基于EKF-LESO级联观测的永磁直线同步电机无传感器线性自抗扰控制

为克服永磁直线同步电机(Permanent-Magnet Linear Synchronous Motor, PMLSM)敏感扰动、易受噪声影响诱发抖振的不足,摆脱位置传感器对电机伺服系统的束缚,构建了一种以线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Control, LADRC)为核心、扩展卡尔曼滤波算法(Extended Kalman Filter, EKF)和线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer, LESO)级联观测的PMLSM无传感器矢量控制系统。首先从理论上分析了控制系统的误差来源,通过推导得出在输入量测信号存在慢时变偏差的情况下,LESO对除第1阶和第n+1阶外的"中阶"状态进行观测时观测精度不受影响的结论;进而以此为依据,提出了EKF+LESO的级联观测方式,搭建了无传感器位置环自抗扰控制系统。通过仿真对LESO的容错性、对控制系统的跟随能力和噪声抑制能力进行了验证,实验结果则进一步表明,所设计系统能够准确实现直线电机的速度观测,系统运行平稳,具有较好的实用性。

基于随机算法的级联车速观测器设计

为降低复杂轮胎模型带来的运算负担,首先在数据/机理混合描述的轮胎模型的基础上得到车辆动力学描述并进行了模型验证。然后,采用模块化估计策略,设计非线性级联车速观测器,并利用随机算法对级联车速观测器参数及增益选取进行了讨论。为验证车速观测器的估计效果,在车辆运行的常规和极限工况下进行了仿真研究,并与降阶车速观测器方法及高精度车辆动力学模型进行了对比研究。结果表明,采用随机算法得到的级联车速观测器参数和增益可获得较好的估计效果,同时,采用数据/机理混合建模方法设计观测器可得到较快的计算速度。

基于级联扩展状态观测器和新型滑模的PMSM控制

为了缩短永磁同步电机的响应时间,提高系统的动态性能、稳态精度和系统鲁棒性,设计了一种级联扩展状态观测器和自适应非奇异快速终端滑模控制相结合的控制系统。首先,基于电机数学模型,建立了级联扩展状态观测器,能够准确地观测和补偿扰动,优化了系统的动态性能、稳态精度和鲁棒性;其次,在速度环设计了新型非奇异快速终端滑模面和趋近率,能够有效地抑制PI控制中的转速超调和抖振现象,实现快速收敛;在控制器设计中,考虑到观测器估计误差是未知的,因此设计了一种自适应律,用以调整未知的估计参数;最后,对所提出的控制策略进行了严格的稳定性分析。仿真结果表明,与传统控制方法相比,转速超调抑制能力提升为9.6%,同时转速快速响应能力提升0.045 s,具有优异的速度动态性能和抗干扰能力,提高了系统的性能。

带有大输出时滞的ODE–热方程级联系统的观测器设计

为了估计系统的状态并补偿输出时滞,本文提出一种新颖的观测器设计方法应用在常微分方程(ODE)-热方程级联系统中.不同于传统观测器的设计方法,该方法的核心思想是将大时滞划分为若干段小时滞,再设计一串级联的子观测器逐步地估计系统的状态.这种方法的优势在于对于大时滞仍有效.本文通过backstepping-like方法实现了原系统与目标系统的等价变换,结合Lyapunov-Krasovskii方法和线性矩阵不等式理论,得到了误差系统指数稳定的结果.最后,通过仿真实例验证了级联观测器的有效性.

基于级联扩张观测器的永磁电机无传感器自抗扰控制策略

针对永磁电机矢量控制系统安装位置传感器导致可靠性降低、抗干扰能力下降等问题,采用高频脉冲电压信号注入法实现电机在零低速无传感器控制运行。在此基础上,为了改善无传感器系统采用传统控制方法导致系统刚度下降的问题,该文提出一种改进的转速环线性自抗扰控制策略,利用级联的扩张状态观测器估计系统所受的集总扰动,减小传统线性扩张状态观测器对于斜坡型扰动的估计误差,以提高系统对扰动的估计精度,增强鲁棒性。最后,在7.5kW永磁电机对拖加载实验平台进行实验,验证了控制策略的有效性。

改进扩张状态观测器的PMSM自抗扰控制策略

为增强永磁同步电机伺服系统对负载扰动、电机参数摄动等工况的鲁棒性,提出一种改进自抗扰速度环控制策略。设计级联非线性扩张状态观测器估计系统总扰动,NESO1观测系统扰动,NESO2将NESO1观测扰动作为已知部分观测剩余扰动,减小传统非线性扩张状态观测器对扰动的观测误差。针对传统非线性fal函数存在拐点不光滑连续,易导致系统震颤的问题,设计一种newfal非线性函数并应用到级联NESO的改进结构中。基于MATLAB/Simulink平台搭建模型,仿真结果表明改进自抗扰控制对速度变化、负载扰动、参数摄动等具有较强的鲁棒性。newfal-CADRC相较于传统ADRC速度稳态误差、负载突变变化值以及恢复时间分别减少约36%、59%、66%。最后在1 kW的实际系统平台上进行验证。综合仿真和实物实验,充分证明了改进的控制策略对负载扰动、斜坡负载扰动具有较好的鲁棒性,对参数摄动、噪声影响具有较好的抵抗能力。

基于级联线性-非线性自抗扰控制器的永磁直线同步电机速度控制策略研究

为了提升永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)在负载变化、参数摄动和其他不确定因素下的抗扰性能和速度跟踪性能,提出一种基于级联线性-非线性自抗扰控制器的PMLSM速度控制策略。首先,建立考虑负载扰动和参数失配的PMLSM数学模型;其次,设计级联线性-非线性扩张状态观测器来实时估计和补偿系统所受的不确定扰动,前级线性扩张状态观测器保证系统在大扰动下保持稳定,后级非线性扩张状态观测器利用非线性机制进一步提高系统对扰动的估计精度,从而将线性自抗扰控制和非线性自抗扰控制的优势相结合,以此提升系统的速度跟踪性能和抗扰动能力;并且,对所提控制器提出基于劳斯判据的稳定性分析方法,并对系统的抗扰性能和噪声抑制性能进行了频域分析;最后,对基于PI控制、级联线性自抗扰控制、非线性自抗扰控制和级联线性-非线性自抗扰控制的永磁直线同步电机系统进行仿真和实验对比,验证所提方法的优越性。

基于重构观测样本的时变MIMO信道估计

在假设信道为连续平坦衰落的条件下,提出两种基于重构观测样本的MIMO信道估计方法,一种是基于累加观测样本序列AONSS(Accumulative Observed Noisy Signal Sequence)的方法,另一种是基于级联观测样本序列CONSS(Reconnected Obserred Noisy signal Sequence)的方法。仿真结果表明:在信道时变情况下,本文提出的基于重构观测样本的信道估计方法是切实可行的,为深入研究MIMO通信系统下的基于重构观测样本的信道估计提供了一种新的思路和途径。

基于滑模观测器的无人推力矢量飞机反步容错控制

针对无人推力矢量飞机,设计了基于滑模观测器的反步容错控制。首先提出执行器故障模型,并将本体方程分为快、慢回路,建立包含不确定性、舵面故障和执行器故障的无人推力矢量飞机故障模型,然后设计包含高阶滑模观测器及不连续投影自适应律的级联观测器实现补偿不确定性和舵面故障的状态估计,并通过滑模观测器实现故障辨识和故障参数估计,最后结合状态估计及故障参数实现包容不确定性,舵面故障和执行器故障的全局反步容错控制。大迎角机动仿真表明所提方法能够有效实现无人推力矢量飞机的全局容错控制。

电磁悬浮系统的改进线性自抗扰控制方法

单点电磁悬浮系统是常导电磁磁浮列车悬浮系统的关键控制单元。针对单点电磁悬浮系统因强干扰影响导致控制性能下降的问题,提出了一种改进型线性自抗扰控制(LADRC)方法。首先,基于电磁悬浮结构及原理建立了单点悬浮系统线性化模型,并对系统稳定性进行了分析。其次,基于自抗扰控制方法设计位置外环控制器以及基于PI调节器的电流内环控制器,对线性扩张状态观测器进行改进,设计两级级联的线性扩张状态观测器提高扰动估计精确度及速度,进而提高LADRC中扩张状态观测器对系统扰动的估计能力,并在频域上分析了改进型LADRC扰动估计性能和抑制能力的优越性。最后,搭建实验环境,对改进线性自抗扰控制方法的有效性进行验证。实验结果表明,所提的改进型LADRC不仅具有良好的位置跟踪性能,同时相比传统LADRC具有更强的抗扰动能力。

基于双层CESO的电液伺服系统线性自抗扰控制

针对含高频噪声的阀控非对称缸不确定扰动抑制问题,采用扰动频率分层技术,利用线性扩张状态观测器低通滤波特性以及扰动估计速度和精度与带宽取值正相关性的特点,提出一种基于双层级联扩张状态观测器的阀控非对称缸电液伺服系统线性自抗扰方法。在分析双层级联线性扩张状态观测器稳定性基础上,与传统线性自抗扰控制方法进行了仿真对比研究。仿真结果表明:该控制方法继承了传统自抗扰控制优点,提高了不确定扰动估计速度和精度,有效抑制了含高频测量噪声不确定扰动带来的不利影响,可实现阀控非对称缸电液伺服系统的高性能控制。

双极性直流微电网的改进型高阶滑模自抗扰控制

针对双极性直流微电网中分布式新能源的系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素所引起母线电压波动问题,以基于风光互补含混合储能的双极性直流微电网为研究对象,提出一种双闭环改进型高阶滑模自抗扰控制策略。首先,依据自抗扰理论将控制系统拟合为一阶系统模型,转化为自抗扰控制系统范式。其次,设计了改进型超螺旋滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器,引入了具有快速收敛性的级联有限时间扩张状态观测器代替线性扩张状态观测器,既能通过高阶滑模控制算法抑制抖振,又能提高对系统集总扰动的估计精度,从而利用非线性控制策略的优势改善系统动态响应过程及抗扰性能。然后,通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件以及搭建实验平台对3种不同控制策略进行对比验证,实验表明所提控制能够很好地抵抗扰动和提高系统的暂态性能。

混合储能系统增强型自抗扰协调控制

针对复杂扰动下微电网难以实现理想动态问题,依据分频框架和线性自抗扰控制(LADRC)理论,提出一种混合储能增强型自抗扰协调控制策略。该方案在外环中引入级联型线性扩张状态观测器(LESO)以输出理想的波动平抑指令,提高抗扰性。同时,在内环的自抗扰控制律中引入参考微分前馈以优化对外环输出指令的跟踪能力,进而改善动态性能。基于理论分析,从扰动观测精度、参考跟踪误差、扰动衰减等方面分析增强型自抗扰协调控制的优越性,并为参数整定提供指导思想。最后,在半实物仿真平台上对所提策略的性能进行对比测试,验证其可行性和有效性。

基于混合储能的光储直流微网改进型滑模自抗扰控制

针对光储直流微网混合储能系统在光伏输出波动、负荷波动等大扰动下导致的母线电压稳定性差和系统响应速度慢等问题,提出一种兼顾母线电压稳定和响应速度的改进型滑模自抗扰控制策略。首先,针对一级观测器扰动估计能力有限问题,引入第二级观测器进行观测补偿,并将级联观测器对总扰动的估计值反馈到控制器进行消除。其次,针对原有的非线性控制器响应速度慢、鲁棒性差等问题,设计非奇异快速终端滑模控制进行优化,利用混合储能单元特性,分别补偿高低频分量,来提高系统的响应速度;并根据巴尔巴辛定理以及李雅普诺夫准则证明了所设计控制器的稳定性。最后,基于Matlab仿真平台与其他控制策略进行仿真对比,仿真结果验证了所提策略的有效性。

基于自适应预设性能的运载火箭姿态容错控制

针对存在模型不确定性、外部环境干扰及执行机构故障的运载火箭姿态容错控制问题,提出了一种自适应预设性能容错控制方法。首先,基于运载火箭姿态运动模型、执行机构故障模型及姿态跟踪误差模型,建立了运载火箭容错控制数学模型;然后,利用级联扩张状态观测器对总扰动进行观测补偿,并针对故障可能造成姿态跟踪误差突变的问题提出了一种固定时间收敛的自适应预设性能函数,设计了预设性能反步控制律,证明了闭环控制系统的稳定性;最后,通过数值仿真验证了该控制方法能在执行机构故障情况下确保姿态跟踪误差满足预设性能指标。

基于参数分离降阶谐波提取方法

谐波的提取在工程应用中是一个重要的问题,往往涉及到复杂的参数估计运算,会影响到谐波提取的速度和精度。提出一种基于参数分离降阶谐波提取方法,将信号源分解为特定谐波和干扰谐波,并转换为与频率相关的参数化形式。利用子观测器估计未知向量,可分别计算出这两部分谐波。重复以上步骤,通过级联观测器,逐步降阶提取相应频率的谐波,最终得到期望的标准正弦信号。该方法利用辅助函数直接建立频率与谐波分量的联系,可以减少待估计参数,使得观测器性能易于分析调节。利用李雅普诺夫理论给出了该算法的稳定性条件,仿真结果验证了级联观测器的有效性。

级联式滑模观测器的永磁同步电机鲁棒滑模控制

提出一种基于无速度传感器运行的永磁同步电机非线性控制方法.为了有效地估计转速和位置信息,构造一种新颖的级联式滑模速度观测器,以解决传统滑模观测采用低通滤波器的相位延迟问题.利用前级电流滑模观测器得到反电动势,后级反电动势滑模观测器获取转速和位置信息,利用李亚普诺夫理论进行稳定性分析.针对速度控制,提出利用带扩张状态观测器的滑模速度控制器取代PI调节器的方式提高系统的鲁棒性.仿真结果验证了所提出方法的有效性.

基于CESO的SIDO Buck-Boost变换器自抗扰控制策略

针对单电感双输出Buck-Boost变换器两输出支路va和vb间存在交叉影响,暂态性能差等问题,提出一种基于级联扩张状态观测器(CESO)的自抗扰控制(ADRC)策略.首先,根据ADRC理论将主路和支路分别拟合为相互独立的系统,减少支路间的交叉影响;其次,设计CESO对系统总扰动进行估计,消除因传统扩张状态观测器不完全估计而造成的观测残差,并利用CESO对电路传感器高频噪声的抑制作用,进一步提高观测值的估计精度;然后,将观测值作用于ADRC的状态误差反馈控制率,以提高系统的暂态性能;最后,利用Lyapunov理论证明了控制系统的闭环稳定性.仿真结果表明:本文所提控制策略有效减小了两输出支路va和vb间的交叉影响,同时提高了系统的暂态性能.

基于改进自抗扰控制的永磁同步电机位置控制策略

提出了一种变结构的线性自抗扰控制(LADRC)策略,以提高永磁同步电机双闭环(位置速度一体环、电流环)位置控制系统的抗扰动能力。首先,利用位置/速度曲线规划,将位置信号和速度信号联系到一起,从而替代跟踪微分器环节。然后,根据分数阶理论,改进LADRC中的PD控制策略,进一步提高系统鲁棒性。最后,引入级联线性扩展状态观测器,对系统扰动进行二次观测,提高对外部扰动的抑制能力。实验结果表明,相比于常规LADRC,在外部突加相同负载的情况下,位置误差波动减小了约80%,带载时q轴电流波动减小了约60%。所提控制策略能够提高系统的稳定性和抗扰动能力。

基于SMO的广义系统故障重构方法

根据滑模变结构控制理论,构造了SMO,提出了一种新的广义系统的级联滑模观测器设计和故障重构方法。通过定义积分变量,将传感器故障的诊断问题转化为执行器的诊断问题,基于Lyapunov稳定性理论证明r所设计的滑模观测器的稳定性,给出了稳定性的充分条件,观测器的设计可以通过求解LMI完成。在永磁同步电机中仿真结果证明了所提出方法的有效性和准确性。