摘要：针对PID控制下柔性关节驱动电机的饱和问题,研究了一种考虑误差和时间最优的抗饱和控制方法。构建以系统跟踪误差和调节时间为优化目标,以驱动电机饱和上限为约束条件的优化模型,提出基于多目标模拟退火算法(MOSA)和莱文贝格-马夸特算法(LM)的MOSA-LM-PID组合优化方法;先利用MOSA的全局收敛能力得出PID参数最优解所在区域,再利用LM的局部快速收敛能力将近似最优解拟合为全局最优解,避免了MOSA的无效搜索,提高了收敛速度和精确度;针对MOSA算法一次随机权重可能造成优化偏重的问题,设计了一种考虑当前周期各目标优化情况的目标函数权重赋值方法。仿真与实验结果表明,MOSA-LM-PID的调节时间小于0.5 s,最大跟踪误差小于1.5%,且控制力矩的饱和度小于50%,均优于PID和MOSA-PID控制,有效改善了柔性关节的动态性能,提高了系统抗饱和能力。

摘要：为解决由模型不确定性和外部未知干扰导致的柔性关节系统控制偏差问题,提出一种基于未知状态估计器和跟踪微分器的预设性能反演控制方法。设计一种基于低通滤波器的未知状态估计器,该估计器仅依赖于模型的名义值即可估计集总扰动。构造了一种新的有限时间收敛预设性能函数,并基于该函数设计反演控制器,用于在保证闭环系统所有信号有界的情况下,使关节跟踪误差在约定时间内收敛到预定的任意小区域。为避免反演控制器的微分爆炸问题,设计基于改进Sigmoid函数的跟踪微分器来估计虚拟控制律的微分信号。仿真结果表明,在未建模动态和外部未知干扰的影响下,所提方法能够保证关节跟踪误差在有限时间内收敛到任意给定范围,有效提高了柔性关节的瞬态和稳态性能。

摘要：针对开关磁阻电机(SRM)传统滞环控制电流跟踪效果差和转矩脉动大的问题,提出一种变增益鲁棒控制方法。基于SRM极端位置磁化曲线,建立考虑磁饱和效应的SRM非线性解析模型,实现了电机增量电感和反电动势的在线估计。为克服模型不确定造成的估计偏差,设计SRM电流鲁棒控制器,利用反馈增益对增量电感和反电动势的估计偏差进行在线补偿,提高电流跟踪控制精确度。基于Lyapunov直接法对SRM电流控制器进行分析设计,保证了控制系统的稳定性。在此基础上,采用线性转矩模型和误差补偿设计新型转矩-电流转换器,实现转矩到电流的精确映射,间接完成转矩平滑控制。实验结果表明,SRM变增益鲁棒控制器的电流跟踪均方根误差和转矩脉动系数均低于传统滞环控制,具有更好的电流跟踪性能和转矩脉动抑制能力,有效提高了SRM驱动性能。

摘要：针对仿人柔性关节负载突变引起的关节振动问题,提出一种基于状态观测器的转矩补偿控制方法.通过控制电动机输出与扰动力矩等值的转矩增量,使关节力矩快速平衡变化后的负载力矩,缩短弹性元件被动适应负载变化的振荡过程.设计了估计负载扰动转矩和电动机转速的状态观测器,并利用Lyapunov函数证明其收敛性;建立基于比例积分-积分比例(PI-IP)转速调节器的驱动系统控制结构,并将观测器的输出前馈输入到转速调节器中,提高系统抗干扰能力.仿真结果表明,与比例积分微分(PID)控制和关节力反馈比例微分(PD)控制相比,所提方法能够在负载变化后的0.6 s内使电动机转速恢复稳定,并在1 s内实现关节振动抑制,关节转速调节时间分别缩短了约1.8 s和0.9 s,有效提升系统动态调节能力.最后,通过在一体化柔性关节测试平台上的实验,验证了所提方法的有效性.

摘要：针对开关磁阻电机(SRM)常规终端滑模控制器(SMC)响应速度慢和传统滑模观测器(SMO)存在的抖振问题,提出一种基于改进终端SMC和变速趋近律SMO的SRM瞬时转矩控制(DITC)方法。设计了电机速度误差可快速收敛的改进非奇异快速终端滑模面和可自适应调整趋近律速度的变速幂次趋近律,利用等效控制法,得出了连续非奇异控制律。通过Lyapunov函数证明了该系统的稳定性和有限时间收敛性。设计了变速趋近律SMO以实现SRM无位置传感器控制。采用双曲正切函数作为切换函数,并引入快速幂次趋近律作为SMO速度观测的趋近律,克服了传统SMO固定开关增益带来的抖振和收敛速度问题。通过Lyapunov函数证明了SMO运行的稳定性。仿真和实验验证了所提方法的有效性。结果表明:与常规终端SMC相比,改进终端SMC能够在0.07 s内实现对期望转速的跟踪,调节时间减少了0.04 s,并且系统稳定时转速波动降低了0.5 r/min,具有更好的响应速度和稳定性。在负载突增时,系统转速可在0.02 s内调节至给定值,恢复时间减少了0.05 s,具有更好的调节性能。变速趋近律SMO能够在0.01 s内实现转速估计误差的收敛,且误差波动维持在2 r/min以内,可实现电机转速和转子位置的准确估计。

摘要：针对开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)在运行过程中存在明显转矩脉动的问题,提出一种基于自适应PI算法的高性能间接瞬时转矩控制方法。通过PI型迭代学习控制算法实现相转矩指令到相电流指令的精确映射,PI型迭代学习控制算法的学习能力可消除传统线性转矩逆模型的求解误差。利用开关磁阻电机中增量电感的特点设计了自适应PI电流环,可自动调整电流控制器的增益,消除电感在不同位置对电流环跟踪控制的影响,进而可有效抑制开关磁阻电机的转矩脉动。对三相12/8极开关磁阻电机调速系统进行了仿真分析,仿真结果验证了所提高性能间接瞬时转矩控制策略的有效性。

摘要：针对电动叉车用开关磁阻电机(SRM)制动过程中的能量回收问题,研究一种可实现多端口能量灵活转换的新型集成式功率变换器。新型集成式功率变换器采用交错并联双向DC/DC变换器作为传统SRM功率变换器的前端电路,可以在电动及发电模式之间灵活切换。采用超级电容与铅酸蓄电池混合储能,回收减速和下放货物的能量,实现再生制动,并用于加速和举升货物。仿真试验表明所设计新型集成式功率变换器能满足电动叉车频繁起停的要求,并可减小输入输出端的电流波纹,提高能量回收效率。