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。
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
针对卫星激光通信粗跟踪系统的跟踪稳定精度指标要求高的特点, 建立了基于永磁同步电机直接驱动的粗跟踪系统模型并进行了跟踪稳定误差分析。在采用传统PID控制策略存在跟踪误差较大、动态性能较差等不足的基础上, 提出了一种基于粗跟踪系统的改进型前馈复合控制策略。从理论上分析了前馈复合控制策略提高了粗跟踪系统的动态性能, 为降低跟踪稳定误差提供了改善方案。地面实验验证结果表明, 与传统控制策略相比, 改进型复合控制策略极大地降低了系统的动态跟踪误差, 动态跟踪误差由606 μrad降低至13 μrad(1δ)。进一步的在轨实验也验证了改进型复合控制策略的合理性和先进性, 总体指标满足了卫星激光通信终端的极高精度要求。本文所提出的控制策略对其他高性能跟踪伺服系统设计也具有较大的借鉴意义。
激光通信 粗跟踪 复合控制 跟踪误差 永磁同步电机 laser communication coarse tracking system compound control tracking error Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM)
1 中国科学院上海技术物理研究所, 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所启东光电遥感中心, 江苏启东 226200
本文以高精度伺服系统中的永磁同步电机变速扫描为研究对象, 针对自抗扰控制器中跟踪微分器(trace differentiator, TD)及扩张状态观测器(expansion state observer, ESO)模块的延时响应和参数复杂等缺点, 设计了一种改进的自抗扰控制器, 有效简化了其 TD和 ESO模块并减少可调参数, 以实现内外干扰较大的环境下电机的高精度快速响应。将该控制器应用到某型号项目的伺服摆扫镜机构中, 并将其性能与同条件下传统比例 -积分-微分(proportion-integration-differential, PID)控制器性能作对比。实验结果表明: 改进的自抗扰控制器表现出优于 PID的控制性能, 0°/s～10°/s响应时间 75 ms, 超调小于 6%, 稳态精度达到±1%; 变速跟踪过程转速波动小, 无超调, 扫描周期时间波动小于 0.0014 s, 起始位置角度定位精度高于 0.0015°, 满足型号项目指标要求。改进的自抗扰控制器对其他搭载永磁同步电机实现变速跟踪扫描的系统也有一定的参考价值。
自抗扰控制 永磁同步电机 变速摆扫 参数整定 auto disturbance rejection control, PMSM, variable
1 江苏工程职业技术学院机电学院,江苏 南通 226014
2 东南大学自动化学院,南京 210096
设计了一种永磁同步电机驱动的舰载光电跟踪系统, 利用光纤陀螺实时检测光电跟踪器的运动状态, 由永磁同步电机通过齿轮间接驱动光电跟踪系统, 使其在惯性空间保持稳定。不同于陆基光电跟踪系统, 舰船受风浪影响所产生的摇摆运动会耦合到舰载光电跟踪系统, 对其跟踪性能产生较大的影响。为了减小舰船摇摆带来的影响, 降低齿轮间隙、死区、摩擦、系统模型失配等扰动的影响, 设计了舰载光电跟踪系统的干扰观测器(DOB), 利用DOB观测出包括舰船摇摆所造成的各种扰动, 将其作为补偿信号前馈到控制输入端, 减小非线性扰动对系统的影响。实验结果表明, 该方法能提高光电跟踪伺服控制单元的抗干扰能力, 有效提升系统的控制性能。
舰载光电跟踪系统 永磁同步电机 非线性干扰 干扰观测器 扰动补偿 ship-based EOTS PMSM nonlinear disturbance disturbance observer disturbance compensation
1 中国科学院电子学研究所，北京100190
2 中国科学院大学，北京100049
通过优化驱动光栅的电机PI控制器参数确定方法，加强了伺服电机的定位精度及稳定性，提升了单光路可调谐TEA CO2激光器的弱线输出稳定性并缩短了调谐间隔。该参数确定的方法基永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)的频域模型，推导出了伺服三环比例积分控制器(Proportional Integral, PI)的解析表达式，并根据工程实际需求设定超调量与峰值时间，求出截止频率，以此确定满足最大相位裕度的条件下的伺服三环PI控制器的参数。采用PML40-530B8ANL交流直驱电机及G-POLHOR10P100EE-E0驱动器搭建了光路实验装置对上述参数进行了验证，转台定位系统的超调量为4.86％，调节间隔为19.5 ms。基于该转台系统搭建了快调谐TEA CO2激光器，在20 ms调谐间隔下进行激光器弱线能量稳定性实验，9P(44)谱线的单脉冲能量小于74 mJ，能量波动范围小于±3.35%，能量稳定度提高了3.62倍。
TEA CO2激光器 选线输出 快调谐 永磁同步电机 PI控制器 参数确定 能量稳定度 TEA CO2 laser line selection output fast tuning PMSM PI controllers parameter tuning energy stability 红外与激光工程
2019, 48(10): 1005001
针对大型导弹电驱动垂直起竖过程中, 伺服电机驱动起竖力大、负载时变、需对起竖速度进行实时跟踪等问题, 采用反馈线性化控制策略, 解决了交流永磁同步电机非线性系统中的角速度与电流相互耦合而不易控制的难题。分别选择以Id轴、Iq轴作为控制器的输入和以角速度ω、Id轴作为输入以及传统PI控制进行仿真实验, 仿真结果表明：反馈线性化控制能提高起竖机构的动态响应速度, 能有效防止起竖初始阶段电机速度出现反向的情况, 提高其在起竖过程中负载的稳定性能, 这对电驱动垂直起竖过程的控制具有一定的参考意义。
电驱动起竖系统 大型导弹 反馈线性化 速度跟踪 electric vertical erection large missile PMSM PMSM feedback linearization speed tracking
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
为了提高永磁同步电机转速伺服系统的性能, 抑制转矩脉动对控制系统的影响, 提出了滑模控制与迭代学习控制相结合的鲁棒迭代学习控制方法(RILC)。设计了迭代学习控制器抑制周期性转矩脉动, 提出了滑模控制器提高系统的抗扰动性能, 保证系统强鲁棒性及响应快速性。实验结果显示, 电机以900 r/min的速度运行时, 采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由0.89降低到0.56; 加入0.5 N·m的负载扰动后, 转速波动最大值为22 r/min, 比PI-迭代学习控制法得到的值减小了1.8%。电机以60 r/min运行时, 采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由4.87降低到0.45; 加入0.5 N·m的负载扰动的, 转速波动最大值为24 r/min, 比PI-迭代学习控制法得到的值减小了23%。得到的结果表明, 鲁棒迭代学习控制方法可有效抑制转矩脉动, 同时可提高永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能。
永磁同步电机 迭代学习控制 滑模控制 转矩脉动抑制 转速控制 Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM) Iterative Learning Control(ILC) sliding mode control torque ripple suppression speed control 光学 精密工程
2017, 25(10): 2645
