误差。在此基础上,设计基于超螺旋算法转速滑模控制器,进一步抑制系统超调抖振。仿真结果表明,在电机空载启动、外加扰动等情况下,该策略能准确估算转子的位置和转速,同时降低超调抖振,提高系统抗扰动性。

超高速飞行器自适应模糊超螺旋控制律设计

针对超高速飞行器多源扰动下高精强鲁棒控制需求,提出了一种自适应模糊超螺旋控制律。首先,给出控制导向的超高速飞行器姿态模型;其次,采用广义超螺旋算法设计控制器,实现滑模变量与跟踪误差的高精收敛;同时,引入高阶齐次观测器估计飞行器复杂扰动,并在控制律中做前馈补偿以提高算法鲁棒性。针对控制增益选取问题,基于模糊算法,通过融合专家经验,建立控制增益与滑模变量直接关联。相较传统自适应方法,该自适应律可实现控制增益快速调节整定,同时兼顾系统响应速度、鲁棒性与抖振抑制需求。最后,以考虑复杂多源干扰的超高速飞行器为对象进行仿真,结果证明了自适应模糊超螺旋控制律的有效性。

基于神经网络状态观测器的反演控制在双关节机械手控制中的应用

提出了一种基于改进的BP神经网络的自适应状态观测器,该类观测器无需系统的精确模型即可得到收敛于真实状态的状态观测值。利用Lyapunov直接法分析了基于状态输出误差的状态观测器的稳定性。然后,将状态观测器与反演控制器分开设计,以实现观测器得到的速度估计值代替实际速度,避免了实际应用中对速度信号的测量。最后通过对二关节机械手系统的仿真与比较,说明该控制方法的有效性。

基于RBFNN观测器的车辆非线性悬架预测控制方法

传统车辆非线性悬架预测控制方法存在车身垂直加速度和能量消耗较大、悬架动扰度和车轮动载荷较高问题,悬架控制效果不理想。于是提出基于RBFNN观测器的车辆非线性悬架预测控制方法。构建四分之一非线性悬架模型,通过改进粒子群算法中的数据聚类和参数辨识,构建线性非段仿射(PWA)模型。结合RBFNN观测器和多模型控制理论研究PWA模型的滚动时域优化控制问题,获取最优控制信号,实现车辆非线性悬架预测控制。仿真结果表明,所提方法能够有效降低车身垂直加速度和能量消耗,悬架动扰度和车轮动载荷均较低。

采用干扰观测器智能PID的电磁炒药机温度控制系统设计

针对阿胶珠炮制对电磁炒药机温度控制精度和响应速度的要求,提出了一种基于干扰观测器的改进粒子群优化(PSO)径向基函数神经网络(RBFNN)PID的控制方法。根据阿胶珠电磁炒药机结构,建立阿胶珠电磁炒药机温度控制系统数学模型,通过对控制系统结构分析,构建RBF神经网络结构。利用RBF神经网络的自学习能力,采用梯度下降法对自身参数进行适当调整,实现PID参数动态调整,使系统惯性和时滞性有效抑制。为降低外部干扰影响,分析并构建干扰观测器模型,使干扰量得到实时观测和有效补偿。为弥补RBF神经网络模型参数精度不足,以系统误差瞬时值为适应度函数,利用改进PSO算法对RBF神经网络模型参数寻优,获取最佳控制性能。仿真结果表明:与传统PID控制方法和RBFNN-PID控制方法相比,所提控制方法使调节时间分别减少35 s和19 s,超调量分别降低19.2%和13.1%;与无干扰观测器相比,所提控制方法对外部干扰抑制能力平均提高50%;所提控制方法满足阿胶珠炮制工艺的要求。

基于滑模观测器的交流异步电机预设性能位置跟踪控制

针对存在匹配/非匹配扰动的交流异步电机位置跟踪控制问题,提出一种基于滑模观测器(sliding mode observer,SMO)的预设性能控制方法。首先,设计一种基于改进指数趋近律的SMO,削弱了常规滑模观测器存在的抖振现象,实现了对电机转子磁链准确的观测估计;其次,将模糊自适应方法与约束处理策略相结合,分别完成交流异步电机位置和磁链预设性能控制器的设计,保证了系统预先设定的瞬态和稳态性能,实现了对系统给定值有效的跟踪控制;再次,采用改进的粒子群优化(improved particle swarm optimization,IPSO)算法对控制器参数进行优化设计,有效地提高了系统的收敛速度和稳态精度。理论分析表明,系统的位置跟踪误差和磁链跟踪误差不会超过预定的边界,且闭环系统的所有状态都是有界的。最后,通过仿真和模拟实验对比研究,验证了该文所提方法的有效性和可行性。

基于模糊超螺旋滑模算法的电动汽车永磁同步电机无速度传感器

针对传统超螺旋滑模算法(Super Twisting Sliding Mode Control,STSMO)永磁同步电机(PMSM)无速度传感器存在的转速抖动和鲁棒性差问题,提出超螺旋算法与模糊控制相结合的永磁同步电机转速观测方法,并进行仿真试验.运用模糊规则解决超螺旋算法中边界函数上界获取困难的问题;利用模糊算法输出增益,提高系统鲁棒性,抑制抖动.仿真试验表明:应用该算法,控制系统的超调量为4%,滞后时间约为0.0029 ms,调节时间为0.015 s.该算法具有收敛速度快、抖振小、估算精度高等优点.

基于状态观测器的分数阶混沌系统的同步

研究了具有外部干扰的分数阶混沌系统同步问题。针对系统中存在的外部干扰,采用分数阶超螺旋算法设计了状态观测器逼近不确定响应系统,基于观测系统和分数阶系统稳定性理论设计了控制器,实现了不确定分数阶混沌系统的同步,给出了数学证明过程。最后以分数阶R?ssler系统为例进行仿真,仿真结果表明了本文所研究方法的可行性和有效性。