基于扩展滑模扰动观测器的高速列车分布式速度协同滑模控制

1

作者 游鑫 赵凯辉 +3 位作者 吕玉映 谯梦洁 黄嘉懿 李祥飞 《湖南工业大学学报》 2025年第1期43-50,共8页

针对高速列车运行中因受外界未知扰动而导致的各车厢速度不同步问题,提出一种基于扩展滑模扰动观测器的高速列车分布式滑模控制算法。首先,考虑高速列车运行的受力情况,建立高速列车多质点模型;其次,设计领航者车厢滑模控制器和跟随者... 针对高速列车运行中因受外界未知扰动而导致的各车厢速度不同步问题,提出一种基于扩展滑模扰动观测器的高速列车分布式滑模控制算法。首先,考虑高速列车运行的受力情况,建立高速列车多质点模型;其次,设计领航者车厢滑模控制器和跟随者车厢分布式滑模控制器,构建扩展滑模扰动观测器估计外界未知干扰,并反馈给分布式滑模控制器,以消除外界未知干扰对高速列车各车厢速度同步造成的影响,同时利用Lyapunov理论证明了算法的稳定性。最后,通过Matlab仿真验证了该算法能实时精确观测外界未知扰动并反馈补偿,跟随者车厢能快速跟踪领航者车厢的速度,速度跟踪精确度高达99.9%。 展开更多

关键词 高速列车 分布式滑模控制 扩展滑模扰动观测器 跟踪精度

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基于分数阶扩展滑模扰动观测器的PMSM无模型控制算法研究

2

作者 程梦坤 储剑波 《电机与控制应用》 2024年第10期51-61,I0006,I0007,共13页

针对永磁同步电机调速控制系统突加负载时导致转速波动较大的问题,提出了一种基于分数阶扩展滑模扰动观测器(FOESMDO)的转速环新型无模型控制方案。新算法为了改善调速系统的动、静态性能,建立了不含电机参数的永磁同步电机新型超局部模... 针对永磁同步电机调速控制系统突加负载时导致转速波动较大的问题,提出了一种基于分数阶扩展滑模扰动观测器(FOESMDO)的转速环新型无模型控制方案。新算法为了改善调速系统的动、静态性能,建立了不含电机参数的永磁同步电机新型超局部模型,以此为研究对象,借助快速终端滑模控制和改进型滑模切换函数设计新型无模型滑模控制器;同时为了提高扰动估计的准确性及减小滑模控制存在的抖振现象,改进算法采用分数阶扩展滑模扰动观测器进行超局部结构中未知部分的在线估计;最后,将所提出的基于FOESMDO的新型切换函数快速终端滑模控制方法同传统方法进行仿真对比,验证了新型无模型控制算法(FOESMDO-ISFFTSMC)在提高调速系统的响应速度和抗干扰能力方面的优异性能。 展开更多

关键词 永磁同步电机 分数阶扩展滑模扰动观测器 改进滑模切换函数 无模型控制算法

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基于扩展滑模扰动观测器的永磁同步电机新型无模型滑模控制 被引量：65

3

作者 赵凯辉 戴旺坷 +5 位作者 周瑞睿 冷傲杰 刘文昌 邱鹏旗 黄刚 吴公平 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期2375-2385,共11页

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)控制系统采用传统PI控制算法时因参数摄动而导致电机控制性能下降的问题,提出一种转速环改进型无模型滑模控制方法(improved model-free sliding mode control,IMFSMC)。首先... 针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)控制系统采用传统PI控制算法时因参数摄动而导致电机控制性能下降的问题,提出一种转速环改进型无模型滑模控制方法(improved model-free sliding mode control,IMFSMC)。首先,建立PMSM在参数摄动时的新型超局部模型。其次,采用一种改进趋近律设计转速环无模型滑模反馈控制器;同时利用扩展滑模扰动观测器(extended sliding mode disturbance observer,ESMDO)估计超局部模型中的未知部分,并通过Lyapunov稳定性理论证明了该控制器和观测器的稳定性。最后,与PI控制以及传统无模型滑模控制的仿真和实验对比,结果证明所提方法能有效改善PMSM在发生参数摄动时的暂稳态性能,降低对电机模型的依赖,提升系统鲁棒性和抗干扰性能。 展开更多

关键词 永磁同步电机 新型超局部模型 无模型滑模控制 改进趋近律 扩展滑模扰动观测器

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基于分数阶扩展滑模扰动观测器的PMSM转速环无模型递归非奇异终端滑模控制 被引量：1

4

作者 张会林 林新才 张建平 《信息与控制》 CSCD 北大核心 2024年第2期261-272,共12页

针对永磁同步电机转速环中存在的参数变化和外部负载扰动的问题,为了提高调速系统的响应速度和抗干扰能力,提出了一种基于分数阶扩展滑模扰动观测器(FOESMDO)的转速环新型无模型递归非奇异终端滑模控制(MFRNTSMC)方法。首先,构建基于传... 针对永磁同步电机转速环中存在的参数变化和外部负载扰动的问题,为了提高调速系统的响应速度和抗干扰能力,提出了一种基于分数阶扩展滑模扰动观测器(FOESMDO)的转速环新型无模型递归非奇异终端滑模控制(MFRNTSMC)方法。首先,构建基于传统数学模型的永磁同步电机新型超局部模型。其次,结合新型超局部模型和递归非奇异终端滑模控制理论,设计位于转速环的无模型递归非奇异终端滑模控制器。并且设计一种分数阶扩展滑模扰动观测器,该观测器在精确补偿系统未知部分的同时还提升了转速环控制器的抗干扰能力。最后,通过仿真和实验对比,验证所提的滑模控制方法的优越性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 新型超局部模型 无模型递归非奇异终端滑模控制 分数阶扩展滑模扰动观测器

原文传递

计及时变扰动下永磁牵引电机无传感器滑模控制 被引量：2

5

作者 李祥飞 刘捃锓 +3 位作者 王坚 赵凯辉 印阳 邹莉华 《机车电传动》 北大核心 2023年第1期86-96,共11页

针对永磁同步牵引电机因参数摄动不确定因素造成控制性能下降以及速度传感器存在成本高、环境要求严格、估计精度不足等问题,提出了一种基于自适应广义高阶平方根容积卡尔曼滤波算法(ASRGHCKF)无速度传感器的永磁同步电机(PMSM)自适应... 针对永磁同步牵引电机因参数摄动不确定因素造成控制性能下降以及速度传感器存在成本高、环境要求严格、估计精度不足等问题,提出了一种基于自适应广义高阶平方根容积卡尔曼滤波算法(ASRGHCKF)无速度传感器的永磁同步电机(PMSM)自适应非奇异快速终端滑模控制算法。首先,建立参数摄动下PMSM数学模型;其次,基于扩展滑模扰动观测器(ESMDO)设计自适应非奇异快速终端滑模转速控制算法(ANFTSMC),选择新型指数趋近律可随系统距离滑模面的远近自适应调整趋近速度,同时ESMDO实时精准观测系统的未知扰动部分;最后,结合ASRGHCKF实时精准估计电机的转速和转子位置。通过与PI和传统SMC算法进行仿真和半实物试验对比,验证了该算法在电机参数摄动下暂稳态性能更佳,有利于改善PMSM的无速度传感器控制效果。 展开更多

关键词 永磁同步电机 自适应广义高阶平方根容积卡尔曼算法 非奇异快速终端滑模 扩展滑模扰动观测器

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一种新型永磁同步电机高阶滑模控制算法

6

作者 于惠钧 蒋新春 +3 位作者 黄刚 刘捃锓 郭益武 王志刚 《电气自动化》 2024年第2期1-6,共6页

针对永磁同步电机控制系统易因外部扰动等不确定性影响而导致控制性能下降的问题,提出了一种基于改进自适应非奇异终端滑模控制器和滑模扰动观测器补偿技术的复合控制算法。选择新型自适应指数趋近律设计非奇异终端滑模转速环控制器,新... 针对永磁同步电机控制系统易因外部扰动等不确定性影响而导致控制性能下降的问题,提出了一种基于改进自适应非奇异终端滑模控制器和滑模扰动观测器补偿技术的复合控制算法。选择新型自适应指数趋近律设计非奇异终端滑模转速环控制器,新型趋近律可以在保证减少抖振的同时保证控制系统能够快速收敛,可动态适应被控系统的变化;利用扩展滑模扰动观测器实时估计系统中不确定性参数,并对控制器进行前馈补偿,且通过Lyapunov函数证明了其稳定性。仿真和试验结果表明,与PI控制、传统滑模控制方法相比,所提方法有效改善了抖振问题,提高了控制系统对电机的控制精度,提升了系统的鲁棒性和抗干扰性能。 展开更多

关键词 永磁同步电机 新型自适应指数趋近律 非奇异终端滑模控制 扩展滑模扰动观测器 前馈补偿 鲁棒性

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永磁同步电机改进无模型超螺旋滑模控制 被引量：2

7

作者 龚事引 李丹 +3 位作者 刘捃锓 于惠钧 黄刚 周湘杰 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2024年第2期175-181,共7页

针对永磁同步电机在复杂工况下控制性能下降问题,提出一种改进型无模型超螺旋非奇异快速终端滑模控制(IMFNFTSMC)算法。首先,建立复杂工况下的SPMSM数学模型;其次,提出新型超局部模型,与二阶超螺旋控制律(ST-)和非奇异快速终端滑模面(NF... 针对永磁同步电机在复杂工况下控制性能下降问题,提出一种改进型无模型超螺旋非奇异快速终端滑模控制(IMFNFTSMC)算法。首先,建立复杂工况下的SPMSM数学模型;其次,提出新型超局部模型,与二阶超螺旋控制律(ST-)和非奇异快速终端滑模面(NFTSM)结合,设计转速环IMFNFTSM控制器,在减小滑模抖振的同时加快系统收敛速度;为加强控制精度,设计超螺旋扩展滑模扰动观测器(STESMDO)对系统扰动进行估计并前馈补偿;最后,通过仿真及RT-LAB实验对所提方法和PI以及传统无模型非奇异终端滑模控制算法(MFNFTSMC)进行对比,证明了所设计算法的有效性和优越性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 无模型 超螺旋 非奇异快速终端滑模 超螺旋扩展滑模扰动观测器

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PMSM无模型超螺旋快速积分终端滑模控制 被引量：5

8

作者 赵凯辉 谯梦洁 +3 位作者 吕玉映 游鑫 张昌凡 郑剑 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期64-74,共11页

针对永磁同步电机运行过程中因模型不确定、参数摄动和外部扰动等因素的影响,从而导致驱动系统性能下降的问题,提出一种新型控制策略。首先,为减少对系统数学模型的依赖,构建了一个新的超局部模型,用于描述永磁同步电机的转速环。其次,... 针对永磁同步电机运行过程中因模型不确定、参数摄动和外部扰动等因素的影响,从而导致驱动系统性能下降的问题,提出一种新型控制策略。首先,为减少对系统数学模型的依赖,构建了一个新的超局部模型,用于描述永磁同步电机的转速环。其次,基于转速环的新型超局部模型,结合一种新型积分终端滑模面和改进超螺旋控制律来设计新型无模型超螺旋快速积分终端滑模控制器,实现了对转速的精确控制。再次,采用非奇异快速终端滑模面和双幂次趋近律设计改进扩展非奇异终端滑模扰动观测器,通过精确观测和前馈补偿未知扰动,有效地抑制参数摄动和外部扰动,增强了系统鲁棒性,提高系统的动态性能和稳态性能。最后,通过与传统控制方法的仿真和实验对比,证实所提算法转速抗超调能力提升为0.412 5%,转矩快速响应能力提升0.013 s。结果表明当存在未知扰动时,所提方法具有较强的鲁棒性和良好的抗干扰性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 无模型超螺旋快速积分终端滑模控制器 扩展非奇异终端滑模扰动观测器

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极端工况下永磁同步电机改进非奇异终端滑模控制

9

作者 龚事引 李丹 +2 位作者 于惠钧 黄刚 周湘杰 《电工技术》 2024年第3期188-191,206,共5页

针对永磁同步电机控制系统性能易受参数变化、外部扰动等不确定性因素影响而下降的问题,设计了一种转速环改进型非奇异终端滑模控制方法。首先,建立永磁同步电机的数学模型;然后,采用改进型指数趋近律与非奇异终端滑模面相结合设计控制... 针对永磁同步电机控制系统性能易受参数变化、外部扰动等不确定性因素影响而下降的问题,设计了一种转速环改进型非奇异终端滑模控制方法。首先,建立永磁同步电机的数学模型;然后,采用改进型指数趋近律与非奇异终端滑模面相结合设计控制器;同时,利用扩展滑模扰动观测器估计系统中不确定性参数,并通过Lyapunov函数证明了其稳定性;最后,通过仿真实验对所提出的控制方案的有效性进行了分析验证。结果表明,与PI控制和传统NTSMC方法相比,该方法在保证快速收敛的同时明显削弱了抖振现象,具有一定的鲁棒性和抗干扰性。 展开更多

关键词 滑模控制 扩展滑模扰动观测器 永磁同步电机 自适应指数趋近律 非奇异终端滑模面

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一种永磁同步电机无模型超螺旋快速终端滑模控制方法 被引量：8

10

作者 赵凯辉 易金武 +3 位作者 刘文昌 谯梦洁 张昌凡 王兵 《电力系统保护与控制》 EI CSCD 北大核心 2023年第22期88-98,共11页

针对内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)由于内部参数变化、外部扰动等各种不确定性因素导致控制性能不佳的问题,提出一种无模型超螺旋快速终端滑模控制方法。首先,建立考虑IPMSM不确定性的新型超... 针对内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)由于内部参数变化、外部扰动等各种不确定性因素导致控制性能不佳的问题,提出一种无模型超螺旋快速终端滑模控制方法。首先,建立考虑IPMSM不确定性的新型超局部模型,结合超螺旋算法和快速终端切换函数设计无模型超螺旋快速终端滑模控制器,确保系统状态有限时间收敛,并有效减小抖振。其次,设计扩展滑模扰动观测器精准估计超局部模型中的未知部分,并前馈补偿给设计的控制器,进一步提升系统的抗干扰能力和跟踪性能。最后,通过与PI控制和传统无模型滑模控制进行仿真实验对比,验证了该方法具有更快的收敛速度和更强的鲁棒性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 超局部模型 超螺旋快速终端控制 扩展滑模扰动观测器

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考虑系统扰动的永磁同步电机复合控制策略 被引量：3

11

作者 韦汉培 魏海峰 张懿 《电机与控制应用》 2018年第3期11-16,45,共7页

提出一种结合滑模速度控制和扩展滑模扰动观测器的永磁同步电机复合控制策略。滑模速度控制采用新型趋近律设计,扩展滑模扰动观测器对系统内部参数摄动以及外部负载干扰进行准确估计。所设计的复合控制器通过系统扰动估计环节对控制系... 提出一种结合滑模速度控制和扩展滑模扰动观测器的永磁同步电机复合控制策略。滑模速度控制采用新型趋近律设计,扩展滑模扰动观测器对系统内部参数摄动以及外部负载干扰进行准确估计。所设计的复合控制器通过系统扰动估计环节对控制系统中的综合扰动项进行实时估计,用以对速度控制环节进行前馈补偿,实现控制系统自抗扰控制。试验结果验证了所提出控制策略的有效性和可行性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 滑模速度控制 扩展滑模扰动观测器 复合控制

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基于改进型双幂次组合趋近律的永磁同步电机无模型滑模控制 被引量：2

12

作者 王柳亘 王炜 +1 位作者 曾红兵 彭天顺 《湖南工业大学学报》 2023年第5期28-36,共9页

针对采用PI控制或传统无模型滑模控制(MFSMC)的永磁同步电机(PMSM)实际运行时因内部电磁参数摄动导致系统控制性能下降的问题,提出一种新型无模型滑模控制算法(IMFSMC)。首先,建立参数摄动下PMSM超局部模型;其次,设计改进型双幂次组合... 针对采用PI控制或传统无模型滑模控制(MFSMC)的永磁同步电机(PMSM)实际运行时因内部电磁参数摄动导致系统控制性能下降的问题,提出一种新型无模型滑模控制算法(IMFSMC)。首先,建立参数摄动下PMSM超局部模型;其次,设计改进型双幂次组合趋近律加快系统在趋近滑模面阶段的收敛速率;再次,设计扩展滑模扰动观测器(ESMDO)实时观测系统未知总扰动;同时,利用Lyapunov稳定性判定第二方法证明所设计控制器和观测器的稳定性;最后,将IMFSMC、MFSMC以及PI控制的仿真和实验进行对比,结果证明所提方法可以有效加快转速响应速率,增强系统的鲁棒性。 展开更多

关键词 改进型双幂次组合趋近律 无模型滑模控制 扩展滑模扰动观测器 永磁同步电机(PMSM)

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基于ESMDO的级联双模型永磁同步电机鲁棒控制

13

作者 侯利民 李坤 +2 位作者 王巍 尹玉萍 王禹 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第7期1324-1334,共11页

考虑永磁同步电机调速控制系统中传统电流环数学模型的耦合非线性,结合无模型控制的优势,提出了一种基于扩展滑模观测器(extended sliding mode disturbance observer,ESMDO)的级联双模型永磁同步电机鲁棒控制方法,有效解决了传统PI控... 考虑永磁同步电机调速控制系统中传统电流环数学模型的耦合非线性,结合无模型控制的优势,提出了一种基于扩展滑模观测器(extended sliding mode disturbance observer,ESMDO)的级联双模型永磁同步电机鲁棒控制方法,有效解决了传统PI控制器的鲁棒性差、动态响应慢的问题。首先,在转速环利用传统永磁同步电机数学模型设计了引入自校正开关增益的离散滑模转速控制器,通过离散的ESMDO观测综合扰动项并进行补偿。然后,在考虑电机参数的不确定性和外部扰动的情况下,建立了电流环超局部模型,设计了基于离散的ESMDO的无模型无差拍电流预测控制器。最后,以PI控制为对比方法进行仿真分析,仿真结果表明了所提方法的可行性与有效性。 展开更多

关键词 永磁同步电机 离散滑模控制 无模型控制 扩展滑模扰动观测器

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基于改进自适应趋近率的永磁同步电机无模型控制系统设计 被引量：1

14

作者 储禹丞 张兰红 程梦坤 《计算机测量与控制》 2024年第5期137-143,共7页

传统的速度环控制在永磁同步电机负载突变时,会引起转速波动较大从而影响电机运行的稳定性,为了抑制转速波动,并实现电机转速的快速响应,采用了一种基于扩展滑模扰动观测器的改进型趋近率控制方法;新算法通过引入含有外部扰动的电机运... 传统的速度环控制在永磁同步电机负载突变时,会引起转速波动较大从而影响电机运行的稳定性,为了抑制转速波动,并实现电机转速的快速响应,采用了一种基于扩展滑模扰动观测器的改进型趋近率控制方法;新算法通过引入含有外部扰动的电机运动方程,并将扰动进行扩展分析,建立了扰动观测器的数学模型,增加扰动观测的准确性;为了减少滑模控制器的抖振,提高响应速度,提出了一种改进型的滑模趋近率,新控制器采用增益自适应、幂次自适应的方法,实现动态调节控制增益的目的;将新算法分别与基于传统指数趋近律的无模型算法和PI控制策略进行仿真对比,仿真结果验证了所提控制策略在提高系统响应速度以及抗干扰能力方面的优异性能。 展开更多

关键词 永磁同步电机 扩展滑模扰动观测器 改进自适应趋近率 抗干扰能力 无模型控制

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矿用压风机组优化控制方法研究

15

作者 王磊 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第S01期169-173,193,共6页

针对矿用压风机组存在能耗巨大、风量控制不准确、转速控制不稳定等问题,提出一种基于扩展积分快速终端滑模扰动观测器(EIFTSMDO)和新型无模型积分分段双幂次滑模控制(IMFNSMC)的压风机组电动机转速控制方法。该方法基于表贴式永磁同步... 针对矿用压风机组存在能耗巨大、风量控制不准确、转速控制不稳定等问题,提出一种基于扩展积分快速终端滑模扰动观测器(EIFTSMDO)和新型无模型积分分段双幂次滑模控制(IMFNSMC)的压风机组电动机转速控制方法。该方法基于表贴式永磁同步电机(SPMSM)转速环的新型超局部模型,结合无模型控制和新型滑模控制的优点,设计了改进的无模型新型趋近率滑模控制器;同时结合积分滑模滑模和快速终端滑模的优点,设计了积分项快速终端滑模扰动观测器,实时精准估计新型超局部模型的未知部分;通过对控制器进行前馈补偿,提高了电动机控制系统的鲁棒性和抗干扰能。仿真和半实物实验结果表明,与滑模控制和新型滑模控制方法相比,基于IMFNSMC+EIFTSMDO的控制方法的超调减少了15%,响应速度加快了0.1 s,抗干扰能力加强了10%,验证了该方法的有效性和优越性。 展开更多

关键词 压风机 永磁同步电动机 节能控制 电动机调速系统 无模型积分分段双幂次滑模控制 扩展积分快速终端滑模扰动观测器

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