为了提高电主轴的电流利用率和鲁棒性,在矢量控制的基础上,对插入式永磁同步电主轴进行研究。对最大转矩电流比控制的四阶方程进行标幺化处理,采用拟合曲线的方式对方程进行近似求解;利用弱磁调速扩展主轴的速度范围。通过滑模观测器估算电主轴转速,为了改善传统滑模观测器的抖振问题,将Sigmoid函数引进传统滑模观测器中,通过李雅普诺夫判据对所提策略的稳定性进行推导说明。以实验室中高速磨削电主轴FL170-20-15为例,通过以上算法搭建基于MATLAB的仿真实验平台进行实验验证,并分析该控制策略的效果。实验结果表明采用该方法的高速磨削电主轴减小了滑模观测的抖振现象,提高了控制系统的鲁棒性。

传统无迹卡尔曼滤波(UKF)算法在估算锂离子动力电池荷电状态(SOC)时,常会出现由于电池模型参数不准确和无法预先获取噪声统计特性而使得估算误差增大的问题。针对这些问题,这里提出一种改进的自适应无迹卡尔曼滤波算法(AUKF)该算法通过扩充状态变量法来实现欧姆内阻在线更新,以此提高电池模型精度,并根据实时SOC估计值与真实值的误差,构造滑模观测器实现系统噪声和观测噪声的更新,降低未知噪声的干扰,最后通过不同温度下复杂工况实验,验证了新算法的估计精度和稳定性。

针对使用传统滑模观测器的永磁同步电机的无传感器控制中存在的系统抖振问题,提出了一种基于指数趋近律与变速趋近律的组合趋近律算法,用于替代传统观测器,并使用连续的饱和函数取代了开关符号函数,该算法减小了传统的基于指数趋近律控制算法在稳态时抖振过大以及稳定时间过长的问题,并运用Lyapunov稳定性理论验证了该控制系统的稳定性;在MATLAB/Simulink中搭建了基于改进滑模观测器的PMSM无传感器控制的仿真模型,对系统进行了分析,验证了所提方法的可行性。

针对混合动力传动系统由于输出轴弹性而引起的低频扭振现象,这里提出了一种基于轴转矩观测器的抑制策略,并给出了其详细设计过程和仿真结果。首先针对混合动力系统的三动力源和一个动力输出特点,建立动力学方程,并改写为状态空间方程形式,由此设计一个滑模观测器对轴转矩进行观测,这是以后系统扭振抑制设计的基础。在此之后,设计一个PID控制器对系统输出轴转矩进行抑制,针对实际系统存在大量不确定因素的问题,设计模糊规则对PID参数进行调整,并通过差分进化算法优化模糊控制器,动态应对实际工况。仿真结果和硬件在环实验表明,本文提出的抑制策略能有效抑制扭振,并验证了实时性和有效性。

为提高永磁同步电机(PMSM)控制系统的鲁棒性,针对永磁同步电机参数失配问题,提出一种基于改进滑模观测器的无模型无差拍预测电流控制(MFDPCC-SMO)算法。首先,基于理想状态下的PMSM模型,利用电流环的输入与输出,构建PMSM新型超局部模型。其次,使用双曲正切函数建立改进滑模观测器(SMO),利用SMO对超局部模型的干扰部分进行实时估计。最后,结合延时补偿的无差拍预测电流控制(DPCC)得到参考电压矢量,从而实现MFDPCC-SMO控制算法。对参数失配情况下MFDPCC-SMO算法与MPCC算法进行对比分析,仿真与实验结果表明,所提算法有较强的抗干扰性和鲁棒性,能够稳定跟踪目标电流。

永磁同步电机需获取转子实时位置信息进行调速,传统的机械式传感器须安装在电机内部,不仅增加电机本体体积和系统的复杂性,并且提高了生产制造成本。永磁同步电机无位置传感器检测技术通过对电机电信号进行检测并推算出转子的位置信息,一定程度上提升了电机的调速性能。然而,由于电机在低速时的电信号幅值较小,导致对基频信号依赖性较强的一类无传感算法在估测转子位置时精度不高。因此,这里提出了一种改进型滑模观测器(SMO)算法,该方式无需传感器的植入,在估测转子位置同时进行容错控制,提高了永磁同步电机运行的稳定性和鲁棒性。论文通过MATLAB/Simulink对述及的方法进行数值模拟分析,并建立相应的实验装置进行验证。仿真与实验结果表明改进后的SMO在永磁同步电机中低速下时具备较好的调速性能。

针对永磁同步电机因参数扰动、采样延迟、模型失配导致电流控制误差问题,提出基于滑模干扰观测器的改进无差拍电流预测控制。通过将模型参数不匹配引起的扰动引入到电机的电压方程中,构建滑模扰动观测器观测系统扰动;针对滑模控制的抖振问题设计了以sgn为基础的二阶趋近律消除固有抖振问题,并证明了控制器的稳定性;将滑模观测器中的预测电流代替采样电流解决控制延时的问题;将观测估计的系统扰动通过前馈补偿的方式与无差拍电流预测控制相结合,进而提高无差拍电流控制的参数鲁棒性。结果表明:在参数扰动和模型失配时,提出的控制方法可以有效补偿系统扰动,系统稳态误差减小,有效提高了系统鲁棒性。

针对一类时滞系统,首先考虑时滞系统不包含外部干扰时观测器的设计问题,其次考虑了包含外部干扰的时滞系统的观测器设计问题.所研究的时滞系统中包含的干扰项由两部分组成,一部分是满足全局李普希兹条件的非线性项,另一部分为有界不确定项,并且系统时滞是可变的.基于李亚普诺夫稳定性理论利用滑模控制使得误差系统镇定,并将该稳定性问题转化为一类线性矩阵不等式的求解问题,使得构造的滑模观测器能够观测原系统.最后给出仿真实例,说明所设计的观测器是有效可行的.

针对液压作动系统的传感器故障检测开展研究工作。首先通过一个线性转换将液压系统的初始模型转换成2个子模型,一个模型只含系统的不确定性,而另一个子系统只含传感器故障,从而实现了不确定性和传感器故障的完全解耦。随后针对2个子系统分别设计了滑模观测器和Luenberger观测器,其中滑模观测器用来抑制模型中的不确定性而Luenberger观测器用来保证评估误差为0。最后通过仿真验证了该方法能够有效的检测出液压系统的传感器故障,特别是在多个传感器故障同时发生时。

针对轮式移动机器人纵向打滑状态下滑动参数未知的轨迹跟踪控制问题,提出了一种轨迹跟踪控制方法。建立了纵向打滑状态下移动机器人的运动学模型,用滑动参数表示左右轮的打滑程度;设计合适的滑模观测器对未知的滑动参数进行估计,并通过低通滤波器减少抖振对估计结果产生的影响;基于Lyapunov直接法设计轨迹跟踪控制律,并提出了一种根据控制系统的极点分布确定控制参数的方法。仿真结果验证了所提方法的准确性和有效性。