On-line gain-tuning IP controller using RFNN

In this study an integral-proportional (IP) controller with on-line gain-tuning using a recurrent fuzzy neural network (RFNN) is proposed to control the mover position of a permanent magnet linear synchronous motor (PMLSM) servo drive system. The structure and operating principle of the PMLSM are first described in detail. A field-oriented control PMLSM servo drive is then introduced. After that, an IP controller with on-line gain tuning using an RFNN is proposed to control the mover of the PMLSM for achieving high-precision position control with robustness. The backpropagation algorithm is used to train the RFNN on line. Moreover to guarantee the convergence of tracking error for the periodic step-command tracking, analytical methods based on a discrete-type Lyapunov function are proposed to determine the varied learning rates of the RFNN. Furthermore, the proposed control system is implemented in a PC-based computer control system, Finally, the effectiveness of the proposed PMLSM servo drive system is demonstrated by some simulated and experimental results. Accurate tracking response and superior dynamic performance can be obtained due to the powerful on-line learning capability of the RFNN. In addition, the proposed on-line gain-tuning servo drive system is robust with regard to parameter variations and external disturbances     

永磁直线同步电机超短反馈滑模控制研究

永磁直线同步电机矢量控制的速度环常采用PI控制。传统PI控制器在速度追踪时存在起动过程超调大、受到负载扰动时调节时间长等不足之处。为提高伺服性能,滑模控制被应用到伺服系统中,但其缺点是存在抖振问题。因此,提出一种基于内分泌激素调节的滑模控制方法,可以有效降低速度的超调量,缩短受到外部扰动时的调节时间。在MATLAB中搭建了系统的仿真模型,仿真结果表明其对速度和推力的控制效果显著,优于传统的PI控制和常规的滑模控制。     

数控加工运动的平滑处理

为了满足高速加工的要求,提出假设圆弧过渡法来处理两相邻运动矢量拐角处的速度,过渡小圆弧的半径能随加工精度的变化而自动地调整,通过限制加工小圆弧的最大速度来限制拐角处的速度,利用超前分析的方法,根据减速所需的最大距离提出了一种多程序段运动平滑算法,实现进给速度提前减速,从而防止刀具在拐角处发生过载,并有效地减少了工件形状在拐角处,或小半径圆弧的加工误差;用等效的梯形加减速方法实现了S型曲线加减速的分析,导出了S型曲线加减速实时精确的插补算法,从而克服了用查表法来近似计算速度的缺点。这些算法简单、有效,已在最新开发的高速铣床上得到应用。在高速加工时获得了高的加工精度。     

梯形Halbach永磁阵列空心直线同步电动机特性的解析计算与优化

提出了一种新型的双边不对称梯形永磁空心直线电动机。首先使用等效磁荷法建立了梯形单块磁体的三维空间磁场解析模型,再由叠加原理得到双边Halbach阵列空心电机的气隙磁密三维模型。在考虑线圈横向端部效应的基础上,推导出电机运行过程中的反电动势与电磁推力的表达式。利用解析模型分析了梯形磁体阵列气隙磁密谐波分布的规律,并对其进行优化;三维有限元仿真结果表明所提解析模型具有较高的准确度,同时采用经过优化的梯形阵列定子,可以达到提高气隙磁密正弦性从而减小推力波动的目的。     

基于改进滑模速度控制器的永磁直线同步电机直接推力控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)直接推力控制中存在的超调量大、抗负载扰动能力差、响应速度慢等问题,提出了一种改进的滑模控制速度调节器。该算法中滑模控制趋近律的设计在等速趋近律的基础上引入加权积分型增益的趋近律,能有效避免系统不在滑动模态阶段时切换增益的增大。仿真结果表明:与传统PI速度控制相比,采用改进后的滑模速度控制器应用在PMLSM直接推力控制系统中,系统速度在负载变化时的响应时间缩短、抗扰动能力明显提升,增强了PMLSM推力响应的抗扰动性能。     

Adaptive recurrent-neural-network control for linear inductionmotor

In this study an adaptive recurrent-neural-network controller (ARNNC) is proposed to control a linear induction motor (LIM) servo drive. First, the secondary flux of the LIM is estimated with an adaptive flux observer on the stationary reference frame and the feedback linearization theory is used to decouple the thrust force and the flux amplitude of the LIM. Then, an ARNNC is proposed to control the mover of the LIM for periodic motion. In the proposed controller, the LIM servo drive system is identified by a recurrent-neural-network identifier (RNNI) to provide the sensitivity information of the drive system to an adaptive controller. The backpropagation algorithm is used to train the RNNI on line. Moreover, to guarantee the convergence of identification and tracking errors, analytical methods based on a discrete-type Lyapunov function are proposed to determine the varied learning rates of the RNNI and the optimal learning rate of the adaptive controller. The effectiveness of the proposed control scheme is verified by both the simulated and experimental results. Furthermore, the advantages of the proposed control system are indicated in comparison with the sliding mode control system     

Novel sliding mode controller for synchronous motor drive

A novel sliding mode controller with an integral-operation switching surface is proposed. Furthermore, an adaptive sliding mode controller is investigated, in which a simple adaptive algorithm is utilized to estimate the bound of uncertainties. The position control for a permanent magnet (PM) synchronous servo motor drive using the proposed control strategies is illustrated. The theoretical analysis and the theorems for the proposed sliding mode controllers are described in detail. Simulation and experimental results show that the proposed controllers provide high-performance dynamic characteristics and are robust with regard to plant parameter variations and external load disturbance     

永磁直线同步电机无传感驱动系统全速范围位置估计新方法

为了适应直线电机速度变化范围大的特点,针对永磁直线同步电机(PMLSM)无传感驱动系统中难以在全速范围内精确提取动子位置信息这一问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波法(EKF)和位置闭环观测器的复合新型位置估计算法。在电机起动与低速时采用EKF,在中高速时采用位置闭环观测器,在速度承接区域采用EKF和闭环观测器算法的加权复合,以实现PMLSM从起动到高速全速范围内高精度的位置估计。仿真试验结果表明,提出的方法在全速范围内能较准确地估计出电机的位置信息。     

基于扩张状态观测器的DGMSCMG框架伺服系统振动抑制方法

针对带有谐波减速器的双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)框架系统存在较低频率谐振点的问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)振动抑制的控制方法。在谐波减速器的输入端和输出端分别设计三阶扩张状态观测器,通过电机及负载端的角位置信号不但能够估计电机和负载的角速率,而且可以比较准确地估计到扭转刚度的非线性变化及外部扰动力矩引起的综合扰动,通过反馈及前馈补偿对综合扰动进行抑制。设计的基于扩张状态观测器的控制器抑制了框架伺服系统的振动、提高了框架的速率输出精度。仿真及实验结果表明了该控制算法是有效的并具有较强的鲁棒性。     

基于液压驱动的动态试验控制系统设计

介绍了应用液压驱动形式构建风洞动态试验控制系统的软硬件设计方法,包括液压马达、伺服阀的参数计算及选型,液压伺服位置控制系统设计方案,基于前馈控制和模糊比例-积分-微分(Proportion-Integration-Differentiation,PID)控制算法的设计思路,简谐运动的实现方法等。通过试验数据分析,该套系统在5°/2.5 Hz和40°/0.8 Hz以下的振幅/频率组合指标运动下,满足幅值差10%和相位差10°以内的控制指标要求,同时分析得到伺服阀死区特性是运动频率对指标造成影响的主要原因,并得出了基于液压驱动的动态试验系统较传统电机驱动系统的优缺点。     

RFNN control for PMLSM drive via backstepping technique

A robust fuzzy neural network (RFNN) control system is proposed in this study to control the position of the mover of a permanent magnet linear synchronous motor (PMLSM) drive system to track periodic reference trajectories. First, an ideal feedback linearization control law is designed based on the backstepping technique. Then, a fuzzy neural network (FNN) controller is designed to be the main tracking controller of the proposed RFNN control system to mimic an ideal feedback linearization control law, and a robust controller is proposed to confront the shortcoming of the FNN controller. Moreover, to relax the requirement for the bound of uncertainty term, which comprises a minimum approximation error, optimal parameter vectors and higher order terms in Taylor series, an adaptive bound estimation is investigated where a simple adaptive algorithm is utilized to estimate the bound of uncertainty. Furthermore, the simulated and experimental results due to periodic reference trajectories demonstrate that the dynamic behaviors of the proposed control systems are robust with regard to uncertainties.     

WindowsNT环境下三轴交流伺服系统的实现

交注伺服在机电系统中有广泛的应用，WindowsNT提供了稳定的操作系统平台，充分利用其稳定性、可扩展性和多任务性，更有利于机电系统的集成，同时提高系统的稳定性。本文介绍了在WindowsNT4．0环境下实现三轴交流伺服控制系统，阐述了NT设备驱动程序设计原理、控制系统的硬件实现和具体的驱动程序设计。     

基于自适应FIR算法的交流伺服系统前馈控制

永磁同步电机(PMSM)交流伺服控制系统中由于电子器件的开关引起相电流非正弦变化,经坐标变换得到的交直轴电流含有谐波成分,引起电流环振荡及电磁转矩脉动。在分析相电流与交直轴电流高次谐波关系,以及交直轴电流高次谐波对电磁转矩影响的基础上,提出了一种基于自适应FIR滤波器的交流伺服系统前馈控制策略,并在该方法的基础上提出了变步长因子算法,根据误差值改变步长因子,在提高滤波器收敛速度的同时减小超调。该算法与传统的一阶低通滤波器相比,相位不滞后,灵敏度更高,且系统稳定。改进后的控制策略有效地降低交直轴电流谐波,抑制电流环振荡及电磁转矩脉动,提高PMSM交流伺服控制系统稳定性及动态响应。通过仿真与试验证明了该方法的可行性。     

永磁直线同步电机滑模控制系统

设计了一种基于滑模变结构的永磁直线同步电机(PMLSM)矢量控制系统。从直线电机的基本工作原理出发,通过坐标变换,建立PMLSM在两相同步旋转正交坐标系上的数学模型。基于滑模变结构和李雅普诺夫稳定性理论设计转速调节器,组成PMLSM滑模控制系统。为了验证该控制系统的有效性,在MATLAB/Simulink平台下搭建系统的模型并进行仿真。仿真表明,该控制系统具有很强的鲁棒性。     

基于鲁棒模型的航空交流感应电机预测转矩控制

航空领域对驱动电机的动态、稳态及鲁棒性能提出了更为苛刻的要求。近年来,有限集模型预测控制（FCS-MPC）以其动态响应快、稳态性能好（同开关频率下）等诸多优点成为电机驱动领域的国际研究前沿。然而,预测模型依赖于电机参数,鲁棒性差。特别地,在感应电机的FCS-MPC中,模型失配引起电磁转矩预测误差,进而降低系统性能甚至导致系统失稳。针对此问题,提出了一种基于鲁棒模型的感应电机预测转矩控制。在定子电流预测方面,在传统开环模式的基础上,建立了闭环模式的定子电流预测方程,研究了其稳定性及参数设计方法。在定子磁链矢量预测方面,在传统电压模型预测法的基础上,建立了融合电压模型及电流模型的离散混合预测模型,基于比例积分调节器调节电压模型到电流模型的平滑切换。感应电机的电磁转矩则由闭环模式预测的定子电流和定子磁链计算得到。在一台2.2 kW感应电机实验平台上对本文提出的算法进行验证,实验结果证明了该方法的有效性。     

永磁直线同步电机推力脉动削弱方法综述

对永磁直线同步电机(PMLSM)的推力脉动削弱方法进行了原理介绍和特点分析。针对边端效应力、齿槽力和电磁脉动力,归纳和总结了其对应的推力脉动削弱方法,并对其控制方式进行了概括。最后讨论了PMLSM推力脉动削弱方法的发展趋势。所做研究有助于促进PMLSM性能的提高和应用领域的扩大。     

Implementation of nondeterministic pulsewidth modulation forinverter drives

A single-phase power factor preregulator to improve the power quality in the input side of an ac/dc/ac converter and a random pulsewidth modulation (PWM) to reduce the emitted noise energy and the mechanical vibration for an induction motor drive is proposed. The hysteresis current control (HCC) technique for a voltage source switching mode rectifier (SMR) is adopted. A control scheme is presented such that the line current is driven to follow the reference current which is derived from the dc bus voltage regulator and the output power estimator. A random pulse position technique for a three-phase voltage source inverter system to reduce the noise energy and resonant vibration from ac machine drive is described. By randomly varying the instantaneous pulse position in each switching frequency, the frequency distribution of harmonics is spread in a wide frequency range which results in reduction of torque pulsations in the ac motor drive systems. To investigate the proposed control scheme, experimental tests based on a laboratory prototype were implemented to show the nearly unity power factor at the SMR and reduce the noise energy concentrated at the specific tones     

永磁直线同步电机伺服系统鲁棒反步控制器设计

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统强鲁棒性、高控制精度的要求,提出一种鲁棒反步控制器。为了解决常规PID跟踪精度不高、参数调节难度大及鲁棒性差的问题,将自适应控制与反步控制结合。利用自适应机制实时估计系统的扰动,去除了反步控制设计过程中对外界扰动上界的要求,同时克服了控制律高频抖振的问题。同时,分析了闭环反馈系统中高频噪声的特性以及对系统的不利影响,使用低通滤波器来抑制高频噪声。最后,在Googol公司的试验平台上,通过与一种改进的PID对比,验证了设计的鲁棒反步控制器的可行性以及抑制高频噪声的有效性,可为先进控制理论的工程化提供参考。     

基于MRAS和磁链补偿的无速度传感器永磁直线同步电机直接推力控制

永磁直线同步电机(PMLSM)直接推力控制系统中的传统机械传感器在恶劣工况下难以准确获取控制系统反馈信息。将模型参考自适应算法应用到PMLSM,设计了基于模型参考自适应系统(MRAS)的无速度传感器直接推力控制系统,依据辨识得到的磁链位置重新构建了一种磁链观测器,对磁链进行补偿,减小了直接推力控制推力响应的波动。通过仿真,证明了基于MRAS和磁链补偿的无速度传感器PMLSM直接推力控制系统能够准确地辨识初级的速度和位置信息,得到了较好的动静态性能。     

二维驱动机构的机电一体化谐振问题探讨

谐振是机电一体化的普通现象,致其产生的因素有很多,其中最为常见的是电机与负载之间的力矩传递。谐振的发生不仅会损害本体,还会对安装平台造成不良影响,甚至恶化平台上其他仪器的性能。以二维驱动机构的机电一体化谐振问题为例,通过高频(100kHz)采样伺服电机相电流及角度传感器的信号,分析了电机三相电流和角度传感器的频谱成份,提出采用双反馈控制和notch数字滤波器改变系统的频谱特性,从而消除机械谐振,提高伺服跟踪精度,使之满足工程型号的要求。此方法对解决机电一体化的谐振问题具有重要意义。