基于可调分数阶PI~λD~μ的无刷直流电动机转速控制器设计

根据模糊匹配规则,利用MATLAB/Simulink软件设计了模糊可调分数阶PIλDμ控制器模型,分别与整数阶PI、分数阶PI~λD~μ控制器模型对无刷直流电动机转速控制效果进行了对比.结果表明:模糊分数阶PI~λD~μ控制器响应更快速、更精准,抗负载扰动能力更强.     

锚杆钻车机械臂分数阶PI~λ控制器设计及仿真研究

以矿用锚杆钻车机械臂为研究对象,设计了基于分数阶PI~λ算法的空间位姿控制器。首先建立了机械臂每个关节处的阀控油缸的二次传递函数;其次推导出了PI~λ控制器的设表达式;然后对分数阶PI~λ控制器的参数K_i、λ对系统稳定性能的影响作了分析。最后将分数阶控制器和整数阶控制器进行比较,结果表明分数阶控制器在响应速度、调节时间、稳态精度方面都比整数阶控制器的控制效果更好。     

基于神经网络优化算法的分数阶PI~λD~μ控制

针对传统的PID控制器控制效果欠佳以及分数阶PI~λD~μ控制器参数复杂难以整定的问题,设计了一种基于误差反向传播(Back propagation, BP)神经网络算法的分数阶PI~λD~μ控制器。首先,将分数阶PI~λD~μ控制器数字化,然后通过BP神经网络算法调节突触权值,经调整后的输出量作为分数阶PI~λD~μ控制器的参数值,最后分别采用分数阶和整数阶作为被控对象进行实验仿真,仿真结果证明了神经网络分数阶PI~λD~μ控制器比传统PID控制器的具有超调量小、上升时间快、稳定性好的优点。     

基于HPSO优化的磁悬浮系统分数阶控制

针对磁悬浮系统的非线性以及开环不稳定的特点,提出一种分数阶PI~λD~μ控制器控制磁悬浮系统的方法.首先建立系统的数学模型,然后设计分数阶PI~λD~μ控制器,并建立控制系统的仿真模型,最后应用遗传算法与粒子群算法相结合的混合粒子群算法优化分数阶PI~λD~μ控制器的k_p、k_i、k_d、λ、μ参数,采用改进的误差绝对值时间积分函数作为优化目标,对系统进行多种信号的仿真跟踪.结果表明,分数阶PI~λD~μ控制器收敛速度快,鲁棒性强,达到了预期的控制效果.     

基于分数阶控制器的PMSM恒速控制

为了实现交流永磁同步电机的高性能速度控制,提出一种能满足系统稳定性和鲁棒性要求的分数阶比例积分控制器.为评价该分数阶控制器的性能,将该控制器和采用最优化设计的整数阶比例积分控制器分别应用于同一系统进行了仿真和原型实验.结果表明:对于相同的负载扰动,分数阶比例积分控制器的控制效果明显优于最优的整数阶比例积分控制器,且其对系统开环增益变化具有更强的鲁棒性.     

永磁同步电机分数阶与滑模变结构复合控制研究

针对永磁同步电机矢量控制系统的速度环,通过引入分数阶微积分及滑模变结构控制理论,设计了一种分数阶与滑模变结构复合控制器.该复合控制器通过一个可变的加权因子α将分数阶PIλDμ与滑模变结构控制有效、协调地组合起来,从而达到了既克服滑模变结构在滑动平面原点附近产生高频颤动的缺点,又拓宽了相对于传统比例-积分-微分(PID)控制器的调节范围,使得永磁同步电机控制系统的鲁棒性、快速性、稳定性和抗干扰能力得以提高,对于采用多种复合交叉控制方法来改善电动机控制系统具有参考意义.     

基于分数阶PD速度控制器的永磁同步电动机控制研究

为了实现交流永磁同步电机的高性能速度控制,提出一种能满足系统稳定性和鲁棒性要求的分数阶比例微分控制器。为评价该控制器的性能,将该控制器和采用最优化设计的整数阶比例积分控制器分别应用于同一系统进行了仿真和原型实验。结果表明:采用文中提出的分数阶比例微分控制器的系统响应速度、跟随性能和节能效果均优于采用整数阶比例积分控制器的系统。     

异步电机全分数阶矢量控制系统的设计与实现

为实现异步电机的高性能控制,提出了一种基于全分数阶PIλDμ控制器的矢量控制系统设计方法。根据分数阶控制器的数学特征,确定矢量控制系统中分数阶电流环控制器和分数阶电压环控制器的形式;根据相位裕量、幅值及增益鲁棒性准则求出分数阶控制器的参数;在数值仿真中,采用Oustaloup递归滤波器来实现分数阶算子的近似和有理化,对比了同样设计标准下整数阶控制器和分数阶控制器在横转速、转速变化和负载突变下的动态性能。对所提控制方法进行了实验验证,结果表明:相较于采用整数阶PID控制器系统,采用电流转速双闭环全分数阶PIλDμ控制器系统的跟随性能和抗扰性能更优,使用分数阶的矢量控制系统能使阶跃响应的超调量和调节时间分别下降24.84%和7.35%,在输入变化的系统中分数阶的动态降落为整数阶的22.5%。研究结果表明,所提分数阶控制器的设计方法可用于异步电机高性能矢量控制系统。     

基于分数阶模糊滑膜控制永磁同步电机的研究

为了提高永磁同步电机(PMSM)综合控制性能,基于传统的滑膜控制(SMC),设计了分数阶积分滑模控制器对永磁同步电机进行控制.针对传统滑膜控制存在抖振问题,应用了变结构概念的边界层方法,在分数阶滑膜控制器饱和函数前设计了模糊控制器以调整比例积分(PI)系数,从而有效地削弱抖振现象,提高了系统的综合性能.MATLAB仿真结果表明,分数阶模糊滑膜控制器可以有效地提高系统的鲁棒性,能较好地解决系统的抖振现象.     

基于MATLAB/Simulink仿真的永磁同步电机新型超螺旋二阶滑模转速控制

为进一步提高永磁同步电机转速外环控制性能,设计了一种新型超螺旋二阶滑模转速控制器。基于传统超螺旋算法,提出了一种新型超螺旋算法,包括设计了变指数取代传统算法中非线性项的常指数,采用分数阶代替整数阶,构造了变边界层非线性指数函数取代开关函数。采用新型超螺旋算法设计永磁同步电机转速控制器,并进行MATLAB/Simulink仿真,过程中使用鲸鱼算法优化控制参数。所得仿真结果为：相比指数趋近律与传统超螺旋算法,采用新型超螺旋算法设计的转速控制器的转速超调、转速受扰时的下降幅度、转速稳态跟踪误差最小。根据仿真结果,得出结论为：新型超螺旋二阶滑模转速控制器在系统收敛能力、抗扰能力及抖振抑制能力方面均优于指数趋近律滑模和传统超螺旋二阶滑模转速控制器。     

离子型金属聚合物复合材料的分数阶建模及二阶滑模控制

离子型金属聚合物复合材料(ionic polymer metal composites,IPMC)是一种具有广阔应用前景的电驱动智能复合材料,但是它具有强非线性,尤其是磁滞特性,严重影响了控制精度。分数阶控制系统的提出,不仅涵盖了传统的整数阶系统,还对其进行了补充,大大增加了控制理论的鲁棒性和易模拟性。为了准确建立IPMC模型,首先通过实验数据和人工蜂群算法对整数阶模型进行参数寻优,再将其转化成拟合度更高的分数阶模型。针对该分数阶模型,提出并介绍了基于分数阶的二阶滑模控制器的理论内容,并从仿真与实验两个方面分别与分数阶PI~λD~μ控制器作对比,结果表明了所提出控制方法的控制效果更好。     

永磁同步电机无速度传感器的直接转矩控制系统

提出了一种基于降阶观测器的无速度传感器控制方法,用于永磁同步电机直接转矩控制系统的转速辨识.该方法将永磁同步电机的降阶运动电动势观测器与模型参考自适应系统(model reference adaptivesystem,MRAS)进行有机的结合,选取永磁同步电机电压方程作为参考模型,永磁同步电机降阶状态方程作为可调模型.理论分析和仿真结果表明,所提出的永磁同步电机无速度传感器直接转矩控制系统的转速辨识方法具有较强的鲁棒性和优越的动静态性能.     

双闭环直流调速系统的分数阶PIλ控制

分数阶PIλDμ控制算法有助于比较新的、控制性能比较高的控制器。将分数阶PIλ算法应用到双闭环直流调速系统的速度控制器中,利用粒子群优化算法确定分数阶PIλ控制器的最优的Kp、Ki和λ参数;并和整数阶PI控制器进行比较。通过Matlab/Simulink仿真验证了分数阶PIλ控制器的稳定性、跟随性能、抗扰动性能都优于普通整数阶PI算法,同时验证了粒子群优化算法参数整定的有效性。     

基于模糊分数阶滑模控制的永磁同步电机控制

针对传统一阶滑模控制中存在的抖震和模糊控制系统静差问题,结合滑模控制和模糊控制的优点,引入分数阶微积分理论,提出基于模糊分数阶滑模控制的永磁同步电机速度控制系统,给出模糊分数阶滑模控制器的设计方法,并对该控制器的性能进行了分析.仿真和实验表明,文中提出的模糊分数阶滑模控制系统不但具有较好的控制性能,而且具有对外部负载扰动的鲁棒性.     

基于分数阶PI~λ控制器的单容水箱液位控制

讨论分数阶PIλ控制器在单容水箱液位控制中的应用问题,给出了一种基于图解稳定性准则的PIλ控制器的设计方法.研究了PIλ控制器的参数稳定域,然后在稳定域内进行系统性能的设计,并提出具体的设计算法.通过Matlab仿真和水箱液位控制系统的实际操作实验,对分数阶PIλ控制器、整数阶PI控制器和常规Ziegler-Nichols参数整定方法进行比较,说明了本文设计方法的有效性和分数阶PIλ控制器的优越性.     

基于分数阶滑模转速控制器的永磁同步电机矢量控制

传统滑模控制方法在永磁同步电机控制中应用广泛,但该方法存在超调量大、抗干扰能力弱、抖振较大等问题,针对这些问题,提出了一种分数阶滑模控制方法,运用该方法设计分数阶滑模转速控制器.首先,设计分数阶滑模面;其次,在传统趋近率的基础上引入分数阶理论,提出一种新型分数阶趋近率,该新型趋近率是将幂次趋近率与分数阶微积分相结合,且...     

基于Super-Twisting滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

针对永磁同步电机矢量控制系统的高性能要求,提出一种基于二阶super-twisting滑模理论的永磁同步电机转子反电动势观测器.对电机反电动势观测值进行运算处理得到电机转子位置与转速,并采用矢量控制对电机转速进行控制,从而实现永磁同步电机的无传感器控制.根据Lyapunov稳定性理论,该观测器的收敛特性,super-twisting算法相比于传统一阶滑模算法极大地削弱了系统的抖振,降低系统超调的同时减小了系统调整时间.仿真和实验结果均表明该方案可有效实现转子位置与转速的估算,且系统具有良好的鲁棒性和动态响应能力.     

基于预测自适应的永磁同步电机无传感器控制

针对传统永磁同步电机无传感器控制动态性能差和转速信号观测精度低的问题,设计了新型永磁同步电机无传感器控制方法.文章采用在线梯度下降法设计二阶线性扩张状态观测器,该二阶线性扩张状态观测器能够在永磁同步电机负载扰动或转速突变情况下准确快速对电机转速实时估计;同时将预测自适应滑模控制系统应用于转速环节,通过预测自适应估计永磁同步电机扰动变化量进行实时电流补偿.仿真结果表明:二阶线性扩张状态观测器能够对转速准确快速实时估计,且抗干扰能力强;预测自适应滑模控制策略有效缩短电机速度响应时间,显著削弱电机转速、电磁转矩的抖振,表现出良好的动态性和鲁棒性.     

数字孪生驱动下永磁同步电机滑模变结构一体化解耦控制

提出数字孪生驱动下永磁同步电机（PMSM）滑模变结构一体化解耦控制方法,改善永磁同步电机控制能力。构建基于数字孪生技术的永磁同步电机控制结构,通过设备层采集实际永磁同步电机运行数据及环境数据,作为数字孪生驱动数据来源,孪生建模层依据获取永磁同步电机数据,构建永磁同步电机的数字孪生驱动模型以及虚拟场景,经虚拟模型与虚拟场景耦合后,在虚拟场景中还原永磁同步电机运行状态;在孪生控制层中设计精确线性化解耦控制方法,并构建速度、电流一体化滑膜解耦控制器,在虚拟环境中通过解决永磁同步电机速度与电流之间的非线性耦合问题,完成实体电机解耦控制;同时数字孪生控制结构各层之间通过孪生数据传输实现数据交换与指令下发,实现有效的电机控制。经实验验证：经该方法控制后,永磁同步电机可在负载突加与突卸状态下保持平稳的电流与转矩,同时还可以迅速调整电机转速,使电机保持在理想状态下运行。     

基于抗负载扰动的永磁同步电机双滑模控制

为提高永磁同步电机矢量控制系统的抗负载扰动能力,提出一种基于滑模转速控制器和滑模负载转矩观测器的永磁同步电机双滑模控制策略.该控制策略通过在滑模转速控制器的滑模面中加入转速误差的积分项,使系统的静态误差变小,并且通过设计一种改进的指数趋近律,使系统状态变量的收敛速度得以提高.以负载转矩和电机转速为观测对象设计滑模负载转矩观测器,将负载转矩观测值前馈补偿到滑模转速控制器中,使滑模转速控制器不连续项的最小幅值有效减小,从而有效抑制了滑模抖振现象,提高了控制系统的动态鲁棒性能和抗负载扰动能力.仿真结果验证了该控制策略的有效性和优越性.