摘要：有限时间镇定是最近二十年控制领域的一个热门研究方向。采用有限时间镇定技术,可以设计控制系统或观测器使得系统误差或估计误差在有限的时间内收敛到零,这对有严格时间要求的系统至关重要。该文以工业伺服系统常用的永磁同步交流电动机作为被控对象,基于转子磁场定向模式,针对电动机的位置-速度环设计了有限时间观测器和有限时间控制律相结合的位置伺服控制器,并与常规的渐近控制器相比较,通过数字信号处理器TMS320F28335搭建了实验测试平台,实验结果验证了设计方案的有效性。将该综合实验用于本科生计算机控制系统实训和研究生的控制工程实践环节,可帮助学生领会先进控制技术的潜力,激发其创新精神。

摘要：设计了开关磁阻电机(SRM)实验平台,包括了硬件电路、速度估计、数学建模、控制系统框架、速度控制律和软件模块。该实验平台实现了SRM传动系统的完整功能,而且还引入了基于多项式插值的瞬时速度估计、基于二阶傅里叶级数的转矩非线性建模,以及带有转矩分配函数的直接瞬时转矩控制策略等一些新颖技术。通过MATLAB仿真和基于数字信号处理器TMS320F28335的实验,验证了实验台的应用效果。仿真和实验结果表明,设计的SRM控制系统可实现准确的速度调节,而且能有效地抑制转矩脉动现象。该实验平台不但支持SRM传动系统的快速原型设计,而且可用于电气和自动化专业学生的控制系统实训,帮助学生学习如何把先进技术用于解决实际问题。

摘要：分数阶控制技术是近20年控制领域兴起的一个研究方向。采用分数阶微积分,可更精确地描述复杂系统的动态特性和进行有效控制。以工业伺服系统常用的永磁同步交流电动机作为被控对象,在磁场定向的矢量控制模式下,对电动机的速度-位置环分别采用分数阶PI控制、分数阶自抗扰控制和分数阶滑模控制等技术,设计了电动机速度调节、位置伺服控制的一组综合实验,通过数字信号处理器TMS320F28335搭建了实验测试平台,实验结果验证了各设计方案的可行性。该综合实验用于本科生计算机控制系统实训和研究生控制工程实践环节,帮助学生领会先进控制技术的潜力,彰显精益求精的工匠精神。

摘要：针对典型的伺服机构设计了一个基于线性与非线性控制相结合,利用扩展观测器进行扰动估计的轨迹跟踪控制器,并通过对摩擦力矩的建模,引入摩擦补偿作用。搭建了MATLAB仿真模型进行分析,并基于数字信号处理器TMS320F28335在一个永磁同步电动机试验台上进行了实验测试,比较了控制补偿方案的效果。本设计已用于本科生运动控制和研究生伺服工程课程的教学实践环节,为学生提供了一个把先进技术转化为现实生产力的案例。

摘要：本文把复合非线性反馈(composite nonlinear feedback,CNF)控制技术推广到带有非定常扰动的输入饱和限幅的线性系统.其中,未知扰动被作为一个扩张状态量增广到被控对象的模型中,然后设计一个扩展状态观测器来对系统的状态量和扰动同时进行估计,通过在CNF控制的框架中引入一个扰动补偿机制,在降低由扰动引起的稳态误差的同时,保留了CNF原有的快速的瞬态性能.这种控制方案对定常或时变扰动、匹配或非匹配的扰动,都能统一处理.论文对该控制方案的闭环稳定性和定点跟踪性能进行了理论分析,并把它应用到一个双惯性伺服传动系统.数值仿真结果验证了该方案在定点跟踪控制中具有优越的瞬态性能和稳态精度,且对扰动/给定目标的幅值变化也有一定的性能鲁棒性.

摘要：针对以音圈电机作为伺服机构的硬盘磁头定位伺服系统的性能要求,设计了一个参数化的控制器并进行仿真和实验研究。在控制设计中,采用一种复合非线性反馈(CNF)控制技术,以提高控制系统的瞬态性能,达到快速的响应和低超调;通过设计一个降阶观测器对伺服系统中的未知扰动进行估计及补偿,消除扰动可能带来的稳态跟踪误差。仿真和实验结果表明硬盘磁头可以实现对目标磁道快速准确的定位。参数化设计的伺服控制器具有通用性,可推广应用到其他伺服系统。

摘要：提出一种在双积分伺服系统中实现快速无静差定点跟踪的控制方案。控制律以近似时间最优控制律为主体,引入对未知扰动的补偿,通过一个扩展状态观测器对系统中不可量测的速度信号和未知扰动进行估计。从理论上分析了闭环系统的稳定性。把这种控制方案用于一个永磁同步电机的位置-速度环的定点跟踪控制,并进行了Matlab数字仿真和基于TMS320F2812DSP的实验研究,结果表明所设计的控制系统可以对大范围的给定目标进行快速和准确的跟踪,且对扰动和系统参数差异具有较好的性能鲁棒性。

摘要：提出一个用于实现快速和准确的伺服定位的控制方案。此控制方案是在近似时间最优控制(PTOC)的框架中嵌入了一种复合非线性反馈(CNF)控制律,并引入一个扩展状态观测器(ESO)。其中,CNF控制律包含线性和非线性反馈两部分,分别实现快速的响应和抑制超调,从而提高短距离定位时的瞬态性能;而PTOC控制律则用于在定位误差较大的时候进行最大的加速和减速;通过ESO对伺服系统中的未知速度和扰动进行估计及补偿,以消除稳态误差。针对双积分模型的伺服系统,设计了一个参数化控制器,并用于球杆系统的定位控制。实验结果表明控制系统可以实现对目标位置的快速和准确的定位,并具有较强的性能鲁棒性。

摘要：“现代控制理论”是自动化本科和电气工程与控制科学研究生的必修课程,其中一项重要的教学内容是基于观测器的控制器设计,特别是在系统存在未知扰动的情况下,如何实现扰动抑制和无静差输出跟踪,面临不同的方案选择和较复杂的计算。虽然MATLAB软件提供了一些辅助控制器设计的命令,但整个设计过程仍有不少困难,而且耗费时间。该文研发了基于MATLAB的带有友好用户界面的集成工具包,用于支持带观测器的扰动抑制输出跟踪控制器的设计与仿真分析。该MATLAB工具包不但可用于课堂教学演示,也能用于实际工程中的控制系统快速原型制作。

摘要：针对交流伺服电机的位置-速度环,提出一种离散时间鲁棒复合非线性控制方案。该控制方案由线性反馈、非线性反馈和扰动补偿机制组成,其中线性反馈使系统具有快速的输出响应,非线性反馈通过动态调节系统阻尼来改善系统输出的平稳性。以电机转角位置作为系统的测量反馈信号,设计了一个降阶线性扩展状态观测器对电机转速(未量测)和未知负载扰动加以估计。基于TMS320F2812DSP在一台实际的永磁同步电机上进行了试验测试。结果表明,伺服系统对大范围的目标位置都能实现快速、平稳和准确的跟踪,且对负载扰动和参数差异具有较好的鲁棒性。