华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
针对二维扫描反射镜控制时可能遇到的脉冲干扰问题, 以及设备制造时误差带来的参数不确定性, 结合鲁棒脉冲-峰值理论提出了一种计算脉冲响应保守界, 并设计了一个状态反馈控制器。通过理论建模得到二维扫描反射镜方位电机伺服控制模型, 引入参数不确定性后, 对该模型采用LMI优化求得控制器参数及峰值响应保守界。经过仿真验证, 该方法相对于普通的PID控制方法减少了20%的峰值响应和50%的恢复时间, 对于二维扫描反射镜脉冲干扰具有较好的抑制效果。
鲁棒脉冲-峰值理论 不确定模型 永磁同步电机 LMI优化 robust impulse-to-peak synthesis uncertain model PMSM LMI optimization
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春30033
2 中国科学院大学,北京100039
3 陆军装甲兵学院士官学校,吉林长春10000
4 季华实验室, 广东佛山528200
为了提高永磁同步电机控制系统电流环控制器的性能,降低模型参数失配对控制系统的影响,提出了基于高斯过程参数辨识的永磁同步电机有限集模型预测电流控制策略(FCS-GPMPC)。首先,介绍了永磁同步电机电流预测模型并分析了模型参数失配对系统性能的影响;其次,为简化一般机器学习参数辨识算法中超参数复杂的调试过程,提出了一种基于高斯过程的模型参数的辨识方法;同时,引入预测值的置信区间作为参数预测效果的实时评估参考;最后,将高斯过程参数辨识与基于模型的有限集模型预测电流控制(FCS-MPC)相结合,在得到准确辨识的参数后对系统电流预测模型更新以提高系统鲁棒性和电流环跟踪性能。实验结果显示:在本文训练数据的统计特征下,测试数据均方根误差RMSE为0.002 1,
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达到0.99。在参数波动条件下,与FCS-MPC相比,FCS-GPMPC策略下电流波动度降低了30.5%,电流平均偏移度降低了19.6%,另外对参考电流的阶跃变化,FCS-GPMPC有更好的动态响应。实验结果表明,基于高斯过程的模型预测控制方法可有效抑制模型失配对控制系统的影响,能够提高永磁同步电机控制系统电流控制器性能。
永磁同步电机 模型预测控制 机器学习 高斯过程 模型失配 Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) Model Predictive Control (MPC) machine learning Gaussian Process (GP) model mismatch
北京工业大学材料与制造学部北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心,北京 100124
为了实现激光追踪控制系统永磁同步电机的快速响应、高稳态精度、高鲁棒性控制,提出了一种基于改进型非线性扩张状态观测器(NESO)的激光追踪测量控制方法,采用电流预测控制算法提高了系统的动态响应速度,利用改进型NESO消除非线性扰动的干扰,提高了激光追踪控制系统的稳定性和鲁棒性。设定激光追踪控制系统可以实现1 m内猫眼反射镜1 m/s的跟踪,此时电机转速为955 r/min。实验结果表明,当电机转速为955 r/min时,稳态误差为1.7 r/min,速度稳定后向电机添加0.1 N·m的外加负载,速度降幅为1.85%。相较传统的比例积分(PI)控制方法,在转速超调量相同的情况下,改进型NESO控制方法的稳态误差更小,响应速度更快,速度回复更稳定,控制系统整体的抗干扰能力更强。
测量 激光追踪测量 永磁同步电机 电流预测控制 非线性扩张状态观测器 中国激光
2022, 49(23): 2304002
永磁同步电机控制是实际工业生产中一种比较常见的控制问题。采用快速控制原型的开发模式, 在MATLAB中完成永磁同步电机控制的建模、仿真, 并利用MATLAB的相关硬件支持包将仿真程序通过自动代码生成的方式转化为嵌入式可执行程序, 加载到Xilinx系列ZedBoard板卡, 实现了永磁同步电机在开闭环等状态下转速的实时控制, 实际电机和虚拟电机的转速响应波形差异很小, 闭环状态下转速误差小于0.1 °/s。采用该开发方式具有编程工作量少、人机交互简单、实时监控的特点。
永磁同步电机 快速控制原型 自动代码生成 人机交互 实时监控 permanent magnet synchronous motor rapid control prototype automatic code generation man-machine interaction real-time monitoring
光学 精密工程
2021, 29(12): 2797
针对采用永磁同步电机(PMSM)驱动的某车载稳定平台交流伺服系统存在摩擦力矩、惯性力矩、负载扰动等一系列复杂非线性问题, 考虑到自抗扰控制的抗扰能力强和BP神经网络的自我学习能力强的特点, 设计了一种BP神经网络改进型自抗扰控制器(BPNN-ADRC)。为了简化自抗扰控制耗时费力的参数整定过程, 采用BP神经网络对自抗扰控制器中的重要参数进行在线整定; 针对BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部最优的缺陷, 引入遗传算法对其初始连接节点的权重进行在线寻优, 以期进一步提高系统的控制精度。仿真实验结果显示: 该控制策略能有效提升系统的抗干扰能力, 为提高车载稳定平台伺服系统的控制性能提出了一种可行的方案。
永磁同步电机 交流伺服系统 BP神经网络 自抗扰控制 遗传算法 Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) AC servo system BP Neural Network (BPNN) ADRC genetic algorithm
西安石油大学电子工程学院, 陕西西安 710065
时变扰动环境下, 永磁同步电机 (PMSM)采用鲁棒性较好的滑模控制。根据滑模控制中传统指数趋近律, 提出一种改进型的趋近律, 并基于改进型趋近律设计了一种 PMSM调速系统的滑模速度控制器, 提高电机的运行性能。通过仿真结果对比分析, 设计的基于改进型趋近律的滑模速度控制器不仅可以提高系统的动态性能, 而且削弱了系统的抖振现象, 使电机在时变扰动下仍具有较高的运行性能。
指数趋近律 永磁同步电机调速系统 速度控制器 动态性能 抖振现象 exponential reaching law Permanent Magnet Synchronous Motors(PMSM) speed re sliding mode speed controller dynamic performance buffeting phenomenon 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(2): 324
西安石油大学陕西省油气井测控技术重点实验室,陕西西安 710065
对永磁同步电机 (PMSM)调速系统中的时变输入提出具有更高跟踪精确度的改进型自抗扰控制策略。传统的自抗扰控制主要针对阶跃信号进行快速和无静差追踪,对时变信号存在较大的跟踪误差,使自抗扰控制的应用受限。文中对稳态误差的存在原因进行了理论分析,进而设计带有微分前馈和并联线性扩张状态观测器 (P-LESO)的改进型转速自抗扰控制器 (ADRC),以减小系统的跟踪误差。为进一步实时观测和补偿反电动势和减小电流跟随误差,设计了电流环线性自抗扰控制器。通过 Simulink仿真模型进行验证,该控制系统不仅提高了 PMSM对时变输入的跟踪精确度,而且对阶跃输入也具有很好的动态性能。
永磁同步电机 自抗扰控制 微分前馈 并联线性扩张状态观测器 参数整定 Permanent Magnet Synchronous Motor Active Disturbance RejectionController derivativefeedforward Parallel Linear Extended State Observer parameter tuning 、 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(1): 138
1 北京航空航天大学 前沿科学技术创新研究院, 北京 100191
2 北京航空航天大学 宁波创新研究院, 浙江 宁波 315000
3 上海卫星工程研究所, 上海 200240
为了实现对内置式永磁同步电机的高效准确控制, 解决电机运行过程中参数变化对控制性能的影响, 提出了一种基于在线参数辨识的内置式永磁同步电机最大转矩电流比电流预测控制方法。根据内置式永磁同步电机的转矩特性对最大转矩电流比的d-q电流最优关系进行化简以便于工程计算; 并针对电机参数变化对最大转矩电流比工作点偏移的影响进行了分析。同时, 对MTPA算法影响较大的关键参数q轴定子电感,转子永磁体磁链进行基于参考模型的自适应辨识, 以确保实时的最优d, q轴电流分配。在得到准确辨识的参数和最优电流指令的基础上进行电流的鲁棒预测控制, 使实际电流更快地跟踪指令, 提高系统的动态性能。实验结果表明: q轴定子电感, 转子永磁体磁链在线辨识的误差分别小于3%, 3.5%, 收敛时间小于20 ms; 电机能有效跟踪最大转矩电流比工作点, 电流响应时间小于30 ms, 能够满足内置式永磁同步电机系统稳定可靠、高效快速等运行要求。
内置式永磁同步电机 最大转矩电流比 在线辨识 电流预测控制 快速高效 Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM Maximum Torque Per Ampere (MTPA) online identification current prediction control fast and efficient