为克服永磁直线同步电机(Permanent-Magnet Linear Synchronous Motor, PMLSM)敏感扰动、易受噪声影响诱发抖振的不足,摆脱位置传感器对电机伺服系统的束缚,构建了一种以线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Control,...为克服永磁直线同步电机(Permanent-Magnet Linear Synchronous Motor, PMLSM)敏感扰动、易受噪声影响诱发抖振的不足,摆脱位置传感器对电机伺服系统的束缚,构建了一种以线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Control, LADRC)为核心、扩展卡尔曼滤波算法(Extended Kalman Filter, EKF)和线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer, LESO)级联观测的PMLSM无传感器矢量控制系统。首先从理论上分析了控制系统的误差来源,通过推导得出在输入量测信号存在慢时变偏差的情况下,LESO对除第1阶和第n+1阶外的"中阶"状态进行观测时观测精度不受影响的结论;进而以此为依据,提出了EKF+LESO的级联观测方式,搭建了无传感器位置环自抗扰控制系统。通过仿真对LESO的容错性、对控制系统的跟随能力和噪声抑制能力进行了验证,实验结果则进一步表明,所设计系统能够准确实现直线电机的速度观测,系统运行平稳,具有较好的实用性。展开更多
对轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot,WMR)发生执行器故障和输入饱和时容错控制问题进行研究,设计了一种自适应容错控制器(Adaptive FaultTolerant Controller,AFTC),可在故障信息未知的情况下解决上述问题。首先,设计了线性扩张观测...对轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot,WMR)发生执行器故障和输入饱和时容错控制问题进行研究,设计了一种自适应容错控制器(Adaptive FaultTolerant Controller,AFTC),可在故障信息未知的情况下解决上述问题。首先,设计了线性扩张观测器(Linear Extended State Observer,LESO)对偏置故障和干扰进行在线估计;然后,基于积分滑模设计了一种自适应控制律来补偿部分失效控制,并结合指数和变速趋近律来削弱滑模抖振;最后,设计了一种饱和辅助系统,利用其辅助变量对自适应控制律在线调整,使控制量在限幅范围内。利用李雅普诺夫稳定性理论,证明了在执行器故障和输入饱和的情况下,WMR的前进速度和方位角可以渐近地跟踪参考轨迹,并通过对比数值仿真验证了所设计的容错控制策略的有效性。展开更多
永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free p...永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free predictive current control,FCS-MFPCC)。首先,分析PMSM系统的数学模型并详述有限控制集模型预测电流控制(finite-control-set model predictive current control,FCS-MPCC)的原理。其次,介绍基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的传统FCS-MFPCC。针对传统FCS-MFPCC稳态性能不足的问题,采用基于离散空间矢量调制(discrete space vector modulation,DSVM)的控制集拓展方案,将控制集的电压矢量数目拓展至25。然后,为解决拓展控制集带来的高计算量问题,提出一种快速寻优策略,阐述该策略的实施原理与流程。最后,基于一台500 W PMSM实验平台,对比传统FCS-MFPCC与所提FCS-MFPCC的控制性能,验证所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,所提算法能够有效提升系统稳态性能,且定子绕组电流总谐波畸变率由10.07%降低至6.48%。展开更多
无人驾驶挖掘机器人实际工作环境恶劣,为提高铲斗在负载扰动下的轨迹跟踪精度,建立了挖掘机电液系统非线性数学模型,设计了基于线性扩张状态观测器的滑模控制器(Sliding mode controller based on linear extended state observer,SMC-L...无人驾驶挖掘机器人实际工作环境恶劣,为提高铲斗在负载扰动下的轨迹跟踪精度,建立了挖掘机电液系统非线性数学模型,设计了基于线性扩张状态观测器的滑模控制器(Sliding mode controller based on linear extended state observer,SMC-LESO)。根据铲斗油缸活塞杆位移信号,利用设计的线性扩张状态观测器对系统的速度、加速度及负载扰动和不确定因素进行估计,解决了系统参数难以测量的问题。在此基础上,设计了滑模控制器,并证明了该控制器的Lyapunov稳定性。为进一步验证该控制器的有效性,建立了挖掘机电液比例控制系统的联合仿真模型,并与PID控制器、滑模控制器的轨迹跟踪精度进行对比。仿真结果表明,该控制器可以有效抑制扰动,位移跟踪精度高、鲁棒性强。展开更多
空间电磁对接具有不消耗推进剂、连续可逆控制能力和无羽流污染等优点,应用前景广阔。空间电磁对接控制难点在于强非线性、不确定性以及耦合性等问题。为此,论文综合采用线性扩张状态观测器(LESO,Line Extended State Observer)、反馈...空间电磁对接具有不消耗推进剂、连续可逆控制能力和无羽流污染等优点,应用前景广阔。空间电磁对接控制难点在于强非线性、不确定性以及耦合性等问题。为此,论文综合采用线性扩张状态观测器(LESO,Line Extended State Observer)、反馈线性化以及鲁棒H∞控制技术,设计空间电磁对接的鲁棒协调控制,并通过仿真检验所设计控制方案的性能及其鲁棒性。仿真结果表明,所设计的控制器不但可以观测到系统所有状态变量,而且能提高系统对模型不确定性以及外界干扰的鲁棒性,跟踪控制性能良好。展开更多
文摘对轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot,WMR)发生执行器故障和输入饱和时容错控制问题进行研究,设计了一种自适应容错控制器(Adaptive FaultTolerant Controller,AFTC),可在故障信息未知的情况下解决上述问题。首先,设计了线性扩张观测器(Linear Extended State Observer,LESO)对偏置故障和干扰进行在线估计;然后,基于积分滑模设计了一种自适应控制律来补偿部分失效控制,并结合指数和变速趋近律来削弱滑模抖振;最后,设计了一种饱和辅助系统,利用其辅助变量对自适应控制律在线调整,使控制量在限幅范围内。利用李雅普诺夫稳定性理论,证明了在执行器故障和输入饱和的情况下,WMR的前进速度和方位角可以渐近地跟踪参考轨迹,并通过对比数值仿真验证了所设计的容错控制策略的有效性。
文摘永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free predictive current control,FCS-MFPCC)。首先,分析PMSM系统的数学模型并详述有限控制集模型预测电流控制(finite-control-set model predictive current control,FCS-MPCC)的原理。其次,介绍基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的传统FCS-MFPCC。针对传统FCS-MFPCC稳态性能不足的问题,采用基于离散空间矢量调制(discrete space vector modulation,DSVM)的控制集拓展方案,将控制集的电压矢量数目拓展至25。然后,为解决拓展控制集带来的高计算量问题,提出一种快速寻优策略,阐述该策略的实施原理与流程。最后,基于一台500 W PMSM实验平台,对比传统FCS-MFPCC与所提FCS-MFPCC的控制性能,验证所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,所提算法能够有效提升系统稳态性能,且定子绕组电流总谐波畸变率由10.07%降低至6.48%。
基金supported by Key Project of Industrial Science and Technology of Shaanxi Province(No.2015 GY068)。
文摘无人驾驶挖掘机器人实际工作环境恶劣,为提高铲斗在负载扰动下的轨迹跟踪精度,建立了挖掘机电液系统非线性数学模型,设计了基于线性扩张状态观测器的滑模控制器(Sliding mode controller based on linear extended state observer,SMC-LESO)。根据铲斗油缸活塞杆位移信号,利用设计的线性扩张状态观测器对系统的速度、加速度及负载扰动和不确定因素进行估计,解决了系统参数难以测量的问题。在此基础上,设计了滑模控制器,并证明了该控制器的Lyapunov稳定性。为进一步验证该控制器的有效性,建立了挖掘机电液比例控制系统的联合仿真模型,并与PID控制器、滑模控制器的轨迹跟踪精度进行对比。仿真结果表明,该控制器可以有效抑制扰动,位移跟踪精度高、鲁棒性强。
文摘空间电磁对接具有不消耗推进剂、连续可逆控制能力和无羽流污染等优点,应用前景广阔。空间电磁对接控制难点在于强非线性、不确定性以及耦合性等问题。为此,论文综合采用线性扩张状态观测器(LESO,Line Extended State Observer)、反馈线性化以及鲁棒H∞控制技术,设计空间电磁对接的鲁棒协调控制,并通过仿真检验所设计控制方案的性能及其鲁棒性。仿真结果表明,所设计的控制器不但可以观测到系统所有状态变量,而且能提高系统对模型不确定性以及外界干扰的鲁棒性,跟踪控制性能良好。
