自抗扰控制器在平面电机控制系统中的应用

针对平面电机调速系统在PID控制下控制性能差的问题,文章提出了自抗扰控制方案,在突加负载或扰动时,用自抗扰控制器进行估计、补偿和控制,解决了PID控制中产生的“快速性”与“超调量”之间的矛盾;文章详细描述了自抗扰控制器组成、平面电机速度控制器的搭建,最后在突加负载和摩擦力突变的情况下,通过比较自抗扰控制和PID控制,结果表明:自抗扰控制具有良好的动态性能和鲁棒性。     

基于自抗扰技术的无人机自主避障研究

摘要：随着无人机民用化的持续加速, 其应用场景越来越复杂, 自主避障技术成为拓宽应用领域的技术瓶颈. 自主避障技术的突破, 无疑成为无人机更大规模应用必要条件. 自抗扰控制器技术, 是发扬PID控制技术的精髓并吸取现代控制理论思想归纳探索而来. 自抗扰控制器具有的不依赖被控对象精确模型、算法简单、参数易于调节的特点, 使其适合作为无人机自主避障的控制算法来应用. 针对无人机避障中位置给定阶跃信号幅值较大且幅值不定的情况, 传统PID控制器快速性不能很好满足要求且需要重复调节参数, 而自抗扰控制器则具有更好的鲁棒性. 为了更好的实现无人机自主避障, 设计了基于自抗扰控制器的外环位置控制器, 对基于自抗扰的无人机自主避障系统进行仿真和实验研究, 并与传统双环PID控制器进行对比分析, 结果证明外环控制器采用自抗扰控制器的无人机自主避障系统的可行性.     

采用模糊逻辑修正的SRM滑模控制器设计

针对开关磁阻电动机输出转矩脉动问题,提出了一种基于模糊逻辑修正的滑模转矩脉动最小化控制方法;采用数学解析方法对有限元分析的电感数据进行处理,从而建立电机的非线性模型,并详细分析了转矩脉动机理;设计了基于滑模变结构的电机瞬时转矩控制器,并采用模糊逻辑修正模块对关断角进行实时补偿控制;仿真结果表明,与PI定角度控制及滑模控制相比,转矩脉动系数分别减小了24.7%和15.1%,提升了高转速时的电机动态性能。     

基于增益调整型模糊PID的脉动真空灭菌器控制系统

针对目前脉动真空灭菌器控制效果不好而产生湿包的问题,结合Chien-Hrones-Reswicks整定算法,提出用模糊变增益PID的控制策略,控制器输入取控制舱内温度的偏差e和偏差变化率Δe。根据实际操作经验,加入模糊规则,输出取PID控制器2个参数的调整值,从而实现PID参数的在线自整定。在MATLAB/SIMULINK环境下进行了仿真实验,进行了传统PID控制与模糊变增益PID控制动态性能的仿真比较,结果表明采用模糊变增益PID控制策略可明显提高脉动真空灭菌控制系统的动态性能。.     

基于自抗扰控制的超导储能变流器设计北大核心CSCD

超导磁储能(SMES)是一种以电磁能的形式储存电能的装置,在提高电力系统稳定性、改善电网电能质量、平滑间歇性能源出力等方面具有广阔的应用前景.本文针对现有SMES控制中存在的不足,将自抗扰控制引入SMES的功率控制方案中.首先介绍了自抗扰控制器的一般设计方法;然后结合SMES的数学模型设计了SMES双闭环自抗扰控制方案;最后在MATLAB/simulink环境中进行仿真,对比了采用传统PI控制和自抗扰控制时SMES的动态性能.仿真结果表明,在功率参考值突变、系统参数变化等工况下,本文所提方法克服了传统PI控制器对SMES功率控制的缺陷,能够快速、无超调地对SMES功率进行控制,并能有效抑制扰动的影响.     

电机温度时滞耦合系统自抗扰控制仿真研究

电机温度过高会造成绝缘性能老化,电机安全性能下降。电机控制系统是典型的非线性系统,电机温度也因此具有时滞性和耦合性的特点,难以建立准确的数学模型。传统的方法对电机温度的控制精度较差,从而导致电机温度失控。为此,提出基于BP神经网络自抗扰控制算法的电机时滞耦合关系下温度控制方法。将BP神经网络与PID控制方法相结合建立电机温度网络自抗扰控制器模型,利用梯度下降法修正电机温度控制器模型的权值系数,从而实现了BP神经网络自抗扰控制器参数的实时调整。实验结果表明,利用BP神经网络自抗扰算法进行电机时滞耦合关系下温度调整,能够有效提高控制的精确度,缩短了控制过程中的时间延时。     

基于自抗扰控制的超导储能变流器设计

超导磁储能(SMES)是一种以电磁能的形式储存电能的装置,在提高电力系统稳定性、改善电网电能质量、平滑间歇性能源出力等方面具有广阔的应用前景.本文针对现有SMES控制中存在的不足,将自抗扰控制引入SMES的功率控制方案中.首先介绍了自抗扰控制器的一般设计方法;然后结合SMES的数学模型设计了SMES双闭环自抗扰控制方案;最后在MATLAB/simulink环境中进行仿真,对比了采用传统PI控制和自抗扰控制时SMES的动态性能.仿真结果表明,在功率参考值突变、系统参数变化等工况下,本文所提方法克服了传统PI控制器对SMES功率控制的缺陷,能够快速、无超调地对SMES功率进行控制,并能有效抑制扰动的影响.     

模糊PID控制在ATP伺服系统中的应用

针对空间光通信ATP伺服系统采用一种模糊PID参数自整定的控制方法,结合模糊控制与常规PID控制的优点,讨论了模糊PID参数自整定控制器的设计方法。利用MATLAB中的模糊控制工具箱进行了系统的辅助设计与仿真实验,并与传统PID控制系统进行比较。仿真结果表明,该控制方法明显优于传统PID控制,并能使ATP系统的视轴稳定性得到提高。     

小型固定翼无人机纵向姿态控制律的研究

针对无人机在实际飞行过程中受到外部环境影响大,控制精度不够高的问题;研究了一种模糊参数自整定PID控制方法来完成对无人机的纵向姿态的控制;该方法在传统的PID控制的基础上,利用无人机实际飞行中的数据,建立起模糊控制规则来实现PID参数自整定,最后在通过建立的纵向姿态模型上进行仿真控制,得出仿真曲线;仿真实验结果表明,所设计的模糊PID控制器,相比于传统的PID控制器具有更好的控制性能,并且具有很好的抗干扰能力,能够满足无人机控制系统的要求。     

加入PSO算法在蔗糖结晶模糊控制中的应用

在煮糖过程中人为因素对出糖数量和质量都有很大的影响,而蔗糖结晶过程难以建立准确的数学模型使得传统的控制方法无法实现精准控制,在总结经典PID控制和已经实际应用的蔗糖结晶过程模糊控制理论的基础上,提出了采用模糊推理对PID控制器参数进行自整定,加入改进粒子群算法对控制器过程参数进行优化调整,完成融入PSO算法的蔗糖结晶过程模糊控制器的设计,利用每次控制输出反馈自整定来提高控制器性能；通过Matlab软件模拟仿真测试效果表明,该方法增强了系统鲁棒性,可以提高出糖的品质。     

基于自抗扰控制器的力矩电机伺服系统控制

自抗扰控制器能将被控对象的内、外“总扰动”进行估计并用前馈补偿的方法将其抵消,适于力矩电机因直接驱动所带来干扰的补偿与控制。针对测量噪声对线性自抗扰控制器观测器带宽的限制,提出了二阶线性自抗扰的相似结构,并结合三阶积分链式微分器对其效果进行了对比仿真验证。力矩电机的控制仿真实验表明,与二阶线性自抗扰算法相比,基于相似结构的改进的力矩电机控制,能在有测量噪声情况下兼顾系统跟踪精度、突加负载时抗扰动性与抗噪性。     

Control of Hall angle of Skyrmion driven by electric current

Skyrmions are very promising for applications in spintronics and magnetic memory.It is desired to manipulate and operate a single skyrmion.Here we report on the thermal effect on the motion of current-driven magnetic Skyrmions in magnetic metal.The results show that the magnon current induced by the thermal gradient acts on Skyrmions via magnonic spin-transfer torque,an effect of the transverse and longitudinal Skyrmions drift velocities,thus leading to the effective manipulation of the Hall angle through the ratio of thermal gradient to electric current density,which can be used as a Skyrmion valve.     

Control of spins in a nano-sized magnet using electric-current

With the development of spintronics,spin-transfer torque control of magnetic properties receives considerable attention.In this paper the Landau-Lifshitz-Gilbert equation including the torque term is used to investigate the magnetic moment dynamics in the free layer of the ferromagnet/non-magnetic/ferromagnet(FM1/N/FM2) structures.It is found that the reverse critical time τ_c decreases with the current increasing.The critical time τ_c as a function of current for the perpendicular and parallel easy magnetic axes are the same.The critical time τ_c increases with the damping factor α increasing.In the case of large current the influence of the damping factor α is smaller,but in the case of little torque the critical time τ_c increases greatly with the damping increasing.The direction of the magnetization in the fixed layer influences the critical time,when the angle between the magnetization and the z direction changes from 0.1π to 0.4π,the critical time τ_c decreases from 26.7 to 15.6.     

Analysis of a non-contact magnetoelastic torque transducer

Results are presented for the performance of a magnetoelastic torque transducer that converts a torque-induced strain in a non-magnetic shaft into changes in a measurable magnetic field. The magnetic field is generated by a thin magnetostrictive layer that is coated onto the circumference of the shaft. The layer is magnetized and has an initial residual strain. The magnetization within the layer rotates in response to changes in the strain which occur when the shaft is torqued. The magnetic field produced by the layer changes with the magnetization and this can be sensed by a magnetometer to monitor the torque on the shaft. In this paper, a phenomenological theory is developed for predicting the performance of the transducer. The theory can be used to predict the magnetic field distribution of the transducer as a function of the physical properties of the magnetic coating, its residual strain, and the applied torque. It enables rapid parametric analysis of transducer performance, which is useful for the development and optimization of novel non-contact torque sensors.     

一种新的扭矩测量原理

本文提出一种新的用光空间调制与光空间滤波复合而成的,非接触扭矩测量原理.通过精密测量轴的扭转角,从而获得传动线路中的扭矩并对动态系统特性进行了整体描述.     

Effect of Rashba interaction at normal metal/insulator interface on spin-orbit torque of ferromagnet/normal metal/insulator trilayers

Based on a spin drift-diffusion model, we theoretically investigate the spin-orbit torque in ferromagnet/normal metal/insulator trilayers with considering the Rashba interfacial spin-orbit coupling at the normal metal/insulator interface. We find that the spin-orbit torque shows the opposite normal-metal-thickness dependences for the bulk spin-orbit coupling effect in the normal metal layer and for the interfacial spin-orbit coupling effect at the normal metal/insulator interface, offering a way to disentangle these two spin-orbit coupling effects. Moreover, we show that the conventional interpretation based on the bulk spin-orbit coupling effect overestimates the spin Hall angle and underestimates the spin diffusion length of the normal metal layer, when the interfacial contribution is non-negligible. Our result, a concise analytic expression of the spin-orbit torque considering both bulk and interface spin-orbit coupling effects, will be useful to design and interpret experiments on spin-orbit torque experiments in ferromagnet/normal metal/insulator trilayers.     

Magnetization reversal dependence on magnetic properties of a spin torque oscillator with in-plane anisotropy free layer and orthogonal polarizer

The effect of magnetic properties on magnetization dynamics is studied for a spin torque oscillator (STO) composed of a free layer with an in-plane magnetic anisotropy and a reference layer with a fixed out-of plane magnetization. A transition from damped to uniform oscillations is observed for a critical value of saturation magnetization M_S). In the uniform oscillations regime, the frequency is inversely proportional to M_S. Similarly, the critical current for achieving uniform oscillations is investigated as a function of free layer intrinsic properties. In a second part of the study, the magnetostatic field (H_m) from the reference layer is considered and it is revealed that the out-of plane component of magnetization has a strong dependence on H_m. For a particular configuration, H_m could reduce the out-of plane component maximizing thus the out-put signal of the STO.     

基于LabVIEW的旋转轮轴扭矩测试系统的设计

针对目前国内旋转动力机械动态扭矩测量中受环境因素影响大,精度低,稳定性差,操作使用不方便等问题,应用感应供电技术、无线通信技术、微功耗处理技术、虚拟仿真技术,设计了一种将WIFI无线传感器网络(WSNs)与虚拟仪器相结合的旋转轮轴扭矩测试系统,实现了动态扭矩参数的实时准确监测、在线校准、存储、分析、显示、预报预警及生成报表等功能,仿真和实测结果表明：该系统功耗低于0.05W,测量精度可达0.4%FS,动态响应好,操作简单,长时间运行稳定可靠。     

Spin-transfer torque in tunnel junctions with ferromagnetic layer of finite thickness

Two components of the spin torque exerted on a free ferromagnetic layer of finite thickness and a half-infinite ferromagnetic electrode in single tunnel junctions have been calculated in the spin-polarized free-electron-like one-band model. It has been found that the torque oscillates with the thickness of ferromagnetic layer and can be enhanced in the junction with the special layer thickness. The bias dependence of torque components also significantly changes with layer thickness. It is non-symmetric for the normal torque, in contrast to the symmetric junctions with two identical half-infinite ferromagnetic electrodes. The asymmetry of the bias dependence of the normal component of the torque can be also observed in the junctions with different spin splitting of the electron bands in the ferromagnetic electrodes.     

基于多功能数据采集卡和变速PID的转台控制系统设计

为了提高采用转台对惯导系统和惯性仪表进行误差模型标定时的可靠性和精度,对角位置转台的控制系统进行了研究。首先借助NI公司PXI-8101控制器和功能强大的数据采集卡PXIe-6363对转台控制系统进行了硬件设计。随后在对转台常规PID控制方法研究的基础上提出了一种能随系统调节偏差自动改变积分项累加速度的变速PID控制方法。接着又对基于软件实现的双通道旋转变压器轴角解调算法进行了研究并提出了一种粗精组合角纠错方法。最后对本文设计的转台控制系统进行了测试实验,结果表明提出的轴角解调算法具有较好的解码速度和精度,并且变速PID控制方法大大提高了转台控制系统的自学习能力和鲁棒性,显著地改善了转台控制过程的稳定性。