Active disturbance rejection control FCS-MPC strategy based on ESO of PMSM system

In order to improve the control performance of three-phase permanent magnet synchronous motor(PMSM)system,an active disturbance rejection finite control set-mode predictive control(FCS-MPC)strategy based on improved extended state observer(ESO)is proposed in this paper.ESO is designed based on the arc-hyperbolic sine function to obtain estimations of rotating speed and back electromotive force(EMF)term of motor speed.Active disturbance rejection control(ADRC)is applied as speed controller.The proposed FCS-MPC strategy aims to reduce the electromagnetic torque ripple and the complexity and calculation of the algorithm.Compared with the FCS-MPC strategy based on PI controller,the constructed control strategy can guarantee the reliable and stable operation of PMSM system,and has good speed tracking,anti-interference ability and robustness.

工业机器人变导纳自适应主动容错控制方法研究

针对受外界干扰、执行器故障及环境交互影响的工业机器人系统,提出一种位置控制为自抗扰的工业机器人变导纳自适应主动容错控制方法。首先,设计自抗扰控制器,在实现位置跟踪的同时消除外部干扰对执行器的影响。其次,为获得实际作业中除外部干扰的关节内部精确故障信息,在位置控制基础上引入自适应主动容错机制,对机器人的控制过程中出现的故障进行检测和补偿。最后,利用变导纳控制器,通过在线调整导纳参数实现对机器人的末端柔顺性能的优化,以提高机器人系统的稳定性。经过仿真验证所提方法能够有效提高工业机器人的容错能力和柔顺性,在机器人控制过程中具有良好的鲁棒性和可靠性,为工业机器人的智能化和自动化提供了新思路和方法。

基于气动肌肉驱动的关节自抗扰控制

为了解决气动人工肌肉驱动的下肢康复机器人轨迹跟踪中存在外界干扰和系统参数不确定的问题,提出了一种关节控制自抗扰算法。该方法在气动人工肌肉关节伺服控制系统数学模型基础上,通过三阶状态扩张观测器对系统状态及系统干扰进行估计,对干扰进行实时补偿,并基于分离性原理进行参数整定;利用气动人工肌肉试验平台对控制系统进行定角度条件下的阶跃信号跟踪控制、方波跟踪控制和正弦跟踪控制对比验证实验。实验结果表明:所设计的自抗扰控制器较比例-积分-微分(proportion integration differentiation,PID)控制器响应时间更快、控制误差更低,满足下肢康复机器人的应用控制要求。

一种多模式双定子开关磁阻电机混合控制系统

开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)具有可靠性高、成本低、结构简单和起动转矩大等优点,但同时存在功率密度低、转矩脉动大的问题。该文针对新型磁场解耦型双定子开关磁阻电机(double stator switched reluctance machine,DSSRM)具有内定子、外定子、双定子、内外定子串联和并联5种工作模式的特性,设计一种高效低转矩脉动的多模式双定子开关磁阻电机混合控制系统。首先,构建综合考虑电机工作效率和转矩脉动的优化函数;其次,提出一种混合控制方法,在电机低速和高速时分别采用直接瞬时转矩控制和自抗扰控制,提高电机的动态性能;此外,为降低模式间切换时产生较大的转矩峰值,提出以转矩负反馈补偿理念为中心的模式切换策略。通过仿真和实验验证该控制系统的优越性,为推广新型双定子开关磁阻电机的应用奠定一定基础。

基于终端滑模自抗扰的混合储能系统功率控制

为提高混合储能系统对直流微电网母线功率支撑的双向调控性能,针对混合储能系统,提出一种基于非奇异终端滑模自抗扰技术的双向功率控制方法。分析建立采用双向半桥DC/DC变换器的并网接入系统数学模型;设计超级电容端电压稳定附加功率补偿控制结构;利用基于趋近律的非奇异终端滑模自抗扰技术和基于扩张状态观测器的系统不确定及扰动项在线估计,设计混合储能双向功率调节非线性控制器。通过仿真测试,并与传统线性控制器性能对比,验证所提方法的正确有效性。

基于自抗扰控制的电子节气门位置伺服系统

针对汽车电子节气门系统存在的时变及非线性问题,建立系统非线性模型,以系统的非线性及不确定性作为综合扰动,提出一种基于自抗扰控制器的节气门开度控制策略。通过扩张状态观测器观测系统综合扰动并进行补偿,将非线性不确定系统转化为积分串联型线性系统;通过非线性状态误差反馈控制率获取控制量,对节气门进行控制。仿真试验结果显示,基于自抗扰控制的节气门开度具有响应速度快、控制精度高、鲁棒性强等优点。

非理想条件下基于SAADR-PI的MMC型电力电子变压器CCS-MPC控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)在非理想工况下易发生故障及扰动,严重影响系统电能质量。针对传统控制方法在非理想工况下存在的动稳态性能差等问题,在MMC-PET整流级提出了基于自适应自抗扰比例积分控制器的连续控制集模型预测控制策略。首先,设计了自适应自抗扰比例积分控制器用于电压外环,解决了电压外环信号跟踪及扰动抑制能力差等问题。其次,电流内环使用连续控制集模型预测控制方法以提高系统的响应速度及稳态性能,引入改进型载波移相调制策略解决桥臂电流畸变问题。最后,在网侧负载突变、网压不平衡、输出级负载投入等非理想工况下对MMC-PET系统进行对比仿真和实验,验证了所提控制策略的优越性。

辊压机稳流仓仓重自抗扰智能控制技术的研究

在水泥生产联合粉磨过程中,精准调控稳流仓仓重是优化辊压机预粉磨过程,降低粉磨系统能耗的关键。介绍了水泥联合粉磨系统工艺流程及辊压机稳流仓的重要作用;以稳流仓仓重为被控量、喂料量为控制量、回粉量为扰动量,建立了稳流仓仓重自抗扰智能控制系统;基于稳流仓仓重ARMAX模型,设计了稳流仓仓重自抗扰智能控制器。实验仿真表明,该控制器能够较好地跟踪稳流仓仓重设定值,仓重调控过渡平稳,抗扰动能力较强,具有无超调特性及广泛的适应性,为稳流仓仓重的精确控制开辟了新路径。

永磁同步电机改进鲨鱼优化非线性自抗扰控制

针对永磁同步电机传统自抗扰控制中非线性函数不平滑和参数难优化整定影响其控制品质的问题,提出了一种改进的永磁同步电机鲨鱼优化非线性自抗扰控制。在传统的非线性函数基础上,引入了反双曲正弦函数、正弦函数与二次函数,并采用拟合法构造出一种新型平滑非线性函数。为改善参数优化整定效果,将折射机制与高斯变异机制融入鲨鱼优化算法的计算流程。永磁同步电机调速控制实验结果表明,与一种控制性能明显改善的改进自抗扰控制相比,最高启动转矩降低的前提下,采用所提非线性自抗扰控制得到的控制时长下的转速ITAE与转矩ITAE分别降低了72.7%与80.0%,从而验证了所提改进鲨鱼优化非线性自抗扰控制良好的转速超调与转矩抖振抑制效果。

基于滑模变结构的自抗扰异步电机矢量控制

针对异步电机实际运行的耦合性和抖振等问题,提出了一种基于滑模变结构自抗扰控制的复合控制策略。首先,建立矢量控制下的异步电机数学模型,通过选择异步电机转速为状态变量,利用自抗扰技术中LESO的补偿扰动的思想设计了异步电机转速环的双闭环SMLADRC控制器,通过证明LESO的收敛性和分析SMC的系统稳定性,说明上述控制器既保留了传统滑模的强鲁棒性,又利用自抗扰的优势,有效地削弱了电机抖振问题。通过数值仿真验证了上述控制策略的可行性与正确性。

基于模糊PI和线性自抗扰的下垂控制研究

下垂控制是一种常用的逆变器控制策略,传统下垂控制切换负载时存在电压和频率难以稳定的问题。为此,提出了改进的下垂控制方法。将模糊PI控制和线性自抗扰控制技术相结合的改进算法引入到下垂控制电压电流双环结构的电压外环中,并在MATLAB/Simulink中建模仿真,观察改进后的控制算法对于电压和频率的稳定效果。仿真结果表明,与传统PI控制以及模糊PI两种控制算法相比,模糊PI和线性自抗扰技术结合的改进控制算法对微电网负载切换时电压和频率的稳定效果和跟踪参考值的性能最为优越,具有较好的鲁棒性。

电磁轴承自抗扰控制的抗扰能力

自抗扰控制超调小、响应快、稳定误差小,具有很好的抗扰能力和鲁棒性。本工作以10 kWh飞轮储能系统为研究对象,针对电磁轴承PID控制在抗扰能力方面的不足,设计了双闭环自抗扰控制系统。利用Simulink建立了单自由度磁轴承的双闭环自抗扰控制系统,通过在不同位置施加随机噪声信号,验证了自抗扰控制在磁轴承控制应用中的控制能力(忽略机械误差干扰),并对比分析了自抗扰控制和PID控制的抗扰能力,发现自抗扰控制系统的响应超调和稳态误差都可被控制在±5%以内,并且具有更好的抗扰能力,为电磁轴承自抗扰控制器的实现提供了设计参考。

四旋翼无人飞行器控制律设计与仿真

四旋翼无人飞行器已经得到了广泛应用,其控制律设计的重要性日渐凸显。在构建四旋翼飞行器六自由度动力学模型的基础上,分别设计了基于PID控制和线性自抗扰两套控制律。首先给出基于PID控制的四旋翼控制律,对四旋翼的各个通道设计PID控制律,并进行六自由度仿真分析,随后给出基于线性自抗扰控制的四旋翼控制律,针对每个通道设计自抗扰控制回路,进行六自由度仿真分析,基于仿真结果对两者的控制效果进行对比,最终结果表明自抗扰控制方法可以有效地抑制超调且响应速度更快。

天线共形飞艇的盘旋飞行控制设计

天线共形飞艇携带雷达在空中抵近侦察时,在指定空域进行盘旋飞行,其盘旋飞行性能直接影响搭载的雷达性能,为实现控制飞艇在盘旋飞行时的航线位置跟踪、姿态稳定,建立了含风场特性的通用六自由度非线性模型,并利用小扰动线性化方法将运动模型线性化。在此基础上,本文针对该飞行场景设计一种外环基于自适应PID+内环线性自抗扰法的双闭环盘旋飞行控制方法,并经过实际飞行验证,证明了控制方法的有效性,给出飞艇实际空中盘旋飞行姿态波动范围,为后续天线共形飞艇搭载雷达提供设计参考。

电压控制型Buck变换器的混沌抑制策略

针对降压(Buck)变换器运行过程中所产生的混沌现象,根据变换器的工作特性确立其数学模型,并分析其通往混沌的道路。分别使用了两种控制策略使系统稳定于周期1状态:第一种是设计非线性控制器,施加该控制器后,系统的动态响应快,抗扰性强,但输出电压与参考值有一定的偏差;第二种是基于终端滑模自抗扰控制(TSMADRC)的双闭环控制策略,使用该控制策略后,系统输出超调量小、动态响应快且具有较好的暂态响应,并且从源头上避免了混沌现象的发生。仿真结果表明,两种控制方法均可以抑制混沌现象的发生,使Buck变换器工作于稳定的周期1状态。

采用线性自抗扰技术的高精度温度控制系统研制

随着光电检测技术的发展,红外气体检测技术在诸多领域有着广泛的应用。温度对于气体浓度及同位素丰度检测有着重要影响,采用比例-积分-微分(PID)控制算法的传统温度控制系统存在超调、响应时间慢和精度低的缺点。针对上述问题,首先使用COMSOL软件进行有限元分析,确定加热结构;然后以STM32单片机作为主控器件,通过16位AD芯片LTC1864进行实时温度数据采集;最后采用线性自抗扰算法(LADRC)算法调节PWM波,实现控制半导体制冷器(TEC)对系统温度的高精度实时动态调节。在19.8℃的环境温度下,进行目标温度为32℃的温控实验。结果表明,采用LADRC算法的温度控制系统在稳定工作时,温度波动标准差为0.035 7℃,相比于采用PID算法的温度控制系统,具有无超调、响应时间快和高精度的优点。

基于模糊自抗扰的光伏储能控制策略研究

针对光储系统使用传统比例微分控制自适应能力差、动态响应时间慢、超调量大以及受干扰时母线电压波动大等问题,提出基于模糊自抗扰的混合储能混合控制策略。采用模糊控制器思想对自抗扰控制参数进行在线整定,赋予自抗扰控制器自调节能力;用模糊自抗扰控制替换传统比例微分控制电压环,构成基于模糊自抗扰的共电压环的双闭环控制结构。将传统的比例微分控制和自抗扰控制进行仿真对比,结果表明,所提出的自抗扰控制在启动时几乎无超调,动态响应速度更快,母线电压波动更小。

基于改进ESO的柔性机械臂自抗扰-滑模组合控制

为提高柔性机械臂的控制精度以及抗扰动性能,提出了一种基于改进自抗扰控制与滑模控制相结合的组合控制方法。首先,通过Lagrange法和假设模态法构建其动力学模型,进而运用奇异摄动理论对柔性臂进行解耦,获得慢变和快变子系统。对于慢变子系统,采用改进自抗扰控制实现轨迹跟踪,构建了一种新的fal函数,解决了fal函数拐点处不平滑易引起系统抖振以及误差较大时系统增益较大的问题,同时采用滑模控制代替非线性状态误差反馈控制,采用一种新型趋近律,提高了滑模控制的控制品质;对于快变子系统,采用滑模控制进行振动抑制。MATLAB仿真结果表明,该组合控制方法相比于传统自抗扰控制,具有更好的轨迹跟踪性能、抗干扰性能和抑振性能。

永磁同步电机自抗扰调速鲸鱼优化改进算法

自抗扰调速算法广泛应用于永磁同步电机调速系统,但影响自抗扰控制品质的参数众多,这导致传统优化算法不易获得足够理想的参数优化整定效果。此外,传统自抗扰控制的最优控制函数存在着在分段点处不可求导的缺陷,其会导致系统出现抖振现象。在原有最优控制函数的基础上引入了反双曲正弦函数、三角函数与二次函数,并采用拟合法构造出一种新型最优控制函数;基于折射原理的寻优机制,提出了一种鲸鱼优化算法并将其应用于自抗扰控制参数优化整定。由Matlab/Simulink仿真实验的对比分析表明,相比于传统控制策略,所提出的改进的自抗扰调速算法具有更佳的控制品质,其能够有效降低转速与转矩的抖振程度。

基于改进滑模自抗扰结构的永磁同步电机伺服控制

针对传统PID控制参数适应性差、响应慢等缺点,采用自抗扰控制算法与永磁同步电机一阶速度环模型相结合,设计了基于自抗扰的速度环数学模型,并在仿真软件验证了该算法对系统鲁棒性的提升。之后,针对自抗扰算法待整定参数多,参数没有明确物理意义的问题,采用了改进的滑模自抗扰控制器,使用新型滑模趋近律代替了传统最优控制函数,改善滑模趋近运动。通过建模和仿真实验,验证了改进的滑模自抗扰结构可以缩短系统进入稳态的时间,减小系统在平衡状态下转速和转矩的抖振幅度,改善了系统动态性能和控制精度。