基于漏斗函数双电机伺服系统跟踪与同步控制

针对双电机驱动伺服系统具有未知非线性的问题,提出一种基于漏斗函数的跟踪与同步控制方案。首先,利用神经网络逼近和补偿复杂的非线性,在此基础上,引入滤波技术解决传统反步控制的“计算爆炸”问题,同时引入非光滑漏斗误差面确保系统的状态量被约束在预定义的漏斗边界内,结合改进的漏斗函数和反步设计技术设计了一种自适应量化漏斗跟踪控制方案。为了同时保证双电机的同步运行,同步控制器采用了平均偏差耦合策略,实现了双电机伺服系统的跟踪与同步控制。仿真结果表明,该方法可以实现对负载的跟踪以及双电机的同步。

VSC输出电流反馈型虚拟同步控制技术

基于输出功率反馈的虚拟同步机(VSG)技术在网侧故障时,难以保持电压源暂态特性并实现精准暂态冲击电流限制,同时极易出现暂态同步失稳问题。为解决上述问题,提出一种基于电压源型变流器(VSC)输出电流反馈型VSG技术。外环控制直接采用VSC输出电流作为反馈控制量,不仅能实现构网和电压/频率主动支撑功能,还能保证在故障状态下外环控制具备稳定平衡点,降低暂态同步失稳风险,同时还能实现稳态下的电流限幅控制。电压内环采用基于相量分析的虚拟阻抗自适应选取方法,依赖就地量测信息进行虚拟阻抗快速自适应调整,以抑制故障瞬间暂态冲击电流。在PSCAD/EMTDC中搭建详细电磁暂态仿真模型,并构建相应的物理验证平台,仿真和实验结果表明,所提方法可以较好地抑制故障瞬间暂态冲击电流。

基于滑模同步控制的履带式作业机全向调平系统研究

针对现有丘陵山区履带式作业机底盘大坡地作业时易侧翻、安全性差的问题,基于“三层车架”式丘陵山区履带式作业机结构方案,设计了一种互联式全向液压调平系统,提出了基于扰动观测器的滑模同步控制方法,降低了单液压缸位置误差以及双液压缸同步误差。AMEsim-Simulink联合仿真结果表明:基于滑模同步位置控制的履带式作业机全向调平系统优于传统PID控制,全向调平中20°横向调平时间减小1.6 s,25°纵向调平时间减小1.8 s,上升时间平均缩短21.8%,调平时间平均缩短35.5%,同步位置控制误差保持在±6×10^(-4) m内。在此基础上,对3层车架式丘陵山区履带式作业机样机进行了实机测试,其中全向调平机身倾角平均误差为2.55%,液压缸平均同步误差为8.2%,测试结果验证了履带式作业机全向调平系统的可行性与优越性。

双液压马达驱动的甘蔗根切器刀盘转速同步控制方法

为简化双刀盘甘蔗根切器的传动链,提高传动系统对时变载荷的适应性,该研究提出用双液压马达直接驱动双刀盘,并将电液比例负载敏感技术应用于根切器的传动方案,通过建模仿真和试验探究双刀盘同步精度的控制方法。建立根切器电液比例阀控马达闭环速度控制系统的传递函数,分析得到该系统的稳定裕度仅为16.5°,因此需要采用合适的控制算法提高系统的稳定性和控制精度。基于AMESim-MATLAB联合仿真,研究采用主从控制策略,主马达为PID控制,从马达分别采用PID、自适应模糊PID和滑模变结构控制算法时系统的稳定性和刀盘转速的控制精度。仿真结果为:不同控制算法下马达开启过程转速的动态调整时间分别为5.5、3.0、2.7 s,稳态阶段两个液压马达的速度差分别为20、8、5 r/min;最后搭建试验台,以实测载荷谱为负载输入,进行主从马达转速同步控制试验,得到PID、自适应模糊PID和滑模变结构控制系统启动阶段转速的动态调整时间分别为6.3、4.6、3.7 s,稳态阶段主从马达的转速差分别为47、23、13 r/min;仿真与试验结果均表明,基于滑模变结构算法的刀盘转速同步控制系统的各项指标均优于PID和自适应模糊PID控制。研究结果可为甘蔗收割机根切器传动与控制系统的优化设计提供理论参考。

50000 kN液压支架试验台垂直加载液压缸同步控制

针对超大采高液压支架试验台垂直加载液压缸同步控制问题,提出一种基于模糊进程标识符(PID)相邻交叉耦合同步控制策略,利用Creo-Adams及ANSYS建立液压支架试验台刚柔耦合动力学仿真模型,根据垂直加载实际工况添加约束条件。利用AMEsim及Matlab/Simulink建立垂直加载液压系统控制模型,基于各软件之间的接口技术构建Adams-AMEsim-Simulink机液控一体化的试验台多领域协同仿真模型。仿真得到模糊PID和常规PID下相邻交叉耦合同步控制策略的加载液压缸位移跟踪曲线、负载变化曲线、信号控制曲线、同步误差曲线。研究结果表明,相比于常规PID算法,模糊PID算法下的系统具有响应速度更快、控制精度更高等特点,使液压支架垂直加载四缸同步精度误差小于0.1 mm,满足使用要求。研究结论为液压支架试验台垂直外加载系统设计提供参考。

一种雷达转台双电机驱动系统设计与同步控制方法

作为机械传动系统的一个重要组成,转台被广泛应用于雷达系统中,为满足雷达检测等领域对转台驱动系统惯量、功率、性能方面的要求,提出采用双电机同步驱动转台的方式。利用双电机伺服系统的电消隙原理和差速耦合负反馈的同步控制方法,由控制器将控制量经数/模转换送入驱动器,以实现系统的消隙功能、同步补偿功能,提高转台驱动系统的精度和同步控制性能,并将其运用到雷达转台伺服系统中,结果证明了方法的可行性,能够提高所设计雷达转台双电机驱动系统的精确性。

连铸结晶器自适应PID同步控制策略研究

在工业生产中,由于长期的使用,出现结晶器两侧的系统参数不一致以及其它不确定的因素,导致结晶器两个子系统之间出现同步输出误差,影响铸坯质量。为减少结晶器两个子系统同步输出误差,提高铸坯质量的同时降低人力成本。本文针对PID控制的液压伺服驱动的连铸结晶器提出了连铸结晶器自适应PID同步控制策略。对液压伺服系统驱动的连铸结晶器数学模型进行推导,通过仿真系统对连铸结晶器进行模型搭建,来模拟出实际工业生产中的结晶器,并采用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)和遗传算法(Genetic Algorithm,GA)调用构建的模型并对其进行PID参数寻优。通过仿真验证由智能算法优化得到的PID参数具有较小的同步误差,达到了自适应同步控制的效果,满足工业生产的指标。

基于功率同步控制的逆变器并网相位误差机理

在并网逆变器中,以锁相环(phase-locked loop,PLL)为代表的电网同步技术得到了广泛应用。然而,由于PLL的引入降低了并网系统的稳定性,使得包括功率同步控制(power synchronization control,PSC)在内的无PLL逆变器控制技术逐渐受到重视。针对PSC的同步技术,现有研究缺乏小扰动下的相位误差模型和理论分析,其同步特性与PLL之间的异同也尚未涉及。为此,在小扰动下首先建立PSC的相位误差模型,并对影响PSC相位误差特性的控制参数进行理论分析。利用所建立模型的频率特性,在相等带宽条件下,对比PSC与传统PLL相位误差之间的差异。仿真和实验证明了PSC相位误差模型的准确性,并且在相等带宽下PSC的同步响应速度显著优于PLL。该文结果可为PSC的控制参数设计、同步理论分析提供一定参考。

具有共存吸引子混沌系统的自适应同步控制

在一个三维混沌系统的基础上,通过添加一个非线性反馈控制器,得到一个新的四维混沌系统。通过相图、功率谱、庞加莱截面、李雅普诺夫指数、平衡点等证明了系统的混沌特性,并通过分岔图分析了系统在不同参数下的运动状态。研究发现,该系统具有非常复杂的动力学行为和共存吸引子现象。同时,通过设置不同的初始值和不同的偏移增量,分别证明了系统具有共存吸引子,此结论对混沌保密通信等领域有一定的应用价值。通过0-1测试证明了混沌和周期运动的存在,并通过谱熵(spectral entropy,SE)算法和C0算法讨论了系统的复杂度。最后,设计了自适应同步控制器,仿真结果证明新系统可以在参数不确定的情况下实现同步控制,表明控制器是有效的。

输电线路清障飞行机器人双行走轮同步控制

传统架空输电线路异物清除作业无人机易受环境影响,作业困难且存在较多扰动等问题。基于此本文设计一种高空作业无人机挂线行走控制机构解决该问题。首先,根据输电线路环境与无人机作业模式,设计挂线行走机构,减弱高空作业时对无人机所受飞行作业扰动的影响;其次,针对清障机器人双行走轮转速同步存在误差问题,提出一种基于反向传播–比例积分微分(back propagation-proportional-integral-differential,BP-PID)主从融合偏差耦合的电机同步控制策略。通过仿真与实物实验验证表明,本文提出的挂线作业无人机双行走轮同步控制算法可有效解决电机因负载导致的转速不稳定以及高空作业无人机受环境扰动的问题。

构网型变流器功率同步控制稳定性机理分析

构网型变流器具有“主动构网”能力,可以为电网提供阻尼和频率支撑,但在低阻抗电网下存在稳定性问题。为了研究低阻抗下构网型变流器功率同步控制稳定性机理,首先,建立了体现功率同步动态特性的构网型变流器接入交流电网小信号模型。然后,以功率同步控制为主体,在牛顿动力学体系框架内,建立了构网型变流器接入低阻抗电网的动力学模型,将功率的偏移量分解为同步分量和阻尼分量,用以表征功率同步控制的稳定性。接着,结合模态分析和动力学特性分析,通过研究特征根轨迹和参与因子曲线,以及阻尼分量和同步分量的变化,分析了电网强度和控制参数等对功率同步控制的影响规律,揭示其内在机理。最后,通过构网型变流器接入电网的仿真模型验证了结论的正确性。

泵控多连杆式起竖系统自抗扰力同步控制

针对泵控多连杆式起竖系统存在的非线性、模型不确定性和双缸不同步引起的力纷争问题,提出一种双缸起竖系统自抗扰力同步控制设计方法。考虑多连杆起竖机构运动学特性和闭式泵控液压系统的压力流量动态,建立多连杆式起竖系统动力学模型,通过扩张状态观测器估计系统干扰和模型不确定性,以在控制器设计过程中进行补偿,同时融合复合力同步控制方法,增强系统克服负载偏载、外干扰等引起的力纷争。基于Lyapunov理论分析证明了多连杆式双缸起竖系统的渐近跟踪和力同步性能。通过中速和快速恒功率起竖对比试验,验证所提自抗扰力同步控制策略的有效性,获得了良好的起竖跟踪和力同步控制性能。

基于MMC的超级电容与蓄电池混合储能系统及其混合同步控制策略

为满足储能系统提供惯量和一次调频支撑功能需要对多类型储能介质集中配置和优化调控的需求,针对基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的新型混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)MMC-HESS,提出了混合同步控制(hybrid synchronous control,HSC)整体策略。MMCHESS采用模块化设计,将超级电容和蓄电池分别安置在高压直流母线侧和子模块内,具备高功率密度和高能量密度的优势。阐述了混合储能系统的拓扑结构和工作原理并采用混合同步控制策略提供系统惯量和一次调频功能及故障限流时的同步能力和孤岛并网切换功能,采用滤波器实现储能功率分配,采用荷电状态(state of charge,SOC)均衡控制实现蓄电池能量均衡。最后,基于硬件在环实验平台,验证了所提拓扑结构与控制策略的可行性和有效性。实验结果表明:所提混合储能系统及其控制策略具备惯量与频率支撑能力,在故障限流、正常并网、孤岛运行之间可灵活切换,能够有效发挥混合储能的综合优势,在中压配电网中具有良好的应用前景。

含风电场的分数阶电力系统自适应同步控制

针对含风电场的分数阶电力系统的混沌振荡问题,基于自适应同步理论,提出了一种自适应同步控制方法。首先,建立了一个整数阶三维且含储能装置的电力系统模型并推广为分数阶,采用相图、时序图、分岔图等方法对含风电场的分数阶电力系统的动力学行为进行分析。其次,推导了自适应同步控制定理的证明。最后,通过含有待辨识参数且含风电场分数阶混沌电力系统与稳定状态的系统实现完全同步,间接地实现系统的混沌控制和系统的参数辨识。

两车纵向并车联合运输同步控制技术研究

针对两台液压载重车联合运输大型轮船的同步控制进行研究,根据运载装备的特点,采用两车纵向并车的运输方式,行走过程中两车之间必须保证同步行走,否则可能会发生轮船滚落或载重车结构损坏的重大事故。针对运输车速度的稳定控制,求解出行驶驱动系统泵控马达的系统传递函数,并仿真验证了控制器采用PID控制算法可以提高运输车速度的稳定性。根据运输的特点,采用“主从式”控制策略,提出采用驱动压力和行驶速度的双闭环控制,设计出基于CAN总线的控制系统,最后进行了实车试验,根据现场试验采集的数据,验证了此控制器能够使两车保证很好的同步效果。

光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频策略

采用自备用控制的光伏电站能够为电网提供调频能力,但现有的自备用控制难以评估最大功率,调频经济性需要量化,且无法提供虚拟惯量,光伏电站调频效果有待提高。针对此问题,提出光伏电站自备用可调的虚拟同步调频控制策略。首先,基于光伏运行P-V特性,提出光伏最大功率估算策略以及变步长电压控制策略,实现光伏自备用控制;其次,基于虚拟同步控制策略和光伏电站架构,引入频率反馈控制环,提出光伏自备用可调的虚拟同步控制策略,光伏电站在提供频率响应功率的同时,以虚拟惯量的形式支撑电网的频率稳定。此外,并联在光伏直流侧的储能,可以保证在光伏自备用率动态调整过程中直流侧母线电压的稳定。进一步分析了最大功率估算算法误差对虚拟同步调频控制策略的影响,以及虚拟同步控制参数变化对调频效果的影响。最后,通过Simulink仿真验证了所提控制策略的有效性,为光伏并网调控提供理论支撑。

自驱动关节臂测量机多电机同步控制系统

为了解决自驱动关节臂坐标测量机的多电机同步转动问题,设计了一套多电机同步控制系统。该系统选用以TMS320F28335为核心的DSP处理器,依次设计了双CAN通信电路、功率逆变电路、电机驱动电路等驱动板接口电路;利用Simulink建立了六电机同步转动控制仿真模型,将电机控制模型转化为工程代码,对六电机设定不同的位置角度进行点到点位置同步实验,以及多电机轨迹跟踪实验。实验结果分析得到同步控制时间精度在10ms以内,验证了六电机的同步控制有效性,为提高测量机的运动平稳性和测量效率提供参考依据。

干扰条件下无人艇编队有限时间同步控制

针对有限时间控制中各状态分量收敛时间不同问题,提出一种无人艇编队有限时间同步控制框架,在此框架下设计的有限时间同步编队控制方法可巧妙地达到无人艇所有自由度编队误差在同一时刻收敛到平衡点.首先,针对现有干扰观测器与时间同步稳定框架不兼容问题,设计有限时间同步干扰观测器;然后,利用比例保持特性设计有限时间同步编队控制器,并验证了所提控制方法的稳定性;最后,通过3艘无人艇编队进行仿真实验,实验结果验证了所提控制方法的有效性和优越性.所提控制方法对有限时间同步控制需求的航海、航空航天和工业领域具有现实意义.

双开关磁阻电机的改进交叉耦合同步控制

为增强两台开关磁阻电机(SRM)这一高度非线性被控对象的同步跟随性,降低不确定扰动造成的同步性能下降的影响,结合单神经元PID算法提出一种双SRM的改进型交叉耦合同步控制策略。建立并分析SRM的数学模型,结合基于单神经元PID算法的改进交叉耦合同步控制策略和基于有限元法的SRM静态特性参数,在MATLAB/Simulink搭建双SRM转速交叉耦合同步控制模型并进行稳态和动态性能仿真分析。结果表明,改进后的双SRM交叉耦合同步控制策略,对比传统交叉耦合同步控制策略,使得双SRM的转速同步控制的动态响应能力、抗负载扰动能力以及转速跟随能力更优。

双电机同步控制技术综述

双电机驱动系统在运动控制领域有着广泛的应用,研究双电机同步控制技术对提升系统性能至关重要。随着工业生产对电机同步控制精度的要求不断提高,研究者们针对传统的控制方案进行了许多改进,并结合智能算法提出了许多新的控制策略。综述了近几年学界对双电机同步控制技术的研究成果,涵盖了并行控制、主从控制、交叉耦合控制等控制结构,以及模糊控制、滑模控制、神经网络控制等控制算法,分析了引起同步误差的各项因素,总结了未来的研究方向。