基于自适应PI模型的压电陶瓷驱动器精密定位方法

由于具备较高的定位精确度,压电陶瓷驱动器在超精密加工、微纳米测试等领域应用广泛,然而压电陶瓷固有的迟滞性严重影响其定位精确度。研究了驱动范围对压电陶瓷驱动器迟滞性的影响,实验得出迟滞性随驱动范围增大而显著。而在压电陶瓷驱动器的实际应用中,驱动范围是其主要的设置参数之一。为此,提出基于自适应Prandtle-Ishlinskii(PI)模型的拟合方法,根据不同驱动范围下获得的迟滞曲线的斜率变化趋势设置分段区间,采用二次规划算法辨识PI模型的权重参数,基于分段区间对迟滞曲线进行拟合,大大提高了拟合精确度。设计基于自适应PI模型的逆模型作为前馈控制器对压电陶瓷驱动器进行迟滞补偿,并搭建基于Labview的实验平台验证了该算法的可行性。实验结果表明,基于自适应PI逆模型的前馈控制器将压电陶瓷驱动器的定位精确度提高至1.8 nm。

基于重复PI控制和前馈控制的静止无功发生器

分析了以三相电压型逆变器为主电路结构的静止无功发生器(SVG)的工作原理。针对传统比例积分控制(PI)的局限性,提出了采用重复PI控制和电网电压前馈控制的复合控制策略。重复PI控制结合PI控制和重复控制的优点,提高了系统的稳态和动态性能,能有效改善装置的基波无功补偿准确度,消除稳态误差,改善补偿电流的波形质量。同时,为了抑制电网扰动,引入电网电压前馈控制,使系统近似为一个无源跟随系统,有效消除了网侧电压波动对SVG运行的干扰,抑制了直流侧电容的电压波动。在此基础上,进行系统的仿真建模和实验研究,仿真和实验结果验证了所提控制策略的正确性和可行性。

基于观测器与前馈的送丝机模糊PI速度控制

送丝系统是焊接机器人的重要组成部分,稳定可靠的送丝是保证焊接质量的前提;焊丝从丝盘上抽取和经过绝缘管与导电嘴的过程中受到的阻力呈严重的非线性,所受的阻力严重影响送丝速度和焊接质量.采用状态观测对阻力进行观测,并根据观测值对系统进行前馈,以提高系统的速度响应,消除送丝阻力对系统的影响.因为电机存在阻尼,采用常规PI控制可以改善系统的稳态特性,抑制稳态误差;把模糊控制和PI控制有机地结合起来,利用模糊控制的动态响应和PI控制的稳态性能,实现送丝机安全可靠的送丝;仿真表明采用状态观测和前馈控制速度响应快、超调小、鲁棒性强,模糊PI控制较传统PI控制有更好的动、静特性;接管焊接试验结果表明焊接质量完全达到规定要求.

表贴式永磁同步电机转速环复合PI无位置传感器控制

针对传统永磁同步电机转速环PI控制下转速跟踪性能差的问题,设计一种复合PI无位置传感器应用于表贴式永磁同步电机转速环控制系统。在传统PI控制的基础上,转速环采用积分钳位型抗积分饱和方法,增加给定输入微分前馈环节和控制增益环节,增强转速环系统跟踪响应性能。分析无阻尼自然频率和阻尼比两者参数选取对系统转矩扰动和角速度测量噪声抑制能力的影响,证明系统抗转矩扰动性能与抑制噪声性能之间存在矛盾。针对该问题,设计以电机转子角速度为状态变量的新型滑模观测器对角速度进行观测,将其直接引入至转速闭环系统反馈,避免角速度反馈噪声对转速跟踪性能造成影响。实验结果验证了该理论分析的正确性与控制策略的可行性。

基于DSP前馈模糊PI的舵机控制算法

针对负载转矩对舵机转速的影响,建立负载力矩的数学模型,提出带前馈模糊自整定比例积分参数的速度环控制算法,利用前馈控制器补偿负载变化对电机转速的影响。当直流无刷电机特性和力矩变化时,通过动态调整控制参数使系统具有良好的鲁棒性和控制精度。设计以数字信号处理器为核心的模糊控制器,采用高精度的绝对编码器作为位置环反馈。实验结果表明,该控制器具有较强鲁棒性,且响应速度快、超调小、控制精度高。

永磁同步电动机转速伺服系统PI控制器的一种新设计方法

提出了PI控制器的一种新设计方法,将所有已知和未知的扰动集中为总扰动,简化系统模型,再用积分器作为扰动观测器对总扰动进行观测并补偿。新型PI控制器中的参数与系统性能之间的关系非常简单,易于整定。针对连续变化输入,新型PI控制器引入了输入微分前馈,具有更好的跟踪性能,且输入微分前馈仅是一个微分器,与电动机参数无关,进一步简化了控制器的设计。采用离散最速跟踪微分器对阶跃输入安排过渡过程,可以消除PI控制系统阶跃响应的超调,同时提高系统阶跃响应对控制器参数的不敏感性。实验结果验证了所提方法的有效性。

滑模-PI混合控制及解耦补偿的PMSM控制研究

针对传统滑模控制存在较大抖动和控制增益值导致启动电流过大等问题,提出一种新型趋近律的滑模-PI混合控制策略。在传统指数趋近律基础上,设计了新型混合趋近律解决系统的抖动问题,电机启动时,结合PI调节器降低启动电流。针对三相永磁同步电机中存在的凸极效应和模型误差对系统性能的影响,提出解耦电流PI控制策略。电流环引入前馈解耦补偿,通过内模控制方式对电流环参数进行整定以提高控制系统的鲁棒性和解耦性能。仿真和实验结果表明:所提出控制策略能提高控制精度和稳定性。

光伏微网逆变器的数字前馈PI控制方法

首先介绍光伏微网逆变器的电路模型及其工作原理,并对电路模型进行简化分析,得到微网逆变器的信号矢量关系,然后通过数学分析,研究和探讨了数字前馈PI控制方法的递推算法,最后基于Matlab平台建立其仿真模型,将数字前馈PI控制方法与滞环控制方法进行对比仿真研究。通过仿真,对两种方法的控制误差、总谐波失真度两个指标进行考察,实验结果表明,在控制误差相同的情况下,光伏微网逆变器的数字前馈PI控制方法的总谐波失真度远小于滞环控制方法,表明数字前馈PI控制方法具有更好的输出电能质量,性能表现更优越。

基于前馈补偿的模糊PI永磁同步电机调速系统

针对永磁同步电机在负载突变或受干扰时存在鲁棒性差、抗干扰性能不足等问题,提出一种基于前馈补偿的永磁同步电机模糊PI控制调速系统。此系统将电机联结轴的摩擦力、负载所需要的力矩以及负载惯量所产生的力作为总扰动,建立扰动前馈模块,将总扰动辨识出来,并且补偿到速度环上,可以很好地解决在电机负载变化时,电机的响应速度无法跟上系统的问题。对比模型的仿真结果表明,基于前馈补偿的模糊PI永磁同步调速系统具有较好的抗干扰性能和鲁棒性。

采用改进PI迟滞模型的压电微夹钳前馈控制

为减小压电微定位平台的迟滞误差,设计前馈控制器对其进行控制.首先在使所建平台迟滞模型精度达到要求并使各阈值点精度相同的情况下,对平台迟滞模型的阈值进行优化,得到满足模型精度要求的最小算子数,进而建立了平台的PI(Prandtl-Ishilinskii)迟滞模型;然后通过对所建迟滞模型求逆,设计出平台的前馈控制器;最后在所设计的前馈控制作用下,使平台达到5μm理想阶跃值的响应时间为0.01 s,稳态误差中线的变化范围为0.40~0.50μm,当期望平台输出最大值为17μm变幅值三角波位移时,实测位移相对于理想位移的误差中线变动范围为-1.15^-0.05μm.所设计前馈控制器可有效地减小压电微定位平台的迟滞误差.

基于前馈补偿PI控制算法的液压排缆系统的研究

排缆机构是海洋绞车重要的组成部分,其能否精确运行关系到缆绳是否能紧密且整齐的排列到绞车卷筒上。分析了某海洋绞车的排缆工况和需求,设计了基于比例换向阀控制的液压马达驱动的排缆机构,在此基础上对排缆系统PID控制算法易导致的问题进行了分析研究,提出了基于前馈补偿的PI控制算法,并利用软件建立了整套排缆系统的模型,且进行了仿真研究。仿真结果表明,采用这种控制算法时排缆机构能根据绞车的运行工况进行精确地排缆,控制精度高,系统稳定性好,取得很好的排缆效果。

基于PI控制的双馈风电场的无功电压建模与仿真

本文针对双馈风电场的不同控制策略的无功电压对系统的稳定性问题,提出了基于PI控制的双馈风电机组转子侧的有功、无功、电压控制策略,通过前馈解耦控制实现有功、无功的独立控制,采用空间矢量脉宽进行调制。基于Matlab/simulink搭建某风电场的电力系统仿真模型,对双馈风电场无功、电压控制模式下稳态和暂态运行工况的有功、无功、电压进行仿真。仿真结果表明:稳态时,有功输出基本相同;故障工况时,电压控制模式的双馈风电场能够控制机端电压,有功、电压波动较小,有利于提高系统的稳定性。仿真结果验证了所提控制策略的正确性与有效性。

基于前馈补偿的稀土耐热合金加热炉温度PI控制方法

稀土耐热合金加热炉在运行一段后,存在控制器难以切换回原有温度控制策略的问题,因此提出基于前馈补偿的稀土耐热合金加热炉温度PI控制方法。建立加热炉样本数据集,结合数据预处理方法去除样本数据中的各项误差,获取完整样本数据。分析加热炉燃烧的具体状态,制定加热炉温度控制方案。根据制定的温度控制方案选取合适的参考轨迹,利用免疫PID控制理论完成加热炉控制器的设计。通过前馈补偿方法对控制器误差实施前馈误差补偿,实现控制器温度控制策略切换的优化。将获取的完整样本数据输入到温度控制器中,通过控制器输出的控制策略实现稀土耐热合金加热炉温度的实时控制。实验结果表明,所提出的控制方法能够有效提升加热炉的加热速度,并且能够减少燃料的消耗。

连铸结晶器振动液压伺服系统建模与控制

为了提高结晶器液压振动系统的控制精度和稳定性,解决相位延迟和振幅减小等问题,采用机理建模方法建立了结晶器振动液压伺服系统数学模型,提出了带负载力补偿的自适应PI控制与速度前馈控制相结合的控制方法,并搭建了系统的非线性仿真模型.结果表明:所建数学模型正确,输入信号的位移跟踪误差控制在3%以内.结晶器振动的合理控制可有效提高铸坯表面质量,减少振痕的产生,同时还能改善保护渣消耗对铸坯润滑的影响.

一种移动平台红外搜索跟踪系统的稳定控制方法

基于移动平台的红外搜索跟踪系统已成为新一代光电搜索跟踪系统的主流趋势,小型化和轻量化是其高机动性的保证。载体运动姿态变化耦合的角速度扰动和系统内部力矩干扰将对其搭载的光电载荷视轴稳定控制带来严峻挑战,基于多轴多框架和高精度陀螺反馈控制相结合的传统视轴稳定方法已无法适用。本文针对两轴两框架移动平台红外搜索跟踪系统的光电载荷视轴稳定控制,提出了基于平方PI和Luenberger扰动观测前馈的双速度闭环同阶串级控制方法。仿真和实验表明,相对于传统的单陀螺闭环和双速度闭环稳定控制方法,该稳定控制方法有效提升了载体运动低频扰动下的视轴稳定精度。1°/1 Hz扰动下,仿真稳定精度达到2.7817μrad,实验稳定精度达到35.85μrad。1°/2 Hz扰动下,仿真稳定精度达到38.199μrad,实验稳定精度达到119.1μrad。最终,利用本文提出的稳定控制方法,两轴两框架移动平台红外搜索跟踪系统有效克服了行进间载体运动姿态变化耦合的低频角速度扰动,实现了高平稳高动态的光电载荷视轴指向控制性能。

用于新能源发电的新型升降压转换器及其控制策略

针对新能源发电装置输出电压变化大难以实现储能的问题,提出一种基于PI控制器结合前馈控制的新型单管耦合型升降压转换器,通过调节耦合电感的变比灵活调节电压转换比,同时降低了开关器件电压应力,采用无源钳位电路,起到回收漏感能量和抑制开关管电压尖峰的作用,与传统升降压转换器相比具有更宽电压转换比,输入电流连续和开关管电压应力小等优势;利用PI控制器结合前馈控制策略实现闭环控制,保证了转换器整个输入电压范围内良好的输入暂态响应。详细分析了转换器的工作原理并推导了转换器稳态特性,将所提转换器与其他单管升降压转换器的各项性能进行比较。推导了转换器的小信号模型,同时利用伯德图验证PI参数设计的正确性,分析了PI控制器结合前馈控制策略的设计过程。最后,搭建了一台额定功率100 W,20~60 V输入、48 V输出的实验样机,通过升压和降压模式下的实验来验证所提转换器的性能,同时验证了PI控制器结合前馈控制策略的可行性,其中升压模式最大效率为97.08%,降压模式最大效率为97.10%。

同相牵引供电系统控制策略研究及仿真分析

针对电气化铁道的谐波、无功、负序及电分相等问题,讨论了采用Scott平衡变压器与综合潮流控制器(IPFC)构成的同相供电系统。提出IPFC直流侧电压PI均值前馈控制策略,可准确控制变压器副边电流幅值均衡,实现系统负序的完全补偿。为改善传统控制方法谐波含量高、直流侧电压波动大的不足,提出直流侧电流均值前馈控制策略。所提方法使系统具有良好的动态特性、稳定性及较小的稳态误差,且在牵引和再生制动工况下均适用。仿真分析验证了所提方法的有效性与正确性。

交流伺服系统串级控制器应用设计

针对交流伺服系统高速、高精度的要求,以28X系列DSP为控制芯片,提出一种主副回路串级控制方法。速度环采用PI控制,消除系统稳态误差和提高系统响应速度;位置环采用二阶前馈比例控制,改善系统动态跟踪精度。通过不同工况下的实验研究,确定主副回路控制器的参数。结果表明,所设计的串级控制器能够保证伺服系统的动态性能。

MMC型HVDC-Light双闭环控制的参数设计方法

针对模块化多电平换流器型高压直流输电系统换流站级控制,为实现PI调节器参数的快速、准确调节,在分析模块化多电平换流器型轻型直流输电系统连续数学模型的基础上,引入前馈控制,提出了包含前馈-反馈和稳态逆模型的双闭环控制;并对改进后的双闭环控制系统控制器主要参数的设计方法进行了深入研究,详细推导了参数设计过程;最后,通过PSCAD/EMTDC仿真软件对所提出的控制系统结构及其参数设计方法进行了仿真验证,结果证实了所述方法的可行性和有效性。

某扑翼飞行器风洞流场控制系统设计

针对扑翼飞行器气动性能试验对风洞流场的实际需求,以PLC和变频器为主要硬件平台,设计了一种由转速环和风速环组成的串级控制系统,并引入转速前馈控制以提高系统响应快速性;通过对转速环和风速环控制调节器以及转速前馈函数进行合理的设计,实现了良好的流场控制效果;试验结果表明,风扇电机转速稳态精度优于0.2%,试验段稳态风速精度优于0.2 m/s,风洞流场调节过程平稳、抗扰动性能好,现已成功在风洞中开展扑翼飞行器气动性能试验。