永磁直线同步伺服系统采用神经网络实现的实时IP位置控制器的在线设计

针对永磁直线同步电机ＰＭＬＳＭ 伺服系统中的诸多不确定性问题， 提出了采用神经网络来实现实时积分－ 比例ＩＰ 位置控制器的在线设计。本文所提出的神经网络结构合理、简单，权值具有明确物理意义和可以在线快速调整的特点， 以便进行实时控制。用由递推最小二乘估计器ＲＬＳ和负载扰动力观测器构成的估计器来估计动子质量、粘滞摩擦系数和负载扰动力。将观测的负载扰动力前馈， 进一步增强系统的鲁棒性。

基于滑模观测器的永磁直线同步伺服系统

针对永磁直线同步电机伺服系统,提出滑模速度观测器和P-IP位置控制策略,来实现参考位置信号的跟踪控制。详细分析了滑模速度观测器的模型结构,给出观测器增益值的确定方法和速度观测算法。详细分析了P-IP控制器的结构和参数确定方法。采用高性能DS1103控制器作为控制核心,搭建永磁直线伺服系统。实验结果表明,滑模观测器能够准确观测动子直线速度和位置,所提出的位置控制系统具有准确的跟踪能力,对外部扰动具有很强的鲁棒性。

高精度永磁直线同步伺服系统鲁棒位置控制器的设计

介绍了高精度、微进给永磁直线交流同步电机 (PMLSM )驱动系统鲁棒位置控制器的设计 .首先 ,在空载情况下 ,由静态实验获得非线性摩擦系数模型 ,通过前馈摩擦补偿器补偿非线性摩擦 .其次 ,由递推最小二乘估计器RLS和负载扰动力观测器构成的估计器 ,用它来估计动子质量、粘滞摩擦系数和负载扰动力 .设计积分 比例IP位置控制器以满足跟踪指令和抑制扰动 .将观测的负载扰动力前馈 。

永磁直线同步伺服系统混合递归模糊神经网络控制

针对直线电机易受诸多不确定因素的影响,提出了采用递归模糊神经网络和扰动观测器的控制方案。系统采用 IP 位置控制器;扰动观测器将所观测的扰动力前馈,提高了系统的抗干扰能力。为改善系统受到突加减扰动时的伺服性能,引进了递归模糊神经网络补偿器,采用动态反馈学习算法,在线调整。仿真结果表明,该控制方案可以有效增强系统的鲁棒性。

基于扩展卡尔曼滤波辨识永磁同步直线伺服系统的负载惯量参数

针对目前永磁同步直线电机带柔性负载产生谐振频率的辨识问题,提出通过使用非线性扩展卡尔曼滤波器(EKF)辨识负载惯量进行对谐振频率的计算。首先建立电机-柔性连接-负载的二质量系统模型;其次在系统模型上搭建EKF算法,重点研究EKF算法在二质量系统模型中状态方程与量测方程的建立。建立EKF二质量系统仿真模型,并进行仿真实验;最后将EKF算法应用在永磁同步直线电机系统之中进行辨识,实现对永磁同步直线电机带柔性负载的负载惯量辨识,根据仿真验证能在0.1 s以内辨识0.1 kg*m 2负载惯量。在惯量变换时能够实时修正辨识结果,辨识误差小于1%。

基于变增益自抗扰控制的永磁同步直线电机位置伺服系统

为提高永磁同步直线电机(PMLSM)位置控制系统的跟踪性能和抗干扰能力,本文提出了基于变增益自抗扰控制的PMLSM位置伺服系统。首先,采用正切sigmoid函数设计改进微分跟踪器(ITD),提高系统的跟踪性能,并使用终端吸引子函数降低由高频信号引起的颤振现象,使得ITD抑制噪声能力更强;在扩展状态观测器(ESO)的增益项中设计变增益误差校正函数,并将其引入到非线性误差控制律(NLSEF)中,和ITD一起构成了变增益自抗扰控制器,以减小初始峰值误差,进一步提高系统的跟踪精度和抗干扰性能。仿真和实验结果可以看出,与传统ADRC相比,新方法的响应时间加快了0.65 s,突加负载时调节时间减小了0.16 s,位置跌落值减小了96.3%,可有效提高PMLSM位置伺服系统的动态性能、鲁棒性以及运行可靠性。

梯形Halbach交替极无铁心永磁同步直线电机特性分析与优化设计

针对无铁心永磁同步直线电机(PMLSM)存在推力波动问题以及磁极结构对永磁体利用率的影响,从结构方面着手,提出一种梯形Halbach交替极磁极结构的无铁心永磁同步直线电机,对Halbach阵列进行优化设计。首先通过有限元法对比在Halbach交替极、双层Halbach磁极与梯形Halbach交替极3种磁极结构中PMLSM的电磁性能,分别对气隙磁场谐波成分、空载反电动势、电磁推力以及推力体积比进行计算与对比。其次,采用等效磁化强度法定性分析磁极结构对电机出力性能的影响,并引入Kriging模型,结合多目标优化算法对关键参数进行优化以提高电机平均推力和推力体积比,降低推力波动,得到3个优化目标的Pareto前沿。最后,通过仿真分析验证设计方法的有效性以及电机性能的改善。结果表明:梯形Halbach交替极磁极结构永磁体利用率更高,具有实用价值;梯形Halbach交替极PMLSM能够有效抑制推力波动并保持在7%左右,适用于高精确度加工设备。

永磁直线伺服系统终端互补滑模位置控制

为了解决永磁直线同步电机(PMLSM)直驱伺服系统易受端部效应、非线性摩擦以及外部扰动等不确定因素影响的问题,提出一种将互补滑模控制(CSMC)与终端滑模控制(TSMC)相结合的终端互补滑模控制(TCSMC)方法。首先,建立具有不确定因素的PMLSM动态模型。其次,将广义滑模面与互补滑模面相结合,同时利用饱和函数替换切换函数设计CSMC,与传统的滑模控制相比,其跟踪误差减半,能有效削弱抖振。为了进一步提高系统的收敛速度,在互补滑模面中引入终端项,设计TCSMC,使得系统在CMSC减少系统误差的基础上,进一步提高控制性能。最后,通过理论分析,证明控制器的稳定性,系统实验表明,与CSMC和TSMC相比,TCSMC不但提高了系统收敛速度和控制精度,削弱了抖振现象,而且明显增强了系统的鲁棒性。

永磁直线同步电机改进预测电流控制

永磁直线同步电机(PMLSM)预测电流控制(PCC)时存在易受参数变化和延迟以及负载扰动影响,为此提出基于二阶超螺旋滑模观测器(STSMO)的改进型PCC。首先,建立包含不确定性的PMLSM动态数学模型。然后,为了补偿参数变化以及延迟的影响,采用二阶STSMO估计下一周期的电流和参数变化造成的扰动电压,估计值用以计算下一周期的给定电压,以提高电流跟踪精确度,通过李雅普诺夫函数证明观测器的稳定性。同时,采用基于改进指数趋近律的自适应滑模控制器(ASMC)对速度进行跟踪,将状态变量和滑模面加入到指数趋近律中,不仅削弱了电流抖振,且进一步提升了系统的鲁棒性。半实物仿真实验结果表明,与传统PCC相比,提出方法能有效地抑制不确定性对系统影响,使系统具有更好的跟踪性能和鲁棒性。

永磁同步直线电机的矢量控制

由于旋转电机加滚珠丝杠的传统机械结构加入了中间传动环节,无法进一步提升使用性能,研究了永磁同步直线电动机矢量控制算法.针对永磁同步直线电动机开展矢量控制算法分析以及验证工作,在矢量控制系统框架下进行了硬件搭建与软件设计,搭建了永磁同步直线电机矢量控制验证平台,测试核心算法,经过试验,设计的软/硬件能够对永磁同步直线电机进行有效控制,有较好的鲁棒性.

基于复合控制的永磁同步电机伺服系统设计

由于传统的三环控制方法已不能满足伺服系统快速响应和高精度的要求,提出一种微分前馈和位置环带微分项的负反馈相结合的复合控制策略。针对负载扰动问题,设计带状态反馈误差微分项的负载转矩观测器。实验与仿真表明:该控制策略的跟踪精度更高,响应速度更快,抗负载能力更强。

模块化永磁直线同步电机考虑制造公差的推力鲁棒性优化

模块化永磁直线同步电机(MPMLSM)具有效率与推力密度高、可靠性和可加工性好等优点,非常适用于长行程运输系统;缺点是批量生产中性能易受到加工公差的影响。针对这一问题,该文提出了一种考虑制造公差的综合多目标鲁棒优化设计方法。首先,基于六西格玛设计方法建立了鲁棒优化模型;其次,采用拉丁超立方采样方法在尺寸公差范围内根据正态分布规律进行抽样,模拟大规模生产时电机尺寸受公差影响可能会出现的各种变化;再次,在尺寸优化范围内均匀抽样构成足够的训练样本,由有限元软件仿真这些抽样方案的推力性能,并基于反向传播神经网络建立电机设计代理模型;然后,应用该代理模型对拉丁超立方采样得到的样本进行电机性能的计算,求解样本整体对应的各优化目标的均值与方差,进而计算多目标优化的适应度;最后,采用非支配排序遗传算法Ⅱ进行全局优化,得到鲁棒优化方案,与不考虑公差的确定性优化方案相比,验证了该方法的有效性。鲁棒优化方案虽然略微增加了电机体积和推力波动,但是其失效概率低,受公差影响小,更加符合产品批量生产过程中的质量要求。

高精度永磁直线同步电动机伺服系统鲁棒位置控制器的设计

详细地介绍了高精度、微进给永磁直线交流同步电动机（ＰＭＬＳＭ）驱动系统鲁棒位置控制器的设计。首先，在空载情况下，由静态实验获得非线性摩擦系数模型，通过前馈摩擦补偿器补偿非线性摩擦。其次，由递推最小二乘估计器ＲＬＳ和负载扰动力观测器构成的估计器，估计动子质量、粘滞摩擦系数和负载扰动力。设计积分—比例ＩＰ位置控制器以满足跟踪指令和抑制扰动。将观测的负载扰动力前馈，进一步增强系统的鲁棒性。

永磁同步直线伺服系统的纹波推力补偿

针对纹波推力对永磁同步直线伺服系统的影响,提出了一种纹波推力补偿策略:基于纹波推力自适应补偿的永磁同步直线伺服系统位置控制。在这种控制策略中,首先采用快速傅里叶变换分析推力电流来离线提取纹波推力的特征频率,有利于纹波推力数学模型的简化,再通过递推最小二乘算法在线辨识纹波推力的模型参数,结合纹波推力的特征频率和模型参数,动态地实现了纹波推力的精确估计,最后将纹波推力估计模型直接作用于永磁同步直线伺服系统,对推力电流进行前馈补偿控制,从而实时抑制纹波推力。实验结果表明,采用所提的补偿策略,最大位置跟踪波动误差从补偿前的50μm左右下降到补偿后的不足20μm,位置控制性能得到明显改善,对高性能永磁同步直线伺服系统的抗扰动策略研究具有重要的理论和现实意义。

自适应神经元实现的直线永磁同步电机伺服系统的预见前馈补偿

介绍了高精度微进给直线永磁同步电机伺服系统的 IP位置控制 ,提出了对该系统的最优预见前馈补偿 ,以提高系统的跟踪性能。为了能适应系统参数的变化 ,采用自适应神经元来实现预见前馈补偿。自适应神经元的输入向量为预见步数 ,权值为预见前馈系数 ,权值具有明确的物理意义 ,而且权的初始值不是随机数 ,而是系统在额定情况下算出的预见前馈系数 ,从而加快了神经元的调整速度 ,提高了系统的跟踪能力。

直线永磁同步伺服系统的滑模-神经网络控制

针对直接驱动的直线永磁同步伺服系统,提出一种基于滑模控制和神经网络控制相结合的双自由度控制策略。滑模输入控制器保证了系统对给定的快速跟踪性能;神经网络输出反馈控制器对系统参数摄动和外在阻力变化进行抑制,并削弱了滑模控制引起的系统抖振。该控制策略很好地解决了直线永磁同步伺服系统的跟踪性能和鲁棒性能之间的矛盾。仿真结果表明该方案在保证伺服系统快速性的同时,对参数摄动和阻力扰动(尤其是非线性时变扰动)具有很好的鲁棒性。

分段式双三相永磁直线同步电机的无模型电流预测控制

分段式结构的双三相永磁直线同步电机(PMLSM),动子穿入和穿出定子分段时,传统的无差拍预测电流控制(DPCC)易受反电动势动态扰动的影响,无法实现精确的电流跟踪和推力控制。同时,该电机模型的参数失配会增大DPCC电流和推力控制的难度。针对以上问题,该文提出了一种基于无模型电流预测控制(MFPCC)的电流控制策略。首先,构建了分段式双三相PMLSM的超局部模型。其次,基于该超局部模型设计了预测电流控制器,并设计扰动观测器以补偿反电动势动态扰动和参数失配的影响。最后,实验验证了所提MFPCC能够抑制分段式双三相PMLSM的反电动势和参数失配的扰动,有效提升参数鲁棒性、电流跟踪性能并降低推力波动。

基于改进型速度滑模控制器的永磁直线同步电机伺服系统

针对微分滑模控制降低系统稳定性和滑模控制固有的抖振问题,并对变指数趋近律滑模控制存在的不足进行改进,研究了一种新型积分滑模控制器,并将它应用于永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统的速度环控制中。通过MATLAB/Simulink及MATLAB编程搭建PMLSM伺服系统仿真模型。仿真结果表明,与传统PI和变指数滑模控制相比,新型滑模变结构控制器不仅能有效抑制滑模变结构的抖振,还增强了控制系统的快速性和鲁棒性。这为进入下一步系统平台试验提供了理论和仿真依据。

基于混合自适应扩展卡尔曼滤波的永磁同步直线电机等效机械参数辨识策略

针对机械参数辨识精度受推力系数波动影响而降低的问题,提出等效机械参数模型,将推力系数与待辨识参数相结合,并推导该模型在控制器调谐和前馈补偿上与传统模型的等效性。为了进一步实现等效机械参数在线辨识,构建基于混合自适应扩展卡尔曼滤波的辨识器。混合自适应扩展卡尔曼滤波在系统噪声矩阵和渐消因子中加入自适应机制,能够估计系统噪声,并在负载突变时快速收敛。通过对系统可观性和矩阵正定性的推导,证明算法的稳定性。最后,在一台永磁同步直线电机上进行实验,验证所提算法的有效性及其在PWM周期为32 kHz和10 kHz时在线运行的可行性。

永磁同步直线电动机位置伺服系统矢量控制

采用矢量控制方法构建永磁同步直线电动机位置伺服系统,并利用SVPWM技术中对两种不同空间矢量合成,进行PWM波的谐波分析。给出了磁场定向矢量控制的软件实现思路,介绍了以IR2130为驱动芯片的驱动电路硬件原理。实验结果表明,该直线电动机位置伺服系统控制效果良好。