二自由度SCARA机器人位置的端口受控哈密顿与反步法协调控制

针对二自由度SCARA机器人系统使用单一控制方法难以实现快速、精准的位置跟踪控制的问题,设计了基于端口受控哈密顿(PCH)与反步法的协调控制。PCH用于保证系统稳态性能,反步法用于保证系统快速性。采用指数函数作为协调函数以实现协调控制策略,从而适应二自由度SCARA机器人的轨迹跟踪控制。该SCARA机器人系统,既能够实现系统快速的跟踪位置信号,又能够提高系统的输出信号的稳态性能。仿真实验表明,当存在干扰时,采用PCH与反步法的协调控制的二自由度SCARA机器人位置跟踪系统能够有效地结合两者的优点,系统的动态性能和稳态性能优良,且能够很好地抵抗外部干扰。

基于端口受控哈密顿系统模型的带恒功率负载的Buck变换器控制

采用端口受控哈密顿系统方法和无源性控制理论,建立带恒功率负载的Buck变换器的哈密顿模型,分析了Buck变换器控制系统平衡点的稳定性问题,并设计了控制器。仿真结果表明,通过对控制器参数的适当调整,控制系统可以获得较好的动态和稳态性能。

基于自适应反步法和端口受控哈密顿理论的永磁同步电机控制

提出了一种基于自适应反步控制和端口受控哈密顿(PCH)系统理论的永磁同步电机(PMSM)速度控制方法。考虑电机负载扰动,提出了基于反步法的PMSM速度环自适应控制;然后将PMSM电磁子系统模型表示成哈密顿系统形式,根据PCH系统理论求得控制器。仿真结果表明,设计的控制方法能够快速达到期望的转速值,且具有较好的抗负载扰动能力。

端口受控哈密顿方法的电力双推进无人船航向航速控制

以电力双推进无人船航速航向控制为主要研究问题,使用永磁同步电机作为无人船螺旋桨的驱动电机,采用基于端口受控哈密顿(PCH)方法,有效的降低了系统损耗,使无人船驱动系统输出功率得到了优化。仿真结果表明,系统能较快达到稳定状态,实现了无人船的速度控制要求,提升了无人船系统的续航能力。

端口受控哈密顿方法的永磁同步电动机弱磁扩速

针对隐极永磁同步电动机的弱磁扩速问题,提出了一种基于端口受控哈密顿(PCH)的弱磁扩速非线性控制新方法。系统的平衡点采用分段式求取,在基速以下采用最大转矩/电流原理求出,在基速以上采用弱磁方法求出。对于工程中常见的负载转矩未知时的情况,设计了负载转矩观测器。仿真结果表明,系统的弱磁扩速效果好、速度响应快,具有良好的抑制负载转矩扰动能力。

基于端口受控哈密顿方法的永磁同步直线电机无源控制

针对面装式永磁同步直线电机(SPMSLM)在负载阻力已知恒定和未知的情况下,采用端口受控耗散哈密顿(PCHD)方法,对面装式永磁同步直线电机进行建模,给出了闭环期望哈密顿函数,并配置了期望的互联与阻尼矩阵,设计了系统的控制器,并且在负载阻力未知时,设计了观测器,然后分析了系统平衡点的稳定性。仿真结果表明文中所提出的方案对负载阻力已知恒定和未知的情况具有很好的位置跟踪性能、很好的抗扰性能和很强的鲁棒性。

端口受控耗散哈密顿的永磁同步电机转速稳定性分析与多系数化简

为解决端口受控耗散哈密顿系统的永磁同步电机设计过程中系数较多及稳定性等问题,将多系数映射到单系数的公式拟合技术应用到电机的数学建模中。开展了对系统稳定性的分析,建立了转矩和电流与系统稳定平衡点之间的关系,提出了单系数控制多系数的方法。在速度反馈的基础上对系统性能进行了评价,并开展了Simulink仿真试验。研究结果表明,所设计的控制器具有良好的稳定性与可控性。

基于端口受控耗散哈密顿系统模型的模块化多电平变换器无源反步环流抑制方法

模块化多电平变换器(MMC)应用于大功率可再生能源发电并网时,由于存在可再生能源的随机性波动、系统参数摄动和本身的非线性特性,采用传统矢量控制方法实现MMC环流抑制难以确保系统全局稳定运行和强鲁棒性能。针对这一问题,提出基于端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型的MMC无源反步环流抑制方法。在构建基于PCHD模型的MMC全局能量函数基础上,设计无源性控制器,通过能量函数整形,修正闭环系统的能量耗散和能量流动方式,使系统能量在期望平衡点取最小值,以实现系统全局渐进稳定。结合反步控制方法,消除不确定扰动与MMC系统参数摄动引起的跟踪误差,从而实现系统内、外扰动情形下环流二倍频分量的快速平抑。基于Matlab/Simulink的仿真结果与基于dSPACE的实验结果表明:所提无源反步环流抑制方法具有形式简单、无奇异点、暂态性能好的特点,同时能够确保系统全局稳定与强鲁棒性。

双馈感应电动机的状态误差端口哈密顿建模和控制

针对负载转矩已知和未知情况,本文采用端口受控哈密顿(port-controlled Hamiltonian,PCH)方法,分别研究了双馈感应电机(doubly-fed induction machine,DFIM)哈密顿建模与控制问题,建立了双馈感应电机的PCH模型,给出了期望的闭环系统PCH结构,选取了期望的闭环哈密顿函数,采用能量成形、阻尼注入和互联配置的方法设计出系统控制器,并且在负载转矩未知时设计负载转矩观测器。通过Matlab/simulink进行仿真验证,仿真结果表明,系统动态响应比较快,具有较好的稳态性能和速度跟踪性能。证明所提出的PCH控制方法是有效的。

矩阵变换器输入侧端口受控耗散哈密尔顿算子建模及无源控制

矩阵变换器无中间直流环节,易受电网扰动和负载扰动的影响.针对这一问题,本文设计了矩阵变换器输入侧无源性控制器以改善控制系统特性.首先,在直–交坐标系下建立输入侧的端口受控耗散哈密尔顿(port-controlled Hamiltonian with dissipation,PCHD)算子模型.然后,设计了基于互联和阻尼配置的无源性控制器,用来实现对输入电流快速准确的跟踪.重新配置了系统的平衡点,通过注入阻尼提高系统的收敛速度,并从理论上对闭环系统的渐进稳定性进行了分析.仿真结果表明,系统在非正常工况下仍能保证输入电流为正弦,相比传统偏差修正法,该控制策略具有更好的动态性能和抗干扰能力.

磁悬浮系统的哈密顿建模和无源控制

针对磁悬浮系统非线性特点,采用端口受控哈密顿系统理论与无源性控制原理研究磁悬浮系统的建模和控制。将磁悬浮看作能量变换装置,从能量平衡角度推导出单自由度磁悬浮系统的端口受控哈密顿模型。在哈密顿结构基础上,引入结构互联和阻尼配置,给出闭环系统期望的哈密顿函数,设计了磁悬浮系统的无源控制器。设计中直接采用哈密顿函数作为存贮函数,保证了数学严密性,且使系统在满足无源性的条件下达到要求的性能,具有明确的物理意义。仿真结果表明,系统能够快速响应,并且对负载的变化具有很强的抗干扰性能。

基于铜耗最小原则的混合磁路电机哈密顿速度控制

针对电机传统控制策略依赖模型精确性、对参数变化敏感等问题,从能量的观点出发,利用哈密顿能量系统理论来设计混合磁路电机的速度控制器。根据铜耗最小原则下的最优电流控制原理确定了系统期望的平衡点;利用互联和阻尼配置的方法,设计了系统在负载转矩已知时的速度控制器;并利用负载转矩估计器在线观测负载转矩,由此设计了系统在负载转矩未知时的速度控制器;同时给出了平衡点的稳定性分析。仿真结果验证了该控制策略具有较好的控制效果,对系统参数变化具有较好的鲁棒性。

永磁同步电动机的哈密顿最优控制系统

针对内埋式永磁同步电动机数学模型的非线性,基于非线性系统正交分解的端口受控哈密顿模型,采用能量成型与无源性的控制方法,设计了内埋式永磁同步电动机调速系统的控制器,并证明了该系统的稳定性。将速度控制问题转化为带阻尼系数的一阶微分方程求解问题,给出了阻尼系数的求取方法。进而提出了同时考虑逆变器电压约束和最大转矩/电流比控制的优化方法,为哈密顿控制器提供了期望平衡点。仿真结果表明该调速系统具有良好的控制性能。

永磁同步电机速度的滑模与哈密顿协调控制研究

针对永磁同步电机速度伺服系统单独使用滑模控制效果不佳的问题,本文设计了基于滑模和端口受控哈密顿协调控制方案。在dq同步旋转坐标系下,建立永磁同步电机的速度系统模型,给出了永磁同步电机速度的协调控制原理,通过定义滑模面设计滑模控制器,利用端口受控哈密顿控制方法的能量成形、互联配置和阻尼注入,设计了哈密顿控制器,同时将滑模控制和PCH控制方法相结合设计了协调控制策略,并用Matlab/Simulink对滑模与哈密顿协调控制的PMSM速度控制系统进行仿真验证。仿真结果表明,永磁同步电机的滑模与哈密顿协调控制系统有效结合了两者的优点,既能快速跟踪信号,又有较好的稳态性能和较强的稳定性。因此,该控制方法具有良好的控制性能和实际应用前景。

基于能量控制的机器人关节同步优化控制研究

针对移动机器人在高性能输出和长时间续航等方面的综合工作性能需求,提出一种针对机器人关节的多性能同步优化端口受控哈密顿能量控制方法。首先,建立机器人关节的数学模型和哈密顿能量控制模型,并推导出能方便采用模型代理优化算法的关节靶向能量传输系统模型;其次,搭建能量闭环控制器,与磁场矢量控制结合完成机器人关节的控制闭环,并设计了多性能同步优化控制策略使得机器人关节在保证运行输出能力的同时获得最长的续航能力。MATLAB/Simulink仿真结果表明,多性能同步优化端口受控哈密顿能量控制器使机器人关节拥有较好的输出稳定性,同步优化控制策略在与其他控制策略的输出能力和续航能力等多指标的综合对比分析中展现了优势。

双馈风力发电机的哈密顿系统建模与控制

针对双馈风力发电系统的控制目标,本文研究了风机特性及其数学模型,并采用端口受控哈密顿方法,研究了双馈风力发电机的哈密顿系统的建模与控制问题,建立了双馈感应发电机的端口受控哈密顿系统非线性模型,根据状态误差端口受控哈密顿的控制原理,选取了期望的闭环哈密顿能量函数,并利用系统互联和阻尼配置以及能量成形方法设计了双馈感应发电机控制器,最终实现了系统的最大风能追踪控制,定子电流频率的恒定以及对有功功率和无功功率的独立控制目标。通过Matlab/Simulink进行仿真验证,仿真结果表明,在该控制策略下,系统对期望转速有快速、精确的跟踪效果,实现了最大风能追踪控制、变速恒频控制,有功功率和无功功率的独立控制。该研究在双馈风力发电系统上有良好的控制效果,具有一定的应用前景。

采用哈密顿自适应状态观测器的永磁同步电机混沌系统参数辨识

针对永磁同步电机在运行中出现的混沌状态,提出了一种基于哈密顿自适应状态观测器的永磁同步电机混沌系统参数辨识方法,构造混沌系统的端口受控哈密顿系统模型,利用"扩张+反馈"思想,设计端口受控哈密顿系统的自适应状态观测器,在状态观测的过程中完成参数辨识。仿真验证了哈密顿模型能充分利用系统自身物理结构,所设计的状态观测器结构简单有效、易实现,能观察系统的内部结构和信息,实现高精度辨识。

参数不确定倒立摆系统的EPCH控制与扰动抑制

针对倒立摆(IP)系统中存在的参数不确定和外部扰动问题,设计了一种新的基于状态误差端口受控哈密顿(EPCH)的控制方法。基于开环端口受控哈密顿(PCH)模型,利用互联配置、阻尼注入和能量成形(ES)的方法,构造了IP系统闭环EPCH模型。针对IP系统中存在的参数不确定,采用自适应方法设计了自适应参数控制律。通过状态扩展的坐标变换方法,提出了一种新的PI控制律,抑制系统中出现的外部扰动。所提出的控制律都保持了闭环系统的PCH结构,保证了系统渐近稳定。仿真和实验结果表明,所提出的控制策略与PID控制方法相比,系统的稳态误差更小、抗扰动能力更强、鲁棒性更好。

多关节工业机器人BSMC与EPCH协同优化控制

为了解决多关节工业机器人无法同时具有优越的快速性与准确性的问题,提出了反步滑模控制(BSMC)与误差端口受控哈密顿(EPCH)控制的协同优化控制策略。首先,分别设计了BSMC控制器与EPCH控制器;其次,采用基于机器人关节位置误差的高斯函数作为协同优化控制系数,使系统在BSMC与EPCH之间进行平滑切换,且进一步设计了协同优化控制策略,使多关节工业机器人能够兼具BSMC控制器与EPCH控制器的优点;最后,仿真实验结果表明,所提出的控制策略可以使机器人关节伺服系统同时具有快速的动态响应速度和准确的跟踪精度。

基于双容液位系统的神经网络反步滑模与PCH协同控制

针对工业生产过程的实际需求,该文研究了具有参数不确定性和外部未知干扰的双容液位系统的控制问题。首先,设计了一种反步滑模控制策略(BSMC),以提高控制系统的速度;其次,利用神经网络(NN)逼近系统的非线性函数,以求解系统参数的不确定性和未建模的动态扰动;第三,设计了一种端口控制的哈密顿(PCH)控制策略,以保证控制系统的稳态控制精度;最后,提出了一种协同优化控制方法,它结合了这两种控制方法,充分发挥了神经网络反步滑模(NNBSMC)算法的快速性和PCH算法的高稳态精度。仿真结果表明,利用神经网络反步滑模控制和端口控制哈密顿协同优化控制(NNBSMC+PCH)可以使系统兼顾两种控制器的优点。