高压输电线软体巡检机器人磁致动机制及PI滑模控制研究

为解决高压输电线刚性悬臂巡检机器人尺寸大、笨重、越障不灵活、效率低等问题,设计一种高压磁致动软体巡检机器人,利用载流线圈在高压直流环形磁场中受到的安培力驱动软体机器人以柔顺和蠕动方式高效灵活地跨越多种障碍物。对该机器人进行本体构型设计并分析其工作姿态,实现稳定巡检功能;对磁致动驱动器进行理论设计和分析,利用Comsol仿真软件对其所需驱动力进行仿真,验证理论的可实行性;通过拉格朗日法对高压磁致动软体巡检机器人进行动力学建模,构建系统动力学方程,获取机器人的关节角度、速度、加速度之间的关系;最后,通过MATLAB利用基于PI滑模控制法对简化后的高压磁致动软体巡检机器人动力学模型实行速度和角速度高精度追踪仿真。仿真结果表明:在滑模控制下,角度在1.5 s追踪上理想信号,角速度在0.3 s后追上理想信号,证明基于PI的滑模控制器能够实现对高压磁致动软体巡检机器人的有效控制。

基于滑模PI控制的电动汽车集群出力与调频联合优化

电动汽车(EV)集群在参与电网调频时,持续大量的出力可能会导致系统频率出现超调现象,且会增加系统的调频成本和对EV集群的补偿成本。在保证系统频率稳定的前提下,为了协调EV集群与发电机的出力,提出了基于滑模比例-积分(PI)控制的发电机和EV集群联合优化方法,并以系统调频成本和频率稳定为目标,对EV集群的车辆投入比例进行优化。考虑私家车、公交车、出租车这3种类型EV参与电网辅助调频,建立了EV集群参与微电网调频的单区域系统模型,通过滑模PI对EV集群进行控制,在保证频率稳定的情况下,显著减小EV集群出力;进一步对EV集群车辆投入比例参数进行优化,显著降低系统的调频成本。对发电机容量充足、不足的工况进行仿真,并对比参数优化前、后的结果,验证了所提联合优化方法的有效性和经济性。

滑模与PI调节三相AC/DC PWM变换器非线性控制

针对三相AC/DC PWM变换器,提出了非线性滑模直流输出电压控制和PI调节方式的输入电流调节方案。基于在同步d,q参考坐标系下的状态坐标变换,设计采用非线性滑模控制调节输出电压动态,使其跟踪线性参考模型;采用PI调节器调节d轴输入电流为零,以得到功率因数λ=1的控制。在提出的控制方案中,输出电压的瞬态动态可通过线性参考模型调节,参考模型具有理想的动态行为。实验结果验证了所提出的控制方案的有效性。

滑模PI复合控制的PMSM调速系统

研究了线性PI控制在PMSM调速系统中应用的不足,提出利用滑模变结构非线性控制弥补线性PI控制性能上的缺陷,将滑模控制的非线性控制特点与PI控制线性控制特点相结合,构成复合控制算法,提高速度控制的动态响应。在一台面装式PMSM样机上,设计了滑模PI复合控制算法,实现转速的闭环控制。通过仿真和实验,并与纯PI控制相比较,验证了所提控制算法的有效性。

VIENNA整流器PI滑模混合控制与晶闸管软启动研究

针对三相VIENNA整流器采用传统PI双闭环控制时系统参数设计困难、鲁棒性差的问题,提出了一种滑模控制(sliding mode control,SMC)策略。该控制策略外环采用滑模控制器,提高了系统的动态性能和鲁棒性,内环采用PI控制器满足系统稳定性要求并简化了控制系统。此外,为抑制VIENNA整流器的启动冲击电流,提出了一种两段式软启动控制方法。首先,使用晶闸管对直流母线电容进行预充电;其次,在PWM整流过程将直流母线电压给定值设定为以一定斜率增长至期望值的斜坡信号;最后切入直流侧负载。仿真结果表明:采用所设计PI滑模混合控制策略的VIENNA整流器,具有良好的动、稳态性能以及鲁棒性;所提出的两段式软启动控制方法具有良好的抑制冲击电流能力。

基于无源滑模和滑模PI的UPQC-PV控制策略

针对传统控制方法使集成光伏式统一电能质量调节器(UPQC-PV)存在补偿效率和精确性较低、直流侧电压易受外界干扰等问题,提出了针对UPQC-PV的无源滑模控制和滑模PI直流侧控制策略。首先,基于统一电能质量调节器的数学模型,设计了基于欧拉-拉格朗日模型的正负序无源滑模控制器,解决无源控制抗干扰能力弱的问题,提高了系统的响应速度、补偿精度、抗干扰能力;然后,采用滑模PI控制降低光伏波动对系统的影响,稳定系统直流侧电压,从而进一步改善系统的整体性能;最后,在电网不平衡、负载突变、负载不平衡、光照强度改变等状态下,通过仿真和实验验证了所提无源滑模控制和滑模PI直流侧控制策略的优越性、有效性。

基于滑模PI控制的卡尔曼滤波在空间转台的应用

针对空间高精度二维转台超低速控制性能不佳的问题,提出了一种基于滑模PI控制的卡尔曼滤波算法。首先在控制方面,设计了滑模PI控制算法,保证闭环系统稳定性。其次,在状态估计方面,设计了Kalman滤波算法,更准确地估计电机转速。最后将控制和状态估计进行一体化设计,提出了基于滑模PI控制的卡尔曼滤波算法,并应用于空间转台超低速控制。超低速控制性能的提高具体体现在:a)跟踪精度达到了设计要求;b)消除了非线性的摩擦力矩和电缆力矩对控制性能的影响;c)能够适应力矩系数和转动惯量的不确定性。试验结果表明,与传统算法比较,该算法提高了系统稳动态控制精度,对参数变化不敏感,对环境噪声有足够强的鲁棒性。

基于DVS制导算法的欠驱动船舶路径跟踪指令滤波滑模控制

针对欠驱动水面船舶在模型参数不确定和未知风浪流扰动情况下的路径跟踪问题,提出一种改进的动态虚拟小船(dynamical virtual ship,DVS)制导算法,并采用指令滤波反推法设计模型运动学回路的前进速度和艏摇角速度的虚拟控制律,进而将船舶路径跟踪问题转化为前进速度误差和艏摇角速度误差的镇定问题,在模型动力学回路上采用PI积分滑模控制方法设计实际控制律.该控制策略能够减少和避免因对虚拟控制律求导而造成的计算负担和高频噪声对系统的影响,且对模型参数不确定和未知扰动具有鲁棒性.仿真实验表明,该控制策略可实现船舶在模型参数不确定和未知风浪流扰动下对规划路径的精确跟踪.