基于动态矩阵的永磁同步直线电机速度控制

为了改善直线电机的动态响应性能,提高电机控制系统的鲁棒性,使电机稳定运行,基于预测控制理论,设计了适用于直线电机速度环控制的动态矩阵控制器,将传统的直线电机三闭环控制系统中的速度环PID控制器替换为动态矩阵控制器,并分别搭建基于PID速度控制器和动态矩阵速度控制器的永磁同步直线电机三闭环仿真模型,在此基础上给控制系统施加阶跃信号,并进行突加负载和突减负载的仿真,将2种控制器控制下的系统响应结果进行对比。仿真结果表明,当速度环采用动态矩阵控制后电机的响应速度更快,超调更小,使电机速度更快达到稳定。改进后的速度环控制器提高了直线电机控制系统的鲁棒性,改善了直线电机的动态响应性能,提高了控制系统的抗扰动能力,有利于电机在负载变化较大的情况下运行。     

基于控制系统模型前馈高响应控制技术研究

为提高控制系统的响应速度,基于控制系统模型提出前馈控制结构. 该种前馈结构可以保证指令输入到指令输出与扰动输入到指令输出完全独立,充分考虑了控制系统的动态响应性能,保证了控制系统的响应跟踪能力与扰动抑制能力的最优化. 实验结果表明,该种新型前馈系统相比于传统的基于低通滤波的前馈系统具有更好的速度及电流指令跟踪能力,消除了低通滤波前馈对指令滤波造成的失真,该方法大幅提高了控制系统的速度跟踪响应能力.      

基于MATLAB/SimMechanics工业机器人惯量前馈仿真研究

根据当今工业生产过程中的需求,对工业机器人控制系统做了简要介绍.在普通的伺服控制系统的基础上,引入了惯量前馈技术以提高系统控制性能.为了验证引入惯量前馈技术后的机器人系统动态特性,运用了SimMechanics模块建立了机器人模型,并且进行了运动学仿真.结果表明,引入惯量前馈技术的机器人控制系统相对于普通伺服控制系统拥有更好的控制效果和动态特性.     

永磁同步伺服电机的变结构与前馈复合控制

为提高永磁同步伺服电机控制系统的性能,文章阐述了永磁同步电机伺服系统架构并给出了永磁同步电机的数学模型。在此基础上,对传统的三环伺服位置控制进行了分析,给出了各控制环参数的设计准则,并总结了传统伺服控制策略下的特点。随后,针对传统伺服控制系统定位精度低、响应慢的缺陷,在分析研究变结构控制和前馈控制特点的基础上,将其与传统控制相结合,提出了三者控制方式结合的复合控制策略,并对其进行了相应地理论分析。最后,建立了相应的系统仿真控制模型,并进行了测试。结果表明：变结构控制和前馈控制独立作用时均可缩短系统响应时间,而前馈控制还可提高系统的定位精度;同时复合控制结合了两者的优点,既提高了系统位置响应速度又改善了位置跟踪精度。     

基于前馈-反馈复合控制的盾构土压平衡控制

为使盾构土压平衡控制系统既有较高的土压力控制精度又能及时消除推进速度波动对土压力产生的干扰,在现有土压平衡控制系统基础上,提出基于推进速度前馈-密封舱压力反馈的土压平衡控制系统.建立密封舱土压力数学模型,根据模型描述的推进速度、螺旋输送机转速和密封舱土压力之间的关系,通过推进速度前馈环节得到螺旋输送机转速相应的改变量,在推进速度波动对密封舱压力造成干扰之前进行补偿.同时,系统中的土压力反馈环节可以进一步消除其他干扰因素造成的土压力控制误差,提高系统稳态精度.利用在盾构实验台上采集的实验数据进行对比分析计算,验证土压力产生机理模型的有效性.结果表明,在前馈-反馈土压平衡控制系统中推进速度改变后螺旋输送机马达转速的响应时间约为0.5 s,而在反馈系统中约为2.5 s,前馈-反馈系统土压力控制最大相对误差为1.54％,而反馈系统为6.52％,因此证明当推进速度波动时,采用前馈-反馈控制的土压平衡控制系统具有更好的性能.     

水下滑翔机垂直面运动的前馈级联控制

针对水下滑翔机的结构特点,通过对不同控制策略的研究,提出前馈级联控制策略.首先,通过合理简化,建立水下滑翔机的纵平面运动模型;其次,基于水下滑翔机的航行要求和调节机构的特点,对单环控制策略、前馈反馈控制策略和前馈级联控制策略的控制原理进行分析研究;最后,利用Slocum滑翔机的基本参数,采用单环控制、前馈反馈控制和前馈级联控制三种不同控制策略对水下滑翔机进行仿真研究.对滑翔机俯仰角、滑翔速度、攻角、姿态控制滑块位置和浮力驱动系统质量等系统参数的对比分析表明,前馈级联控制策略在静态性能和动态性能方面均具有明显优势,可以使水下滑翔机快速实现对控制指令的跟踪响应,系统超调量小,状态切换平稳,适合于水下滑翔机的运动控制.     

基于神经网络模型的扩展优化自校正预测控制

利用前馈神经网络权初值优化的快速BP算法建立对象的非线性预测模型,采用分段线性化的技术建立动态线性模型,基于该线性模型进行滚动优化,同时用非线性预测模型对其进行补偿,实现对具有时延的非线性系统的预测控制,较好地解决了非线性系统存在时变、模型失配等情况下的控制问题。仿真实验表明由它构成的控制系统具有很好的动态响应和较强的鲁棒性。     

基于双环控制的BuckDC—AC逆变器

为了提高Buck DC-AC逆变器的动态特性,改善系统的鲁棒性及抗负载扰动的能力,提出一种带电流前馈的双环控制器.该控制器采用全状态反馈的电压和电流双环控制策略,改善了逆变器系统的动态响应性能,提高了稳态性能;另外,电流前馈环的使用也使系统的抗负载扰动能力显著提高.实验结果表明,双环控制中的内环增大了逆变器控制系统的带宽,加快了逆变器的动态响应,提高了稳态精度,对负载扰动也有较高的抑制能力.     

基于在线辨识的机器人惯量前馈控制仿真研究

针对模块化串联协作机器人,当腕部3个关节模块集中在机器人末端时,在机器人运行过程中,本体和负载会对前3个关节产生较大的惯性效应,降低机器人的控制效果.为了消除惯性效应对机器人伺服控制系统的影响,提高协作机器人的跟踪精度,加快动态响应的速度,减少超调量并降低稳态误差,在建立协作机器人动力学模型、计算前馈力矩的基础上,提出了一种基于在线辨识算法的惯量前馈控制技术.由于在机器人运行过程中,各关节电机所带负载的转动惯量不断发生变化,为了实时得到转动惯量实际值,在控制系统中引入变遗忘因子最小二乘辨识算法,对各电机所带负载的转动惯量进行在线辨识.考虑到协作机器人关节中的传动机构多由弹性部件组成,将弹性因素加入到控制系统的设计当中,建立了两刚体弹簧系统被控模型.将转动惯量辨识值输入到前馈通道,实时修正动力学模型中的惯性矩阵,输出前馈电流并叠加在伺服系统电流环的输入端,从而实现前馈控制.最后,在Simulink环境中,基于实验室研制的一种模块化串联协作机器人对该控制技术进行了仿真验证,结果表明:该惯量前馈控制技术能够显著提升机器人控制系统的响应速度与跟踪特性并降低其超调量,验证了该惯量前馈控制技术的可行性与优越性.     

基于一阶低通滤波器滑模反步法的直流电机位置控制

针对直流电机位置控制系统在负载扰动情况下存在控制精度低、响应速度慢和鲁棒性差的问题,提出了基于一阶低通滤波器滑模反步法的直流电机位置跟踪控制算法.通过滑模反步法进行虚拟控制实现直流电机实际位置控制.利用一阶低通滤波器计算虚拟控制项的导数,消除微分膨胀,使控制器设计简单,但同时造成了相位滞后.通过前馈环节对一阶低通滤波器造成的相位滞后进行补偿.考虑位置跟踪、虚拟控制和滤波误差设计线性动态滑模面,改进滑模变结构控制律的切换控制项,提高滑模趋近速度,同时降低系统输出抖振.定义了Lyapunov函数,证明系统稳定性.仿真实验对比了比例积分微分(proportion integration differentid,PID)控制和传统滑模控制算法,结果表明,该方法能够快速、准确地跟踪给定位置信号,同时具有较好的鲁棒性.     

基于新型趋近律和扰动观测器的永磁同步电机滑模控制

为了提高永磁同步电机的转速控制性能,克服扰动对伺服控制的影响,提出了一种基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法.设计了一种新型趋近律,以解决传统趋近律滑模面趋近时间和系统抖振之间的矛盾,提高系统响应快速性.综合考虑系统存在内部参数摄动和外部负载扰动,设计了滑模扰动观测器,并将观测值前馈补偿到速度控制器输出端;将观测器切换增益设计为扰动观测误差的函数,以削弱滑模观测值抖振.仿真结果显示,与传统趋近律相比,采用新型趋近律可有效提高系统的响应速度,快速准确的跟踪速度阶跃信号;滑模观测器可准确的观测系统扰动的变化;当系统加入负载扰动时,PI控制最大转速波动值为75 r·min-1,而基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制最大转速波动值较小为30 r·min-1,鲁棒性更好.实验结果显示,采用基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以快速跟踪400 r·min-1的速度指令,调节时间为0.12 s,稳态跟踪误差为±4 r·min-1,且转速无超调;滑模观测器可准确无超调的估计系统扰动值,进一步提高系统的抗扰动性能;当电机以400 r·min-1稳速运行时,加入0.6 N·m的负载扰动,基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法最大转速波动为23 r·min-1,与PI控制相比,转速波动减小了8%.上述仿真和实验结果具有较好的一致性,表明基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以有效抑制滑模控制系统的抖振,提高转速控制系统的鲁棒性和动态响应性能.     

一种新型光伏并网逆变器同步控制策略

为使光伏并网逆变器能够实时跟踪电网电压,需要对逆变器实施一种合理的同步控制.常用的无差拍控制具有瞬时响应快、精度高等特点,但是其自身鲁棒性差,难以抑制非线性负载干扰信号的扰动,重复控制可以精确跟踪电网波形,有效抑制谐波,缺点是控制指令总会滞后一个周期输出,动态响应慢.基于此,提出了一种复合同步控制策略,建立了仿真模型,并在仿真软件Matlab/Simulink下进行了仿真实验.结果表明,该控制策略相比常用的控制方法精度高、稳定.它即提高了系统的响应速度又完善了输出波形,并且可以有效抑制非线性干扰信号的扰动.证明了新型复合同步控制策略在光伏并网逆变器中应用的可行性.     

基于Buck DC-AC逆变器的双环控制

针对Buck DC-AC逆变器,提出一种带电流前馈的双环控制器。此控制器设计简单,由于采用全状态反馈的双环控制策略,改善了逆变器系统动态响应性能,提高了稳态性能。此外,电流前馈环的使用提高抗负载扰动的性能。实验结果表明,双环控制中内环扩大逆变器控制系统的带宽,使逆变动态响应加快,同时也有较高的稳态精度,对负载扰动有较高的抑制能力。     

永磁同步电机直接转矩控制系统

针对永磁同步电机直接转矩控制系统,首先阐述了直接转矩控制原理,它是在维持定子磁链幅值恒定的前提下,通过电压空间矢量来调节定子磁链的旋转速度,从而控制转矩和转速.其次,在此理论基础上,简单地建立了系统的模型,说明了它的工作过程以及与异步电机直接转矩控制系统的不同.最后用SIMULINK仿真软件对其进行了建模和仿真,仿真结果表明了直接转矩控制应用于永磁同步电机的正确性和可行性,永磁同步电机直接转矩控制系统具有良好的稳态跟踪性能和优异的动态响应.     

灰色预测控制方案在磁场定向控制的异步电机调速系统中的应用

针对传统交流调速系统存在结构复杂及系统性能受不确定性影响严重等缺点,采用磁场定向控制的交流调速系统可以获得与直流调速系统相媲美的静动态特性.将灰色系统理论应用于交流调速系统,应用灰色预测控制进一步改善了磁场定向控制的异步电机调速系统的控制性能.经过仿真实验表明,灰色预测控制能明显改善交流调速系统的控制性能.从而为交流调速系统的应用提供了更广阔的前景.     

操作变量与前馈变量转换对模型预测控制可行域影响机制

模型预测控制因其解耦性和强鲁棒性得以在过程控制中广泛使用.在实际生产过程中,因操作需要常常放开控制器对部分操作变量的控制,此部分操作变量则转化为前馈变量.变量之间的转换将使系统的结构在方系统、胖系统和瘦系统之间发生转换.对于瘦系统,操作变量的维数少于被控变量,其控制效果往往低于其他结构的系统.同时,原操作变量不被控制器控制后,转换为前馈变量,也会影响对系统的控制效果.可行域能直接反映系统控制效果.在对状态空间模型进行多步预测推导的基础上,将部分控制变量与前馈变量进行转换,用空间几何映射表示变量转换,并分析转换对系统可行域的影响.最后,针对实际生产过程中放开部分控制变量的情况,提出预判机制,以保证系统可控.     

电励磁同步电机的U模型自抗扰无速度传感器控制

为有效抑制电励磁同步电机调速时负载等外部干扰对系统稳定性的不利影响,同时考虑到高强度干扰引发的编码器故障,提出一种基于U模型的自抗扰无速度传感器控制策略。首先针对高强度干扰对编码器的影响,建立了基于U模型的电机转速估计模型;然后将负载扰动归为未知扰动,利用扩张状态观测器对扰动进行观测,并将电机转速估计值作为速度反馈,通过反馈控制律进行主动补偿,提出基于U模型的自抗扰无速度传感器控制策略;最后对基于U模型的自抗扰控制器与传统PID控制器进行仿真和实验对比。结果表明,基于U模型的自抗扰控制器较传统PID控制器具有更好的动静态响应特性;基于U模型的自抗扰无速度传感器控制策略具有有效性;在编码器出现故障时,通过U模型对转速的估计仍可保证系统稳定运行,同时还可提高系统的动态性能和抗干扰能力。     

电动特种车辆超低速电机控制策略

为满足机场地面电动特种车辆超低速行驶的特殊工况要求,以内置永磁同步电机作为研究对象,对传统以转矩为控制目标的矢量控制策略加以改进,提出一种基于恒转速控制下结合电压前馈补偿的双闭环模糊控制策略,运用Simulink搭建双闭环模糊矢量仿真模型,并对样车平台实车测试.仿真结果与实验数据表明,改进控制策略在超低速工况下可有效提高电机转速响应速度与稳定性;减弱电流波动与峰值电流;提高扰动情况下的转矩输出能力与稳定性.