防超调增强型PI控制器研究

针对电机PI控制器参数整定过程中容易出现的转速超调问题,提出了积分凸包概念、积分凸包分析方法。在此基础上,设计了基于积分凸包抑制的防超调增强型PI(enhaced PI, ePI)控制器。在PI控制参数基础上,设计新增了积分阈值参数,该参数控制积分项的累积,并加入到驱动电机的PWM值的计算公式中。通过可视化消除积分凸包,快速调试出防止转速超调的包括比例、积分及积分阈值参数的ePI控制器参数。基于Arduino及proteus,构建了仿真平台。通过实验,对比了PI控制器与基于积分凸包抑制的ePI控制器防超调仿真结果。实验结果表明:ePI控制器对超调控制有效,且超调率随积分阈值减小而减小。

基于模糊控制的闪蒸罐PID控制器设计与仿真

PID控制器依照经验进行整定的方式需要花费大量时间和精力,而工业被控对象大都存在随时间变化、非线性等特性,PID控制的效果并不理想。以闪蒸罐压力控制为研究对象设计FUZZY-PID控制器。仿真结果表明:在PID调节后有超调情况下,FUZZY-PID控制器调节时间缩短约341.80 s,超调量减小约4.62%;在PID调节后无超调情况下,FUZZY-PID控制器调节时间缩短约395.60 s。抗干扰实验结果表明:在加入白噪声后,FUZZY-PID控制器与PID控制器控制效果差距不甚明显,都比较稳定,在同一时刻加入脉冲扰动后,FUZZY-PID控制器所需调节时间较PID控制器缩短约70.70 s,调节时间更短,更加稳定。说明相较于传统PID控制器,FUZZY-PID控制器调节时间更短、超调量更小、更加稳定。

基于改进差分进化算法的起重机防摆控制技术

起重机运行过程中的加速和减速以及负载的变化会导致起重机负载摆动,影响起重机的运行效率。为保证起重机能够精准工作,减少意外事故发生,提出基于改进差分进化算法的起重机防摆控制技术。构建起重机系统的拉格朗日方程,利用非线性转换构建起重机状态模型;设置起重机运行限制条件,令系统功能指标函数达到理想状态;制定改进差分进化算法种群大小和个体矢量维数,增加群体的多样性,提高控制技术的收敛性,在适应度函数内加入系统超调量,控制起重机运行不发生碰撞。通过实验证明所提技术能够较好地控制起重机稳定运行,减少摆动情况出现。

基于负载观测器的永磁同步电机二自由度控制

针对永磁同步电机控制系统,为减小速度环采用传统PI控制时速度的超调量和提高系统的抗负载扰动性能,提出对速度环控制器采用二自由度控制的方法。为进一步提高系统的抗负载扰动性能,设计了降阶负载转矩观测器,并将估测出的转矩值转化为补偿电流引入到二自由度控制的输出端,从而补偿负载转矩变化等扰动因素的影响。仿真结果表明,对速度环采用二自由度控制方法可以有效减小速度的超调和提高系统的抗负载扰动性能,利用文中观测器可以准确地估算出负载转矩变化并实现对参考电流的有效补偿,系统的抗负载扰动性能得到了进一步增强。

可变磁路式永磁悬浮系统线性自抗扰控制分析

针对可变磁路式永磁悬浮系统鲁棒性较差的问题,提出了一种基于辅助模型的改进线性自抗扰控制(LADRC)方法.阐述了悬浮系统的工作原理,建立了动力学模型,设计了改进LADRC控制器,分析比较了改进LADRC、PID和传统LADRC控制效果.仿真结果表明:输入0.1 mm阶跃外扰时,与传统LADRC和PID控制比较,采用改进LADRC系统响应速度最快且无超调量;输入0.5 N外扰力时,采用改进LADRC系统气隙变化量最小且调节时间最短;与PID相比,采用LADRC方法可提高可变磁路式永磁悬浮系统抗扰能力.

基于开关瞬态过程分析的大容量变换器杂散参数抽取方法

由于线路杂散电感存储能量的释放,绝缘门极双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在开通和关断的瞬态过程中,其两端将产生电压尖峰。为了对该电压尖峰进行定量研究,需要对IGBT开关过程进行分析,抽取线路的杂散电感参数。传统抽取方法通常利用IGBT关断电压的最大幅值以及近似的电流斜率作为计算参数,其计算结果并不精确。为得到更精确的结果,提出一种新的参数抽取方法,通过将IGBT开通、关断的非线性过程分解为多个线性阶段,并充分考虑反并联二极管前向恢复和反向恢复的影响,在此基础上得到电压过冲ΔUce和相对应的di/dt,进而得到准确的杂散参数抽取过程。最后,将该分析方法在一台75 kVA的单相逆变器进行实验验证,利用不同工况下的开通和关断过程进行线路杂散电感抽取,均得到一致的结果,从而证明了本方法的有效性与正确性。

售货机直流电机升降系统控制策略研究

为了提高直流电机位置控制系统的精度和速度,在传统三闭环系统的基础上增设微分负反馈,通过预测位置变化趋势,在抑制超调的同时保证系统动态响应速度,提高抗负载扰动能力。在确保无超调的微分负反馈下,引入前馈补偿环节,进一步获得更好的跟踪性能和精度。通过仿真分析,证明该策略具有超调快速响应、抗负载扰动和高性能跟踪等特性,能够提升售货机升降接货装置的性能。

一种基于自适应PID参数的无超调控制方法研究

提出一种在自整定确定PID参数的基础上,根据辨识模型的时间常数与纯滞后的比值进一步对比例系数进行自适应修正,从而使得被控对象无超调的达到设定值的方法。并对该方法的跟踪性、抗扰性与鲁棒性进行了研究。

基于干扰抑制和非线性摩擦力补偿的速度环PI控制器抗饱和设计

针对永磁同步电机速度调节器积分饱和导致动态品质变差的问题,提出一种新型的抗饱和(AW)设计方法。该AW方法首先把模型的不确定性视为系统的干扰;然后为了改善系统性能和提高抗干扰能力,在比例积分(PI)控制策略基础上,对速度环设计一种基于摩擦模型补偿和扰动观测补偿的复合控制方法;最后把PI控制器退饱和后从比例(P)模式重新进入PI模式的系统响应看作是带有初始值的系统响应,同时利用时域下的系统误差动态响应方程推导出系统无超调的误差和积分条件,当系统进入饱和时,系统以最大加速度运行,直到满足条件才重新进入PI模式,并给积分赋初始值。研究结果表明:该方法确保退饱和系统的优良的动态性能和无超调运行。与现有条件积分方法及其改进的方法相比,仿真和实验结果验证该新型AW设计的可行性及优越性。

基于扩张状态观测器的永磁同步电机二自由度PI控制

针对永磁同步电机(PMSM)系统速度环采用传统的PI控制时,无法兼顾转速超调量与响应快速性要求的问题,提出采用二自由度(2-DOF)PI控制策略设计速度环控制器。同时,为减小负载转矩、电机参数变化等扰动因素的影响,将其作为总扰动,利用扩张状态观测器(ESO)进行观测,并基于观测值进行前馈补偿。仿真结果表明,采用所设计的2-DOF PI控制,可以有效减小转速的超调量,提高转速的跟随性能和系统的抗扰动性能。采用基于ESO的2-DOF PI控制,进一步提高了系统的抗负载扰动性能,同时可以实现转速的快速响应和无超调控制。所提控制策略的正确性和有效性得到了验证。

径向基函数神经网络补偿的悬浮球悬浮高度自适应滑模控制

磁悬浮作为下一代列车的必由之路,对其悬浮控制算法的研究具有重要的学术意义和实际应用价值。本文以固高悬浮仪为研究对象,针对悬浮球悬浮高度精准控制的问题,提出了一种基于径向基函数神经网络补偿的自适应滑模控制方法,完善了悬浮球的数学模型,设计了滑模变结构控制器。由于滑模控制器固有的不连续开关特性会引起系统的抖振现象,所以本文采用了等速趋近律的方法来抑制抖振现象,从而改善系统的动态响应性能。最后利用径向基函数神经网络的万能逼近特性来对系统中无法精确建模和检测的状态变量项在线逼近,以此对控制系统进行补偿,同时使用Lyapunov判据进行稳定性分析。仿真结果表明,基于径向基函数神经网络补偿的自适应滑模控制器的控制效果在响应时间、抗干扰和超调量等方面均优于传统经典比例积分微分控制器。

无刷直流电机模糊PID控制系统研究

无刷直流电机(BLDCM)选用传统的PID控制方法存在着调速精度低、转矩脉动大、抗干扰能力弱等缺点,模糊PID控制方法能够克服以上缺点。在电机的电流滞环控制模块中,转速调节部分包含电流限幅处理,因此会出现积分饱和,致使系统超调量大。模糊PID控制虽然能够一定程度减低超调量但不能消除。针对上述问题,设计了一种抗饱和模糊PID控制方案。从仿真结果可以得出该方法能够消除系统的超调,同时使系统保持较好的动、静态性能和鲁棒性。

GaN功率器件抗干扰可靠性试验

随着GaN功率器件的发展和其应用场景的多元化,GaN器件常在高电压和高温状态下工作,为确保设备正常工作并提高其工作寿命,对GaN功率器件异常工作状态下的可靠性的分析至关重要。为探索GaN功率器件在异常工作状态下的可靠性,本文进行了对某功率器件的电压拉偏试验、耐电压过冲能力试验和抗失配能力试验。分析了某功率器件在电压拉偏和电压过冲状态下的栅电流变化、输出功率变化、增益变化、功率附加效率变化和输出功率密度变化。也对其在失配状态下的杂波抑制度,输出功率和失配前后的功率变化量进行了分析。试验表明,该器件的电压拉偏能力和耐电压过冲能力都在正常工作电压的两倍以上,当漏极电压达到正常工作电压的近两倍时,器件工作正常,输出功率和增益均有小幅下降,效率下降至接近原来一半左右;在5:1和10:1抗失配工作条件下,被测器件在试验过程中均未发生烧毁,功率变化量均小于1 dB。

永磁同步电机的滑模抗饱和控制策略

针对永磁同步电机(PMSM)的速度控制问题,本文提出的滑模抗饱和控制策略具有响应迅速、抖振小和超调小的优点.所提方法主要创新有:其一,针对滑模控制的抖振及调节时间过长问题,利用径向基神经网络(RBFNN)代替滑模控制的切换控制极大地削弱系统的抖振同时缩短系统调节时间;其二,考虑PMSM这样一个物理受限系统的饱和效应对系统超调的影响,在设计比例积分滑模面的积分项时引入指数型系数同时设计比例积分分离型反馈抑制抗饱和措施.仿真结果表明该策略在电机速度控制中能够有效改善系统超调同时削弱滑模控制存在的抖振问题.