考虑边端效应及参数变化的直线感应电机MRAS速度观测方法

以轨道交通直线感应电机(Linear Induction Motor,LIM)牵引驱动系统速度观测器为研究对象,针对边端效应及电机参数变化导致辨识结果实时性、鲁棒性不足的问题,提出一种基于二阶超螺旋滑模的改进模型参考自适应系统(Model Reference Adaptive System,MRAS)速度观测方法。首先,以计及动态边端效应的初次级电压电流磁链方程为核心,设计直线感应电机标准MRAS速度观测器,降低边端效应对速度辨识性能的影响。然后,进一步分析初级集肤效应和初次级横向错位对标准MRAS速度观测器辨识性能的影响。在此基础上,基于二阶超螺旋算法对MRAS参考模型进行改进,利用主滑模面和辅助滑模面对次级磁链观测的干扰项进行补偿,同时抑制由于滑模算法引入的系统抖振,提高了速度观测器的鲁棒性和动态性能。最后,搭建仿真和硬件在环实验环境进行算法验证。实验结果表明:励磁互感及其他电机参数随边端效应修正因子变化,标准MRAS观测器在突加负载、引入测量误差和电机参数突变的工况下,速度辨识误差明显;改进的MRAS观测器能够实现直线感应电机速度的快速、准确辨识,基于该速度观测器的矢量控制策略,在突加负载、引入测量误差和电机参数突变的工况下,控制性能满足设计要求。研究结果能为轨道交通直线感应电机无速度传感器牵引驱动系统的研究提供一定借鉴。

二阶滑模超螺旋算法的直流微电网阻抗观测与纹波补偿

在直流微电网中,直流母线电压二阶纹波分量会导致直流负载或直流能源受到干扰,严重时危害整个系统的电能质量。为此,在分析双向DC/DC变换器电压/电流双闭环控制的基础上,设计了直流有源电力滤波器的直流电压纹波控制,提出一种扰动跟踪的电网阻抗快速观测方法,采用二阶滑模控制的超螺旋算法设计了扰动步长的控制率,加快了阻抗系数的观测速度,实现了阻抗系数的快速动态观测,进一步实现了直流有源电力滤波器对所需补偿纹波电流的实时跟踪提取,有效抑制了直流微电网母线电压二阶纹波。最后,搭建了相应的直流微电网测试平台,验证了所提策略的可行性与有效性。

非理想条件下并联有源电力滤波器的无源超螺旋二阶滑模控制策略

电力系统运行在非理想状态时,容易产生短暂的电压波动,此时并联有源电力滤波器(shunt active power filter,SAPF)采用无源控制策略无法高效、精确地调节电能质量,而常规滑模控制又容易引起抖振。针对上述情况,将无源控制和抗干扰能力更强的超螺旋二阶滑模控制相结合,提出了一种无源超螺旋二阶滑模控制策略。首先,根据有源电力滤波器的数学模型建立基于正负序分离的欧拉−拉格朗日模型;其次,对系统的模型进行了无源性分析,且根据其无源性设计了无源控制器,同时采用超螺旋二阶滑模控制对无源控制器进一步优化,提高了系统整体的鲁棒性和抗干扰能力;最后,在理想状态和负载突变、负载不平衡、电网电压不平衡、单相电压突变4种非理想状态下,通过仿真实验验证了无源超螺旋二阶滑模控制策略的有效性和优越性。

基于自适应超扭曲算法的燃料电池供气系统二阶滑模控制研究

针对某小型无人机基于聚合物交换膜氢燃料电池和锂离子电池的电推进混合动力系统的实用化需求,提出了一种基于非线性自适应超扭曲算法的二阶滑模氢燃料电池供气系统控制的设计方法。通过研究燃料电池供气系统空压机空气流量与过氧比之间的关系,建立了期望空气流量与最佳期望过氧比关系的参考模型。在参考模型的基础上,引入自适应超扭曲二阶滑模控制器来优化燃料电池供气系统的性能。仿真结果表明,该控制器具有较强的鲁棒性,在负载变化和参数不确定情况下具有良好的暂态性能,同时保证了受控系统的稳定性,优化的压缩机功率配置比恒定的压缩机功率配置节能2.7%,验证了自适应超扭曲二阶滑模控制器的有效性能。

基于改进的离散域二阶滑模观测器的内置式永磁同步电机无位置传感器控制

滑模观测器由于对系统不确定性具有良好的鲁棒性,逐渐应用于永磁同步电机无位置传感器控制中,但是在实际应用中滑模观测器的抖振现象会严重影响系统控制性能。该文提出一种用于内置式永磁同步电机无位置传感器控制的改进的二阶滑模观测器,采用基于Super-twisting算法的二阶滑模观测器,不同于常规的通过滑模观测器估算得到反电动势分量的方法,该方法基于内模控制原理引入二阶广义积分器,通过滑模观测器估算得到反电动势误差分量,再经过二阶广义积分器得到估算的反电动势分量,能够在保证估算准确性的同时很好地抑制系统抖振。同时,为了消除数字实现过程中的离散化误差和估算反电动势分量的耦合项,提高估算的准确性,重新构建了基于扩展反电动势的离散域数学模型,并基于该模型设计了改进的离散域Super-twisting滑模观测器。最终将估算得到的扩展反电动势分量用于估算转子位置和转速。通过实验对该文提出方法的有效性进行了验证。

基于超螺旋二阶滑模理论的直流微电网母线电压控制

针对直流微电网系统中的负载波动、参数摄动等不确定因素造成的母线电压稳定性问题,提出了一种超螺旋二阶滑模控制策略。文中以直流微电网三相AC-DC变流器为主体,通过合理选取滑模变量,利用Super-twisting思想设计了直流微电网三相AC-DC变流器电压外环二阶滑模控制器,该控制器既保留了传统滑模的强鲁棒性,又有效地削弱了控制系统抖振;根据Lyapunov第二定律,给出了超螺旋二阶滑模的稳定性条件。通过数值仿真验证了该控制策略的可行性与正确性。

IPMSM有效磁链二阶滑模自适应估计控制

针对传统滑模观测器的动态品质差、抖动大的问题,提出一种基于无位置传感器内置式永磁同步电机控制系统的定子有效磁链二阶滑模自适应磁链观测器。该观测器利用超螺旋算法理论,以静止坐标系下电流误差及电流误差的估计值为状态变量,构造出定子电流误差估计值的二阶滑模自适应观测器,得到准确的有效磁链估计,使得该估计值可在有限时间内快速收敛且具有强鲁棒性;同时利用定子磁链估计值获取电机转子位置信息,实现电机稳态运行。仿真和实验结果表明,在不同负载条件下该观测器具有很强的适应性,且磁链估计值抖动小、精度高,因此所提控制方案可行有效。

过渡金属硫族化合物二阶非线性光学效应的调控及应用

二阶非线性光学效应源于电子势函数的非谐性,可实现激光的频率转换,被广泛应用于基础科学研究和现代激光技术。单层过渡金属硫族化合物具有极大的二阶非线性系数,作为基础单元实现高效的非线性光学响应潜力巨大。如何保持单层材料的极大非线性系数,扩展材料厚度及响应频段,提升非线性响应,是重要挑战。本文主要介绍了基于单层过渡金属硫族化合物的二阶非线性光学效应的调控,包括单层过渡金属硫族化合物的频率依赖及不同对称性相的多层堆叠等,并总结了过渡金属硫族化合物非线性光学效应的应用前景。

一种基于二阶滑模的柔性运载火箭姿态控制

为了实现柔性运载火箭的高精度姿态控制,针对传统滑模控制中存在的抖振问题,提出了一种新型的二阶滑模变结构控制方案,并利用超螺旋算法得出控制律。在运载火箭的飞行过程中,运载火箭姿态控制系统是具有参数不确定和外界干扰的复杂系统,该方法在保证控制系统鲁棒性的前提下,有效地削弱了抖振现象,从而避免了激发出箭体高频弹性模态,能够较好的改善控制系统的动态响应性能。仿真结果表明,该方法在运载火箭姿态控制中取得了较好的控制效果,同时具有较强的鲁棒性。

基于超螺旋二阶滑模的PMSM-DTC系统研究

针对传统永磁同步电机直接转矩控制系统(PMSM-DTC)易受参数变化影响及转矩脉动大的问题,提出在系统中采用空间电压矢量调制技术(SVPWM)代替传统的正弦脉宽调制(SPWM),引入控制率为超螺旋算法的二阶滑模变结构,以定子磁链和转矩作为被控对象设计控制器代替传统系统中的PI控制器。仿真结果表明,该策略不仅有效消除了一阶滑模存在的抖振问题,明显减小了系统中定子磁链和转矩脉动,且具有较强的速度跟踪能力,对负载扰动和参数变化等不确定性具有很强的鲁棒性,因此可以很好地应用在电机控制方面。

基于二阶滑模与定子电阻自适应的转子磁链观测器及其无速度传感器应用

针对感应电机高性能矢量控制需求,设计一种基于Super-Twisting二阶滑模理论的转子磁链观测器,并提出以其观测结果作为参考模型的无速度传感器控制方案。该观测器属于非线性滑模观测器,充分利用了辅助滑模面,因而对电机转子电阻变化以及外部扰动具有良好的鲁棒性,且反应速度优于传统电压型转子磁链观测器。而Super-Twisting理论无法处理的定子侧参数变化与扰动问题,则由并行定子电阻辨识机构进行修正。实验证明,转子磁链观测结果的相位和幅值较为准确。整套控制方案的有效性也经由仿真和实验得到验证。

不确定欠驱动系统的高阶自适应Super-Twisting滑模控制

为实现一类不确定欠驱动系统在未知干扰情况下的鲁棒控制,针对传统滑模控制中存在的抖振问题,提出一种基于二次型Lyapunov函数的二阶Super-Twisting自适应滑模控制策略.首先,控制器的不连续项采用二阶Super-Twisting算法,将不连续控制作用在滑模量的二阶导数.然后,针对滑模面受不确定干扰影响的情况,为调节参数设计一种自适应律方法,该方法不受传统二阶滑模控制中干扰项的一阶导数边界已知的条件限制,保证滑模面在有干扰情况下的收敛,削弱控制器输入的抖振现象.最后,以两轮自平衡车为实验对象验证该方法,并与传统滑模及普通二阶滑模方法做仿真对比.仿真结果表明文中所提的二阶自适应滑模控制方法在控制效果和降低抖振方面表现更优.

基于滑模和重复控制的永磁直线同步电机控制

考虑到永磁直线同步电动机(PMLSM)在重复运行过程中会受到由端部效应引起的周期性推力波动和周期性摩擦力以及其他非周期扰动,为提高跟踪精度,文章提出了一种重复控制和滑模变结构控制相结合的PMLSM跟踪控制策略。设计了二阶滑模速度、电流控制器,用于抑制非周期性扰动。滑模控制率采用超螺旋算法,该算法简单易实现,并且能够有效抑制抖动现象。设计PD+重复位置控制器,用于抑制跟踪过程中的周期性扰动。仿真结果表明该策略具有较高跟踪精度,同时具有响应速度快、鲁棒性强的特点。

磁悬浮开关磁阻电机二阶滑模直接转矩控制

为解决单绕组磁悬浮开关磁阻电机(single winding bearingless switched reluctance motor,SWBSRM)运行脉动以及转矩与悬浮力耦合问题,提出了二阶滑模(second order sliding mode,SOSM)—直接转矩与直接悬浮力控制(direct torque and direct suspension force control,DT/DSFC)策略。针对SWBSRM单绕组运行方式,采用五电平功率变换器,结合麦克斯韦应力和机电能量转换原理,推导出SWBSRM磁链、电压、转矩和悬浮力的直接数值解析模型,构建分电压输入模块,实现转矩与悬浮力解耦控制。为进一步提高系统鲁棒性与运行可靠性,消除稳态运行过程中转速脉动,结合超螺旋算法,设计出转矩子系统SOSM控制器,并构建样机控制系统。结果表明SOSM-DT/DSFC能有效消除控制系统的抖振,提高动态特性和鲁棒性,验证了控制策略的合理性与优越性。

电机转速环节Super-Twisting算法二阶滑模控制律设计与研究

针对电机转速环节,研究了以Super-Twisting算法(STA)为基础的转速闭环二阶滑模控制律设计方法,无需对转速求导或求解转速极值。利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性,并分析了系统中比例滑模项对系统收敛的稳定性和快速性的影响,以及不同类型比例滑模项的共同点与区别。仿真结果表明,在STA基础上人为增加比例滑模项可以提高系统的收敛速度,而不受系统工作状态影响,并且不改变系统的STA二阶滑模特性。由于各种电机都具有统一的转子运动方程,因此,研究结果对各种电机的转速环节二阶滑模闭环控制具有通用性。

AGSM光束的聚焦

基于有扭曲的各向异性高斯 谢尔模型 (AGSM)光束二阶矩矩阵的传输公式 ,研究了AGSM光束通过透镜的聚焦。作了详细的数值计算 ,说明聚焦AGSM光束的传输特性 ,包括光束参数和横向光强的变化 ,特别是扭曲项和空间相关长度对聚焦特性的影响。

永磁同步电机二阶滑模控制

针对受参数不确定性和负载扰动影响的永磁同步电机速度控制问题,采用二阶滑模控制的螺旋算法来设计速度控制器,并利用实时鲁棒微分器来估算控制器所需要的转速微分信号。这种二阶滑模控制方法将不连续控制作用滑模量的高阶微分上,理论上可以消除抖振。仿真和实验结果表明,该方法对于负载扰动和参数的变化具有较强的鲁棒性,同时也有效地削弱了抖振现象。

二阶滑模控制在直流无刷电机转速调节中的应用

针对受参数不确定和负载扰动影响的直流无刷电机的鲁棒速度控制问题,采用二阶滑模控制中的超螺旋算法设计速度控制器。控制器将不连续控制作用在滑模量的二阶微分上,不但保持了传统一阶滑模的性能,而且消弱了系统抖振。仿真结果表明,算法对负载和参数的变化具有很强的鲁棒性,有效地消弱了传统滑模的抖振现象。

光束的二阶矩矩阵和~M2因子

基于 4× 4二阶矩矩阵 ,对一般光束的M2 因子和本征像散a作了研究 ,得出复杂像散光束、旋转简单像散光束、准直简单像散光束和无像散光束等一些典型光束的M2 因子和本征像散的解析公式 ,并作了分析。研究表明 ,一般而言 ,扭曲会引起本征像散的增加 ,但却不会影响M2 因子。

基于二阶滑模的永磁直线同步电机的鲁棒速度控制

针对受参数不确定性、端部效应和负载扰动影响的永磁直线同步电机的鲁棒速度控制问题,采用二阶滑模控制的超螺旋算法来设计速度控制器,并利用基于二阶滑模的鲁棒数字微分器来估计二阶滑模控制算法所需要的加速度信号。该策略并没有将不连续控制作用在滑模量的一阶微分上,而是作用于其高阶微分上,理论上可消除抖振作用。仿真和实验结果表明,该策略对负载和参数的变化具有很强的鲁棒性,同时有效地削弱了抖振现象。