永磁同步电机非奇异快速终端可变边界层滑模控制

针对永磁同步电机(PMSM)调速系统易受到参数不确定性及负载扰动的影响,提出了一种新型可变边界层的非奇异快速终端滑模(NFTSM)控制策略。首先,构建可在有限时间内快速收敛的非奇异快速终端滑模面;然后,采用角速度与q轴定子参考电流的二阶模型设计速度环滑模控制器,减小了角速度与q轴定子参考电流一阶模型所引起的误差,并避免了终端滑模面奇异问题;最后,设计可变边界层使误差减小至阈值时系统状态切换至小边界层,实现抖振和跟踪精度的协调控制。数值仿真结果表明,NFTSM控制策略与传统PI控制策略相比,转速超调量小,响应速度快,稳态精度近似为0,对参数摄动和负载扰动鲁棒性强,且在有效削弱抖振的同时保证了转速的稳态精度。     

基于dSPACE的新型双滑模PMSM控制方法

设计一种基于滑模理论的永磁同步电机控制系统,利用滑模控制器代替传统的PID控制器,用滑模观测器代替传统的位置传感器。滑模控制器中针对传统滑模控制的抖振问题,引入准滑模和趋近律的概念,设计一种新的滑模控制器。滑模观测器使用连续饱和函数代替传统的开关函数,有效地减少高频噪声信号,经李亚普诺夫稳定方程证明系统的稳定性。本设计方法充分发挥滑模控制的优势。通过d SPACE实验平台的验证和Control Desk环境的实时观测,证明所设计的新的滑模控制器在消除抖振和抗干扰方面明显优于传统的滑模控制器和PID控制器,滑模观测器能准确地观测位置信号,而且针对具有噪声干扰的场合,加入卡尔曼滤波器,有效地减少了干扰信号。     

永磁同步电机的改进无差拍预测抗扰前馈控制

针对永磁同步电机无差拍预测电流控制在实际运行中,由于所依赖的电机模型参数随负载的变化存在不匹配缺陷从而限制系统电流环性能的问题,提出一种无差拍预测电流控制与扰动前馈补偿相结合的改进控制策略。首先,以转速与负载转矩为状态变量,选取积分滑模面作为滑模切换面,与传统指数趋近律结合,设计一种滑模负载转矩观测器以实现对负载转矩的实时辨识;然后,设计一种可快速收敛的自适应系数指数趋近律以提高负载转矩观测器性能,实现速度误差的快速收敛与负载转矩的快速观测,减小观测转矩的抖振;最后,将观测所得负载转矩前馈补偿至电流控制器,以实现对模型参数不匹配及负载变化等扰动的有效补偿,同时进一步提升电流与电磁转矩对参考值的趋近速度、并减小系统抖振。数值仿真结果表明：该策略在标称参数下可使系统稳定运行,当模型参数不匹配和负载变化发生时系统仍能稳定运行;相对传统策略,若电感衰减,加载超调减小约5%,减载超调减小约10%,加速时间减少约0.02 s;电感衰减与电阻增大时,加载超调减小约6.31%,减载超调减小约10.67%,加速时间减少约0.02 s,且有更小的抖振,系统抗扰性能进一步提升。     

变速恒频双馈风力发电机并网的复合控制

针对变速恒频风力发电机并网系统,提出了一种基于终端滑模和扩张状态观测器的转子电流复合控制方法.终端滑模控制不仅可以使得系统状态在有限时间内到达滑模面,而且使得状态在有限时间内沿着滑模面收敛到平衡点,使得发电机转子的d轴电流、q轴电流在有限时间内到达参考值,实现快速收敛和更好的跟踪精度.采用扩张状态观测器观测出系统扰动并进行前馈补偿,这有利于减小终端滑模控制所需要的切换增益而削弱可能的抖振现象,使系统得到更平滑的定子电压波形.仿真结果表明,该复合控制策略对参数摄动和扰动具有更强的鲁棒性,并网系统具有优良的动态性能.     

一种永磁同步电机滑模观测器的设计

针对传统开关切换函数滑模观测器存在高频抖振的问题,在研究卡尔曼滤波器优点的基础上,将饱和函数引入到滑模观测中,取消了一阶低通滤波器,构造了一种新型的滑模观测器.该滑模观测器能够减小估算反电势中的纹波,且不产生信号相位差,并较传统的滑模观测器结构简单.同时分析了卡尔曼滤波器参数的变化规律.仿真结果证明,由该滑模观测器构成的控制系统具有良好的动态性能和稳态品质.     

一种改进的永磁同步电机直接转矩控制方法

针对传统的永磁同步电机直接转矩控制在低速运行时磁链和转矩脉动大,以及低速时定子电阻的变化导致磁链估算产生较大误差等影响电机稳定运行的问题,提出了一种改进的永磁同步电机直接转矩控制方法。该方法首先利用饱和函数-sat函数代替二阶滑模算法中的符号函数,实现滑模控制切换的连续性,削弱滑模控制中的抖振;然后再利用改进的二阶滑模算法来设计速度和磁链控制器,替代传统的直接转矩中的滞环比较器,抑制转矩和转速的波动;最后通过在磁链估算中建立基于模糊比例积分（proportional integral,PI）控制的定子电阻补偿器,消除定子电阻变化对磁链估算的影响。仿真结果证明了所提方法的有效性与可行性。     

基于非奇异终端滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

基于滑模观测器(sliding mode observer, SMO)的永磁同步电机无传感器控制中,SMO的收敛速度和固有抖振均会影响系统的控制性能.针对该问题,设计一种非奇异终端滑模观测器(nonsingular terminal sliding mode observer, NTSMO)以实现永磁同步电机的无传感器控制.首先,构造积分型非奇异快速终端滑模面,使得电流观测误差在有限时间内快速收敛至零,避免奇异问题;其次,利用锁相环方法从观测的反电动势中获取转子的位置和速度,不仅可简化系统,而且能得到更为平滑的估计转子位置和转速;最后,通过Lyapunov函数证明该观测器的稳定性,并利用Simulink软件进行仿真验证.结果表明：采用NTSMO可实现对永磁同步电机转速的准确估计,且转子位置误差小,静态响应好;与传统的SMO相比,NTSMO的收敛速度更快,反电动势抖振更小,其系统控制性能更佳.     

永磁同步电机扩展滑模观测器设计

为了提高永磁同步电机无位置传感器控制系统的转子位置估算精度,研究一种以反电动势信息作为扩展变量的扩展滑模观测器(ESMO)。根据李雅普诺夫稳定性定理设计了一种简化的滑模系数的设计方法,并着重分析了系统的抖振现象与反馈增益之间的关系。不同于传统的滑模观测器,本文采用一种新型的切换函数,通过合理的设计切换函数的参数,可以有效的减少稳态误差和抑制抖振现象。最后利用软件锁相环结构来提取电机位置信息和转速。经仿真验证,设计的观测器能够获得满意的跟踪性能。     

基于新型滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

提出一种新型滑模观测器对永磁同步电机(permanent magnetic synchronous motor,PMSM)转子的位置和速度进行精确的参数估算,该观测器采用变边界层S函数替代传统的正负号函数,S函数的边界层宽度根据永磁同步电机的转速进行调整,有效的克服了正负号函数作为开关函数所带来对电机参数的依赖和抖振的影响。结合永磁同步电机在旋转坐标系的数学模型,推导出观测器的收敛条件,并利用李亚普诺夫理论证明了算法的收敛性。仿真结果表明,该滑模观测器可准确观测转子位置和速度,并且具有良好的动态响应特性和鲁棒性。     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机自适应滑模调速控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统存在参数不确定性及负载扰动问题,提出了一种基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法.在系统模型存在参数不确定性及负载扰动情况下,通过扩张状态观测器对系统的总和扰动进行实时观测,并在控制过程中加以前馈补偿以降低系统总和扰动对控制精度的影响,提高系统的动态性能.由于系统观测误差上界无法精确获得,自适应滑模控制器中的切换控制增益采用参数自适应律来调节,可有效改善系统的抖振现象,保证系统输出高精度跟踪期望信号.仿真结果表明,与传统的比例-积分(proportional-integral,PI)控制方法相比较,提出的基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法具有转速超调量小,响应速度快,对系统的参数不确定性及负载扰动具有很强的抑制力,且能够有效减弱滑模控制的抖振问题和提高系统的鲁棒性能.     

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.     

基于模糊神经滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

为了解决传统滑模观测器的抖振问题,提出了一种用于永磁同步电机的模糊神经滑模观测器。分析了滑模增益对抖振的影响,并采用模糊神经网络动态调整滑模增益以改善抖振,利用李雅普诺夫函数证明了模糊神经网络观测器的稳定性。利用锁相环方法提取转子位置与速度信息,减小由高频噪声引起的误差。仿真结果表明:改进后的滑模观测器能够对永磁同步电机转子位置进行精确辨识,有效地抑制了抖振,实现了高性能的永磁同步电机无传感器控制。     

新型非奇异终端滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

为了实现对永磁同步电机无位置矢量控制系统所需的转子位置和速度的准确估计,提出一种基于跟踪微分器的新型非奇异快速终端滑模观测器(NFTSMO)。首先,构建积分型非奇异快速终端滑模面,使电流观测误差在有限时间内快速收敛到零,避免了终端滑模存在的奇异问题及传统非奇异终端滑模面中微分状态带来的噪声;然后,结合具有终端吸引子的低抖振切换控制设计滑模控制律,经过跟踪微分器获得平滑的反电动势估算值,减小了传统滑模观测器中低通滤波器引起的相位滞后;最后,基于锁相环原理,从观测的反电动势中调制出转子位置和速度信息。仿真结果表明,采用文中提出的新型滑模观测器可以实现对永磁同步电机转速的准确估计,转速最大估计误差在±1r/min之间,且估计的转子位置无相位滞后,误差小,系统动、静态响应好。与传统滑模观测器相比,该新型滑模观测器具有收敛速度更快、跟踪精度更高、反电动势抖振更小的特点,当系统存在负载扰动及参数摄动时,仍然能够准确地估算出电机转子的位置和速度,具有较强的鲁棒性。     

考虑滑模抖振和扰动补偿的永磁同步电机改进滑模控制

针对永磁同步电机传统滑模控制系统中存在的滑模抖振、负载扰动、控制精度差等问题,提出了一种基于新型趋近率和改进型扩张状态观测器的永磁同步电机改进滑模控制策略。首先,针对滑模抖振问题,在速度环提出一种新型趋近率,结合积分滑模结构,设计了一种基于新型趋近率的积分滑模速度环控制器,并通过差分方程对新型趋近率的抖振抑制效果进行了分析。其次,针对扰动补偿问题,在扩张状态观测器中加入滑模控制率,以提高其自适应能力,设计了一种改进型扩张状态观测器,可以对扰动转矩进行估计,并将扰动转矩估计值作为前馈信号补偿给滑模速度环控制器;通过李雅普诺夫判据对所提控制策略的稳定性进行了推导说明。仿真结果表明:与传统滑模控制相比,所提控制策略可使电机在启动和受到负载扰动时系统响应良好,有效改善滑模抖振,提高转矩估计精度和系统控制精度。     

永磁同步电机的改进模型预测自抗扰前馈控制

针对永磁同步电机无差拍电流预测控制系统受参数扰动后会引起稳态误差和剧烈抖振的问题,采用一种前馈控制与无差拍控制相结合的改进控制策略,降低了参数扰动引起的电流和转矩脉动。在前馈通路中采用滑模扰动观测器与分数阶积分补偿相结合的快速响应控制策略,解决引入普通前馈控制带来的稳态误差增大问题。滑模观测器的滑模面采用以sgn函数为基础的二阶趋近律,进一步抑制除参数扰动外的干扰项。对传统的无差拍电流预测模型,引入普通前馈控制策略的电流预测模型以及在前馈通路中添加滑模扰动观测器与分数阶补偿策略的改进预测模型进行仿真对比。仿真结果表明:所提策略在不同工况下均可有效消除参数扰动引起的稳态误差并降低电流抖动,永磁同步电机调速系统的鲁棒性和动态性能得到了有效提高。     

基于边界层模糊调节的液压系统准滑模变结构控制

提出一种基于边界层模糊调节的准滑模变结构控制方法.基于滑模开关函数及其变化量,设计一个二维边界层模糊调节器,根据滑模开关平面状态的变化动态调整滑模边界层的宽度.应用于液压位置系统的控制实验结果表明,所提出的控制方法能保证液压系统响应速度,提高控制精度,削弱抖振,较好地协调了变结构控制鲁棒性与平滑控制抖振之间的矛盾.     

永磁同步电机的高带宽鲁棒容错电流预测控制

为提高永磁同步电机交流伺服系统的电流环带宽和动态响应性能,提出了一种基于预测评价函数与滑模观测器的两步电流预测控制方法。首先设计了以获得最优电压矢量为控制目标的预测评价函数,解决了现有两步电流预测控制中系统噪声引起较大电流波动的问题;然后基于包含参数摄动项的定子电压方程和新型开关函数设计了一种滑模观测器,当观测器选取合适的增益矩阵时所观测的等效电流误差收敛于因电气参数失配导致的电流预测误差,并可根据等效电流误差进行相应电压的补偿修正。在电机控制性能测试平台上对所提出的方法进行了幅值为3A的q相电流阶跃响应实验,电流环带宽测试实验以及控制器鲁棒性实验,结果表明:该方法不仅能够有效提高伺服系统电流环的带宽水平和动态响应性能,还具有较高的鲁棒性。     

基于多目标优化的模糊滑模变结构控制及应用

摘要：结合滑模变结构控制和模糊逻辑技术，提出一种基于多目标优化的模糊滑模变结构控制。以滑模开关函数及其变化量作为模糊调节器的输入量，滑模面边界层的宽度作为输出量，设计一个二堆模糊边界层宽度调节器}以稳态误差和切换频率构造多目标优化函数，运用多目标优化算法对滑模变结构控制器参数进行优化。应用于液压位置系统控制的仿真结果表明，所提出的控制方法能缓解滑模变结构控制高稳态精度与平滑抖振之间的矛盾，提高液压位置滑模变结构控制系统的综合性能。     

转炉炉口微差压的模糊滑模控制系统设计

针对转炉炉口微差压控制系统的非线性、干扰大和时变的特点,提出了一种基于干扰观测补偿的模糊滑模控制策略。通过分析滑模控制理论,得出了切换增益引起抖振这一结论。引入指数趋近律,发现切换增益与滑动因子绝对值呈正比关系。利用模糊设计规则对切换增益进行有效估计,使其更逼近滑模到达滑模面所需增益。结合基准观测器和经过处理所得到的等效干扰观测器,使得系统仅由增益就可对外界干扰进行快速反应。Matlab仿真研究结果表明:采用模糊滑模控制比常规PID控制的响应时间减少了0.14s,达到峰值时间减少了1.08s,超调量相对减少了0.025%,系统的切换增益更小,有效地遏制了抖振现象。工程实际应用表明:应用所提方法后,系统的抖振相对于滑模控制降低了10%,调节时间相对常规PID控制降低了0.38s,取压口处压力波动范围为-3.5～7Pa,比常规PID控制的效果提高了50%左右,系统抑制干扰的能力明显增强。     

模糊超扭曲滑模观测器在PMSM中的研究与应用

针对传统滑模控制的永磁同步电机(PMSM)无感系统调速过程中,由于滑模函数存在高频开关量而导致转速抖动的问题,提出使用模糊超扭曲二阶滑模观测器(FST-SMO)进行改进的策略;新型观测器采用高阶滑模控制理论搭建,将滑模函数开关量转移到了高阶导数中,利用算法的积分运算削弱开关量抖振;同时考虑到传统二阶滑模观测器的增益为固定值,无法根据误差量自行调节的问题,提出了基于模糊控制的增益自调节方法,根据误差值及其变化趋势,利用模糊算法输出当前的滑模增益,增强了系统稳定性及鲁棒性;在Simulink环境中搭建了基于模糊超扭曲滑模系统(FST-SMO)的永磁同步电机仿真模型,在不同调速区间内进行调速仿真,并与传统滑模系统仿真的转速波动以及转子角度跟随性进行比较,仿真结果验证了模糊超扭曲滑模观测器具有更高的控制精度与更强的适应性,转速平稳角度跟随性能优越,有效降低转速的抖振。