无速度传感器的动车组牵引电机控制算法

针对目前动车组牵引电机的控制算法中速度信号的获取方法在工艺安装、电磁兼容以及可靠性等方面存在难度的问题,提出了一种基于无速度传感器的动车组牵引电机控制算法,摆脱了原有控制算法中对速度信号的依赖,即通过建立转子磁链观测模型和转速估计数学模型,对动车组的牵引电机进行矢量控制,仿真结果表明,该算法能得到良好的控制效果.     

一种改进型高频注入无位置控制算法实现

本文提出了一种新型的高频注入模式算法,解决在传统无位置速度传感器反电动势估算方案中低速重载启动或高压重载启动问题。具体方法是从D轴或Q轴初始位置注入5 kHz的高频方波进行转速闭环启动,无需滤波器,定子电流经Clark变换后,经归一化处理后由龙贝格观测器直接估算出转速及位置,1.5 s后取消注入高频方波信号,切入反电势观测器算法输出。在MATLAB/Simulink环境下搭建了基于S函数的高源码仿真模型,从仿真结果可以看出,在低速或零速时,高频注入法比传统反电动势更能有效地追踪真实转子角度。此算法电机不依赖电机模型,适应性好,鲁棒性高,算法可行性好,提出的基于Matlab-S函数高频注入无速度传感器矢量控制算法,对在家电及车载空调等领域应用永磁同步电机的企业具有一定实践指导意义。     

感应电机的Takagi-Sugeno型模糊状态观测器

针对感应电机在低速发电状态时传统自适应磁链观测器性能不稳定的问题,提出了基于Takagi-Sugeno模糊模型的状态观测方法.该方法利用电机的5阶非线性时变模型进行磁链观测和速度估计.根据Lyapunov稳定理论和线性矩阵不等式技术设计了模糊观测器.仿真结果表明,将该方法用于感应电机无速度传感器控制,速度估计误差小于1.78%,感应电机在全速度范围内各种工况下都能稳定工作.     

基于交叉感应回线的磁浮车辆连续测速定位方法

分析了交叉回线区域空间磁场分布, 利用磁通密度纵向分布周期性特征, 将车辆位移、速度用感应电压包络信号相位角与角速度来表征; 建立了采用简单交叉回线的车辆测速定位状态空间方程组, 将车辆运行位置和速度作为状态变量在测试过程中连续输出; 考虑实际运行工况下的复杂电磁环境, 引入了噪声自适应算法, 提出了基于新息自适应的磁浮车辆实时连续测速定位计算方法; 在实验室条件下建立了交叉感应回线标定系统, 验证了方法的基本原理; 为了验证方法的有效性和准确性, 进了数值仿真算例分析, 考虑正常噪声和突变噪声工况, 并对比了包含和不包含自适应噪声处理过程的计算结果。试验结果表明: 不同间隔距离条件下, 感应电压包络线都接近于正弦波, 1次谐波是包络信号的主要成分, 相同阶次的谐波幅值与间隔距离成近似线性关系, 与理论分析结果一致; 在正常噪声区段, 速度误差不超过0.03 m·s-1, 定位误差约为3 mm, 在突变噪声区段, 速度误差均值为0.027 m·s-1, 最大值为0.130 m·s-1, 定位误差均值为4.82 mm, 最大值为23.39 mm, 说明测速定位方法可以满足实际应用需求; 数值仿真中突变噪声区段的低信噪比信号在实际应用中是极端情况, 对比正常噪声区段和突变噪声区段的计算结果可知改善输入信号的信噪比可以明显提高测试精度。      

起重机小车吊重动力学系统状态空间重构

为获得桥门式起重机吊重摆角和摆角角速度等系统状态变量,计算得到状态观测器与小车吊重系统输出的差值,再经过观测器的增益向量调节送至观测器的反馈输入端.在系统参数确定时,观测器的极点位置是影响观测时间的主要参数.为了使观测器精确重构状态变量,将观测器的极点配置在复平面负实轴上,观测器极点分布与观测时间关系曲线的平缓变化区域.     

无刷直流电机反电动势观测器增益的优化策略

针对无刷直流电机无位置传感器控制,对传统反电势观测器进行改进,在原有结构基础上加入线性误差函数项,加速其估算误差的收敛速度;同时采用了一种新的群优化算法——灰狼优化算法,以时间乘以误差绝对值积分(ITAE)为指标对观测器增益及线性误差函数项系数进行寻优.相较于传统观测器增益采用极点配置的方法,该方法确定增益精度性更高,可有效的降低速度估算过程中的误差.仿真实验表明该方法具有良好的收敛性及鲁棒性,可实现无刷直流电机无位置传感器控制.     

基于Q函数的变步长LMS算法

为提高变步长最小均方算法(least mean square,LMS)的抗干扰能力,并降低其稳态误差,提出了基于Q函数的变步长LMS算法,通过带有补偿项的相对误差互相关函数控制步长更新,有效克服噪声干扰;利用归一化输入信号代替原始信号降低输入信号动态范围对稳态误差的影响;给出了保证算法收敛的步长界限.仿真结果表明,与既有变步长LMS算法相比,所提出算法的稳态误差小,且收敛速度较快.     

曲轴动压滑动轴承非线性油膜力解析方法

基于分离变量法、Sturm-Liouville理论与下游Reynolds边界条件, 提出了一种求解曲轴动压滑动轴承非线性油膜力的解析方法; 将轴承不可压缩流体动压润滑Reynolds方程的压力分布表示为特解加通解的形式; 运用分离变量法, 将油膜压力分布的特解和通解分别表示为周向分离函数和轴向分离函数相加和相乘的形式; 为了便于求解, 对油膜压力特解的周向分离函数进行Sommerfeld变换, 通过连续性条件确定油膜的终止位置角; 由于油膜压力通解的周向分离函数没有直接解的形式, 通过油膜厚度的逼近函数将油膜压力通解的周向分离函数转化为Sturm-Liouville型方程, 根据边界条件求得本征值和本征函数系, 通过三角函数的无穷级数展开表示油膜压力通解的周向分离函数; 采用含本征值的双曲正切函数表示油膜压力通解的轴向分离函数; 在润滑油膜的完备区域, 对油膜压力分布的解析表达式进行积分, 求得曲轴轴承的非线性油膜力。分析结果表明: 采用解析方法计算的非线性油膜力与有限差分法的计算结果吻合较好, 偏心率较小时非线性油膜力仅相差约5%;当轴承偏心率由0.2增大到0.6时, 油膜终止位置角的最大值减小了13.5%;当量纲为1的速度扰动由0增大到0.03时, 油膜终止位置角变化了3.3%;当本征值的个数不小于20时, 量纲为1的径向、切向通解油膜力的变化较小, 取值分别保持在-2.8、4.6附近。由此可见: 采用解析方法能够准确求解曲轴动压滑动轴承的非线性油膜力; 轴承偏心率对油膜破裂的影响较大, 且偏心率较大时油膜易破裂; 相对于轴承偏心率而言, 速度扰动对油膜破裂的影响较小; 当本征值的个数不小于20时, 油膜压力通解的计算精度较高, 能够满足工程需要。      

轨道车辆轮对状态与线路特征的估计

为了方便、经济地获取轨道车辆轮对主动控制系统的轮对状态和线路特征信息,提出基于状态观测器的信息估计技术方案,实现了轮对状态和未知线路特征信息的共同估计.该技术方案使用惯性传感器(加速度计和陀螺仪)测得轮对摇头速度和横向加速度信号.应用该技术方案对典型的单个独立旋转车轮模型进行仿真验证.结果表明:由降维观测器和高阶滑模观测器组成的估计系统,估计效果优,不受轨道不平顺的影响,轮对状态估计误差小于0.10%;在理想线路上,线路曲率和超高信息的估计偏差在圆曲线上分别不超过0.26%和13.40%;有轨道不平顺输入的实际线路,曲率估计偏差不超过9.10%;在实际应用该技术方案时需去除滤波器波动误差.     

一种改进型MRAS的SPMSM无位置速度矢量控制方法

本研究针对SPMSM控制提出一种改进型的模型参考自适应控制方法,在传统模型参考自适应方法上进行了前馈解耦滤波控制,并结合了SPMSM的id=0的矢量状态观测器控制方式,尤其适用于低速重载情况下运行。在传统模型参考自适应模型基础上,提出了一种带前馈滤波改进型的控制策略,在MATLAB/Simulink环境搭建了模型参考自适应的SPMSM系统无位置速度矢量状态观测器模型,仿真运行结果表明,采用改进型MRAS控制策略有良好的动静态性能,转速及位置估算效果良好,转矩脉动小,谐波含量低,且能有效解决SPMSM在低速启动下的重载启动及运行问题,尤其适合于低转速下的运行,能很好地满足家电企业对变频空调用SPMSM驱动控制技术的需求。     

High-Accuracy Pneumatic Position Control by Applying Nonlinear Control and Arranging Transient Process

By applying a nonlinear control and arranging a transient process, the initiative error of the pneumatic servo positioning system is reduced largely, and a larger gain of the controller is used to improve the responding speed of the system at the same damping ratio. Therefore, a compromise is made among the responding speed, overshoot, robustness, adaptability and stability. In addition, a dynamic output feedback controller, including position velocity and acceleration (PVA) feedback, is designed to improve the performance of the system. And a nonlinear controller is reconstructed based on the linear output feedback controller to decrease noises and disturbances. The dynamic responses of the system are simulated and tested. Results show that the error is kept within 0.02 mm under different mass loads and the positioning transient process is smooth, without overshoot and speedy.     

船舶航向不对称信息理论与非线性逆推鲁棒控制算法

应用不对称信息理论和鲁棒控制算法简化非线性逆推算法,针对非线性船舶航向保持系统,设计了其Backstepping逆推控制器,由非线性函数项和常规线性控制器组成,将简化的Back-stepping法与闭环增益成形算法相结合,设计其非线性鲁棒控制器。通过非线性鲁棒控制器的控制能够使船舶无超调、无静差地跟踪设定航向,调节时间为600 s,符合船舶航行的实际情况,控制效果良好;当系统增加干扰后,系统的控制输出除了因干扰产生的抖动外,其跟踪性能仍然较好,航向输出无静差,说明控制器具有一定的鲁棒性;是否全部对消非线性项,对其控制效果相差不大,说明当模型发生参数摄动时,系统的控制性能仍能保证。     

Adaptive robust control for an active heave compensation system

Active heave compensation systems are usually employed in offshore and deep-sea operations to reduce the adverse impact of unexpected vessel’s vertical motion on the response of underwater instruments.This paper presents a control strategy for an active heave compensation system consisting of an electro-hydraulic system driven by a double rod actuator,which is subjected to parametric uncertainties and unmeasured environmental disturbances.Adaptive observer and discontinuous projection type updating law with bounded adaption rate are presented firstly to estimate the uncertain system parameters.Then a similar estimation algorithm is designed by using a multiple delayed version of the system to enhance the performance of parameter observation.A reduced order observer is also introduced to estimate unknown wave disturbances.Using the obtained uncertainty information,the resulting control development and stability analysis are implemented based on the Lyapunov’s direct method and back-stepping technique.The proposed controller guarantees the heave compensation error convergent to a bounded neighborhood around the origin.Simulations illustrate the effectiveness of the proposed control system.     

船舶航迹迭代非线性滑模增量反馈控制算法

分析了带有状态变量及控制输入约束条件的欠驱动船舶航迹控制问题,结合增量反馈技术,对控制系统输出进行动态非线性滑动模态分解迭代设计,提出了一种基于分解迭代非线性滑模的船舶航迹增量反馈控制方法,以避免定常干扰引起的稳态误差及变结构控制的抖振问题,无需对不确定风、流干扰以及模型参数进行估计,能够同时稳定船舶的航向和航迹。应用“育龙”轮的系统模型进行了仿真,结果表明,控制器对系统参数摄动及外界干扰不敏感,具有强的鲁棒性,且其设计参数物理意义明显,易于调节。     

带有干扰观测器的欠驱动船舶路径跟踪非线性模型预测控制

针对欠驱动船舶提出了一种非线性路径跟踪控制器,使其能够在风、浪、流等环境干扰下驶入预定的航行路径.欠驱动船舶以恒定前进速度航行,并且其合速度与参考轨迹相切.该控制器的设计使用了解析模型预测控制和干扰观测器技术,其中非线性观测器用来估计环境干扰.在最优路径跟踪控制器的作用下,路径跟踪误差渐近收敛到零.数值仿真结果验证了该控制器的有效性.     

基于线性矩阵不等式的船舶动力定位滑模控制

为了解决具有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统的控制问题, 提出了一种基于线性矩阵不等式的滑模控制算法; 将跟踪误差设计为滑模函数, 设计线性矩阵不等式, 求解状态反馈增益; 基于二次型Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 设计切换函数, 使系统对不确定性和外加干扰具有较强的鲁棒性, 避免出现抖振现象; 对基于线性矩阵不等式的滑模控制器进行仿真, 计算出动力定位船舶在无扰动的匀速运动和有外界环境扰动的变速运动2种不同情况下的前进速度、横荡速度、艏向角速度、前进加速度、横荡加速度、艏向角加速度、前进控制力、横荡控制力和艏向控制力矩等; 分析了状态反馈增益线性矩阵、边界层、切换项增益等参数对控制性能的影响。研究结果表明: 采用基本滑模控制使前进速度达到期望值所需的上升时间为29s, 而新算法为15s, 节约了48.28%;采用基本滑模控制使横荡速度达到期望值所需的上升时间为24s, 而新算法为14s, 节约了41.67%;采用基本滑模控制使艏向角速度达到期望值所需的上升时间为13s, 而新算法为10s, 节约了23.08%。可见, 设计的控制器对有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统都具有较强的鲁棒性, 具有控制输入连续、控制抖振小、不存在过高增益等特点。      

改进型感应电机电压模型磁链观测器设计

针对传统电压模型磁链观测器中引入低通滤波器后,带来幅值相位误差及滤波最佳截止频率选择问题,本文提出了一种高通滤波器和低通滤波器串联,且对电压模型中的电压项和电流项分别积分的改进型电压模型转子磁链观测器.文中分析了该改进型磁链观测器性能提高的原因,推导了高通滤波器和低通滤波器引起的幅值和相位误差补偿算法.仿真和实验验证了补偿算法的有效性,并且新的改进型转子磁链观测器在电机全速范围内具有优良的稳态和动态性能,具有较高的工程实践价值.     

考虑执行器故障的电动汽车空调鲁棒控制

为了保证空调系统在部分故障的条件下,依然满足系统性能要求正常工作,通过对电动汽车空调系统分析,依据空调执行过程的故障模型,建立考虑执行器故障的空调不确定系统,利用状态观测器对系统状态进行了观测.采用线性矩阵不等式LMI（linear matrix inequalities）,设计了能够对空调执行器故障进行补偿的H_∞状态反馈鲁棒控制器,并证明了该控制器的稳定性.仿真实验表明,在有故障和无故障模式下的观测误差最大分别为0.1%和0.6%,满足系统的观测需求;与未考虑执行器故障的电动汽车空调H_∞控制器相比,在10 Hz以下频段,考虑执行器故障的H_∞控制方式可有效地抑制系统输入端所带来的干扰.      

船舶进出港低速航向保持

为了在船舶进出港时,船舶处于浅水域并以低速航行,在风、浪等强扰动作用下,增强航向控制性能,减小能源损耗,选择三阶Nomoto模型,将航速和水深变化反映到模型参数的变化上,基于闭环增益成形算法设计出一种具有适应性的鲁棒PID控制器,建立基于风、浪干扰的非线性船舶运动数学模型,并用S函数来实现。用PID控制器对非线性船舶运动数学模型进行控制,在Simulink环境中对各种水深、船速及海况进行航向控制仿真。从仿真曲线可看出其航向跟踪效果良好,静差为0,且施舵合理,所设计的控制器对非线性船舶运动数学模型具有良好的控制性能。     

Pseudo Derivative Feedback Control of Electro Hydraulic Speed Servos

The Pseudo-Derivative Feedback (PDF) algorithm is introduced into design ofelectro-hydraulic speed servos. With limited extra complexity in implementation of controller'selectronic circuits, the PDF control enables the electro-hydraulic speed servo to respond to astep command without steady-state error, and also to follow successfully a sinusoidal commandat the frequency higher than that the system resulted from traditional design can reach. Thenumerical example-based comparison in dynamic and static behavior shows also the PDF systemis superior to the traditional system in terms of both the capability of handling loads applied tothe system and the robustness to ignore variation and uncertainty of the parameters of thehydraulic valve-actuator unit in operation.