内力加载机构基于模型前馈的多电机同步控制方法

针对某圆筒形分体式构件对心加载的需求,设计了一种四电机驱动的内力加载机构,可向结构件施加超过15 000 N的总加载力,但实际加载过程中由于结构不对称等原因,易造成加载偏载,结构件之间发生相对移动,影响装配质量。为此,提出了一种基于模型前馈的比例-微分(PD)控制方法用于多电机的同步运动控制,建立了交流伺服电机的给定信号与角速度之间的动力学模型,基于该模型的目标速度设计了前馈补偿,以增强多电机同步控制时的响应速度。同时,设计了PD反馈控制参数,以提高同步控制的精度。试验结果表明,与传统的交叉耦合同步算比较,基于模型的PD同步控制算法同步误差减少了约40%,电机同步性得到了有效提高。

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.

MP-MMC驱动六相永磁同步发电机负载转矩观测前馈滑模控制

六相永磁同步发电机(PMSG)谐波含量较低、解耦方法成熟且稳定性强,具有广阔的应用前景。为提升六相PMSG负载转矩突变时的动态性能,增强系统的抗干扰能力,提出了一种利用负载转矩观测值前馈补偿的策略。首先,采用滑模观测器观测负载转矩,观测器滑模面设计为实际转速与观测转速之差,在观测过程中滤除了抖振信号,且未引起相位和幅值变化;其次,将负载转矩观测值按比例前馈至电流环给定值,弥补滑模控制器不连续项幅值不足的问题;再次,针对前馈比例常数过大导致转速无法快速稳定在给定值的问题,将前馈比例系数设为可变值;最后,基于Matlab/Simulink建立了多相模块化多电平换流器(MP-MMC)驱动六相PMSG负载转矩观测前馈滑模控制的仿真模型,对所提策略进行验证。仿真结果表明滑模观测器可准确观测负载转矩,前馈补偿策略有效抑制了负载突变引起的转速波动。

图腾柱功率因数校正器的二自由度控制分析

TPFC一般采用一自由度输出电压控制,在负载变化时输出电压动态特性较差,且启动过程存在明显超调。本文在推导TPFC双闭环控制结构基础上,引用了负载电流前馈控制和输出电压反馈补偿控制,构成两种二自由度(2DOF)控制结构。仿真分析表明,负载电流前馈型2DOF控制可以有效抑制负载变化引起的输出电压波动,但启动过程超调明显;输出电压反馈补偿型2DOF控制可以实现输出电压无超调启动,但是抑制负载变化的能力较差;综合负载电流前馈型和输出电压反馈补偿型的2DOF控制获得满意的输出电压控制效果,表现为启动过程无超调和变载过程无波动。

船舶轴系电液力加载装置的控制策略研究

为了在实验室环境下模拟船舶轴系的推力载荷,以一种基于可变容积的电液力加载装置为研究对象,建立了系统的数学模型,分析指出轴系轴向扰动位移是影响加载力控制精度的关键因素,从而提出了一种基于扰动观测器补偿的复合控制策略。本加载装置由加载液压缸、承压筒和液压阀件等组成,包含了内部油液压力传感器和加载力传感器。首先,为提升系统的稳定性,构建了压力反馈半闭环的控制框架;然后,为了补偿轴系扰动位移对加载力的影响,采用扰动观测器将扰动位移等效在控制输入端,并引入补偿;最后,基于数值仿真和试验结果验证了所提控制策略的有效性。仿真和试验结果均表明,所设计的复合控制策略能有效抑制加载力波动。

基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法研究

传统的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法主要依赖前馈控制环路,虽然逆变器电流局部控制效果更佳,但很难满足前馈控制的需求。为此,设计了一种基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法。该方法通过提取逆变器负载扰动电流的前馈特征,引入扰动电流作为前馈信号,将前馈点作为输出电压,得到了逆变器负载电流的动态变化规律。同时,基于扰动观测器控制电压源型逆变器的电流偏差量,将负载电流作为外部扰动信号来抑制非线性负载的干扰,以满足对负载电流的前馈控制需求。通过仿真实验验证了该方法具有较好的前馈控制效果。

水利工程用液压清淤泵模糊自抗扰控制方法设计

水利工程使用的液压清淤泵受阶跃负载扰动的影响,造成液压缸流入、流出的动力与功率稳定性降低,导致清淤工作效率降低;为有效提升液压清淤泵工作效率、降低阶跃负载扰动带来的影响,提出一种针对水利工程用液压清淤泵的模糊自抗扰控制方法;首先,确定液压清淤泵自抗扰控制过程中相关影响因素,再基于影响因素分析结果确定液压清淤泵模糊自抗扰控制流程对影响因素进行控制,最后实现水利工程用液压清淤泵模糊自抗扰控制;仿真结果表明:该方法得到的液压清淤泵负载扰动值与实际负载扰动值相接近,可以准确估计阶跃负载扰动;控制水利工程用液压清淤泵后,液压清淤泵响应速度较快,含淤值在0.030 L/min左右,容积效率为98.73%;由此可知,该方法具有较好的控制效果,控制后的水利工程用液压清淤泵稳定性较高。

基于虚拟质心的GSLQR最优控制和力前馈解耦控制算法

针对龙门同步双驱(GSD)平台因负载不均导致的同步误差影响加工精度的问题,目前的研究大多忽略了双驱轴之间的交叉耦合效应,或者重负载在龙门架横梁上的位置变化对同步误差的影响。为解决这一问题,首先,通过定义龙门架横梁的虚拟质心,量化双驱电机之间的交叉耦合力;然后,设计一种基于虚拟质心的GSLQR最优控制和力前馈解耦控制算法;最后,进行仿真实验。仿真实验结果表明,该算法的同步误差最大值比GSLQR最优控制算法和推力分配算法分别降低了约70%和60%,提高了GSD平台的同步性能和运动性能。

大负荷抢修作业机械臂误差拆分补偿控制方法设计

机械臂抢修作业中,受到大负荷的影响存在不可控柔性变形、空间约束参数不确定和滑模扰动等问题。为此,设计一种针对大负荷抢修作业机械臂的误差拆分补偿控制方法。将机械臂结构投影到二维平面,确定了机械臂大负荷下最大作业空间约束,引入拉格朗日方程,从机械臂动能、势能、广义力3个角度,对机械臂作业空间内的大负荷作业过程轨迹误差实施拆分。在笛卡尔空间内,设定前馈+PD控制器控制律,利用+PD控制器的误差补偿输出,实现抢修机械臂的误差差分补偿控制。实验表明,所提方法能够在高稳定性前提下,实现抢修机械臂的精准补偿控制。

Feedback and Feedforward Optimal Control for Offshore Jacket Platforms

The optimal control is investigated for linear systems affected by external harmonic disturbance and applied to vibration control systems of offshore steel jacket platforms. The wave-induced force is the dominant load that offshore structures are subjected to, and it can be taken as harmonic excitation for the system. The linearized Morison equation is employed to estimate the wave loading. The main result concerns the existence and design of a realizable optimal regulator, which is proposed to damp the forced oscillation in an optimal fashion. For demonstration of the effectiveness of the control scheme, the platform performance is investigated for different wave states. The simulations are based on the tuned mass damper and the active mass damper control devices. It is demonstrated that the control scheme is useful in reducing the displacement response of jacket-type offshore platforms.

人工智能背景下造纸机负荷分配节能控制技术

在实际运行中,造纸机的抄纸运行工况十分复杂,只有通过实施其负荷分配控制,才能印制出高质量的成品。现存控制技术存在跟随速度较低,能耗偏高的问题,设计人工智能背景下的造纸机负荷分配节能控制技术。将造纸机负荷分配传动数据作为变论域模糊PID控制器的输入数据,在输入前通过CEEMDAN-DFA-CCA算法对数据实施去噪处理。设计变论域模糊PID控制器,由前馈补偿器与积分-变比作用自调整的PID控制算法构成,对其输入量与输出的语言变量实施模糊化处理,设置二者的FUZZY子集,以构建PID参数模糊规则模型,实现造纸机负荷分配控制。应用人工智能技术中的混合遗传算法HGA-I获取最优解及其对应的模型系数的取值,实现设计的变论域模糊控制器的参数优化,以实现最优的负荷分配控制效果与节能效果。实验测试结果表明,设计技术控制下实验造纸机的主转矩稳定,超调量少。在设计技术控制下,200s以内即达到了设计负载率,节能性与稳定性强,跟随速度较高。

基于轴控阀的阀控非对称缸位置控制系统研究

针对阀控非对称缸位置控制系统,通过理论公式搭建非对称液压缸的数学模型,采用前馈PID控制方法实现其位置控制并进行仿真和实验验证。利用传递函数推导出基于轴控阀的阀控非对称缸位置控制系统数学模型;根据所推导的数学模型采用前馈PID控制算法,利用AMESim搭建了非对称液压缸位置控制系统仿真模型;通过对阀控非对称液压缸位置控制系统进行实验,验证了搭建的轴控阀阀芯位置控制系统与非对称液压缸位置控制系统的正确性和有效性,实现了轴控阀阀芯精确位置控制与对外负载的控制。

宽输入范围DC/DC变换器Burst与双前馈复合控制策略

蓄电池储能是新能源发电及微电网的核心装备,高动态响应始终是双向DC/DC储能变换器的关键指标.在冲击性负载等大信号变化场景下蓄电池将高倍率放电,内阻因素导致其端电压大幅跌落,限制了后级DC/DC变换器的快速输出能力.为了提升DC/DC变换器在宽输入范围场景下的响应能力,在传统电压闭环基础上,提出了一种Burst模式与输入电压和输出负载前馈的复合控制策略.通过建立输入电压vin和负载电流iload对输出电压vo的扰动函数,分析扰动通道的作用机理和影响因素,快速估算跟踪变换器的稳态工作点,并建立扰动抑制前馈函数,对占空比d进行调节以提升系统的响应速度.进一步设计输出电压vo滞环,通过滞环调节使变换器进入Burst模式以限制大信号变化场景下电压vo的超调和振荡.最后搭建了一台功率为48 kW的实验样机,实验结果表明本文所提出的Burst与双前馈复合控制策略可有效提升大信号干扰下DC/DC变换器的响应速度,更适用于大功率、宽输入电压范围的应用场景.

基于复合控制的永磁同步电机伺服系统设计

由于传统的三环控制方法已不能满足伺服系统快速响应和高精度的要求,提出一种微分前馈和位置环带微分项的负反馈相结合的复合控制策略。针对负载扰动问题,设计带状态反馈误差微分项的负载转矩观测器。实验与仿真表明:该控制策略的跟踪精度更高,响应速度更快,抗负载能力更强。

基于AGC预测指令的火电机组控制策略

新能源发电本身具有的不确定性和波动性势必会对电网安全造成影响。在火电机组调峰调频能力足够的情况下,通过改变火电机组的出力可平抑电网波动,减小新能源并网造成的冲击。为了电网的安全经济稳定运行,使火电机组具备足够的调节能力,提出了一种基于AGC指令预测的火电机组前馈预测控制方法。首先搭建BP神经网络模型对风电场、光伏电站的出力以及电力系统负荷进行预测,得到基于源荷分析的厂级AGC预测曲线,并根据该预测指令对火电厂负荷进行分配,所得的变负荷趋势作为前馈信息引入到火电机组控制系统中,以修正火电机组的AGC指令曲线,对机组进行优化前馈预测控制。经验证,所提控制方法使火电机组提前做出响应,可有效提升机组的响应能力。与常规控制方法相比,所提方法在控制精度和响应效率上均有一定程度上的提升,提高火电机组的调节能力。

基于改进滑模趋近律和负载前馈补偿的PMSM控制研究

针对传统永磁同步电机(PMSM)控制系统中转速超调大以及负载扰动等问题,设计了改进指数趋近律滑模控制器。在传统指数趋近律的等速项和指数项上加了调节函数,使趋近律具有更快的收敛速度和更好的抗抖振能力。为了进一步提高精度,引入了低通滤波负载转矩观测器,将负载转矩的观测值进行前馈补偿以减少负载扰动。在MATLAB/Simulink上建立仿真模型,并与PI、传统指数趋近律、未进行前馈补偿的改进指数趋近律3种控制方法进行实验对比,仿真结果表明,基于改进滑模指数趋近律和转矩前馈补偿的控制策略相比于其他3种控制方法,在减少转速的超调不稳定、增强系统的抗负载扰动等能力上有进一步的提升。

永磁同步电机新型有效磁链固定时滑模扰动辨识策略

针对外界负载发生扰动时永磁同步电机矢量控制器动态性能不佳的问题,提出了一种永磁同步电机有效磁链固定时滑模负载辨识策略(FTSMLTO)。首先,结合有效磁链定义,分析了电机有效磁链模型,构建降阶有效磁链三阶扩展状态观测器,实现对电机参数依赖性的降低;然后结合固定时滑模理论构建了观测器的虚拟控制率和虚拟控制输入,实现电流误差的固定时间收敛,从而提升负载转矩动态变化时的观测精确性和速度;最后将观测到的负载转矩前馈到电流环控制器,从而实现对动态变化的负载转矩的精确观测和补偿,进一步提升控制系统的动态性能。通过数值仿真对提出的扰动辨识策略进行验证,结果发现:相较于传统滑模负载转矩观测器,所提出的固定时滑模负载观测策略观测值稳态误差小、动态性能好;采用FTSMLTO前馈补偿后相较于未补偿时转速正向超调减小约10.7%,负向超调减小约14.9%,正弦负载时超调减小约25.0%。

孤网模式下水轮机调速改进动态矩阵控制

为提高水轮机组工作于孤网模式时的动态性能,建立了混流式水电机组的数学模型。针对系统在运行过程中始终存在负荷扰动以及模型参数随工况变化的特点,设计了改进的动态矩阵控制算法。在不同工况下分别对系统施加频率扰动和负荷扰动,进行了水轮机系统的改进动态矩阵控制、动态矩阵控制、PID控制的仿真对比实验。仿真结果表明,与PID控制和动态矩阵控制相比,所提控制策略可明显改善系统的动态性能、有效缩短过渡过程的调节时间,并能够减小系统频率的波动范围。

加速指令前馈控制策略在超超临界机组CCS优化应用

以660 MW机组协调控制为研究对象,通过对机组协调特性进行研究,分析其影响锅炉反应滞后的原因,提出一种基于给水加速指令、燃料加速指令的前馈控制策略,将一定的前馈量叠加到给水主控及燃料主控之中。试验结果表明,基于给水加速指令-燃料加速指令的协调控制系统,能够更好适应机组变负荷工况,很好解决机组在快速升降负荷时,锅炉侧压力稳定变化问题。

超临界600MW机组协调控制的优化

针对华能上海石洞口第二电厂1、2号超临界2×600MW机组自动发电控制(AGC)方式下的主蒸汽温度、主蒸汽压力及汽水分离器中间点温度的控制偏差较大、燃料量波动幅度大等使得AGC投入率较低的问题,结合机组的运行工况,对机组协调和主、再热蒸汽温度、给水流量等子系统的控制策略进行优化,并对优化后的控制系统进行了1.5%/min变负荷试验。在负荷变化过程中,2台机组的主蒸汽温度偏差绝对值均<5℃,再热蒸汽温度偏差绝对值均<10℃,汽水分离器中间点温度偏差绝对值均<6℃,主蒸汽压力偏差绝对值均<0.6MPa,功率偏差绝对值均<2MW,表明优化后的控制系统减小了各参数的控制偏差,负荷响应快,且满足AGC要求。