基于高阶滑模观测器的风机改进反演滑模控制

针对风电机组风速波动幅度大、发电机转矩抖振大、功率无法平滑输出等问题,同时考虑风电机组中部分状态参数难以准确测量的问题,设计一种基于高阶滑模观测器的改进反演滑模控制策略。通过在反演设计中引进积分项来实现系统的有效控制和全局调节。采用高阶滑模观测器来实现时估计系统的状态,避免了直接测量会引入高频噪声的问题,使系统在外界扰动干扰的情况下具有较强的鲁棒性。为了验证算法的优越性在MATLAB中进行控制器仿真实验。最后通过仿真证明了所提方法的正确性,可行性。     

基于绝对指数积分的永磁同步电机控制

针对永磁同步电机在转速追踪时误差不能有效积累的问题,提出一种改进的积分滑模控制策略。首先,引入积分滑模面解决传统滑模控制中的高频抖振现象,并在积分滑模面上增加绝对指数积分项,以提高滑模面的收敛速率。其次,设计一种新的趋近率,该趋近率中的指数项有利于平衡系统的快速收敛与抖振之间的矛盾。最后,为进一步提高闭环控制系统的稳定性,设计负载观测器作为速度环控制器的实时补偿。仿真结果表明,新的速度环控制器结合负载观测器混和控制策略显著提升了系统的鲁棒性和负载适应能力,使得系统能够更好地应对负载变化和外部干扰,并实现更稳定、精确的控制性能。     

基于干扰观测器的小卫星自适应积分滑模姿态控制

针对飞轮摩擦力矩和外界干扰力矩对小卫星姿态控制精度的影响,设计了一种自适应积分滑模控制器。首先通过设计干扰观测器来补偿飞轮摩擦力矩,并给出了干扰观测器能稳定工作的条件。针对滑模控制器存在的抖振问题,通过对切换增益设计自适应律来减弱抖振,然后基于干扰观测器和自适应律设计了自适应积分滑模控制器,理论证明了该控制器的稳定性。最后通过对小卫星姿态控制进行数字仿真,在控制器作用下,小卫星实现了 0.001°的控制精度,同时具有较小的抖振幅度,证明了所设计控制器的优越性。     

直线二级倒立摆基于线性矩阵不等式算法的滑模鲁棒H_∞控制

倒立摆系统是高阶次、自然不稳定系统,容易受到外界干扰或者自身一些不确定性因素的影响而失去稳定。若用传统的滑模控制难以实现系统具有全程鲁棒抗干扰能力,同时存在控制输入抖振的现象。对此,提出了滑模鲁棒状态反馈H∞控制,即设计了带有滑模面参数和状态反馈增益的复合控制器。将问题转化为通过线性矩阵不等式求解优化值的优化问题,优化了状态反馈增益和滑模面,使得整个闭环控制系统具有全局强鲁棒性的特点;并实现了削弱抖振的目的。仿真结果表明了该控制方法的有效性和可行性,并且具有较强的鲁棒性和响应速度快的优越性,对高阶次不稳定系统具有很好的控制效果。     

基于干扰观测器的交流伺服系统滑模控制

为了解决某伺服系统在不确定情况下的精确位置控制问题,设计了一种基于干扰观测器的快速光滑二阶滑模控制方法.为使控制器在被控对象的数学模型不是精确、已知情况下也能使用,采用高阶滑模干扰观测器对参数变化和外部扰动进行补偿.使控制不连续项作用在滑模变量的高阶项上,能较好地削弱抖振,并采用李雅普诺夫理论证明了系统的闭环稳定性.仿真实验表明,和一种自适应模糊小波神经网络滑模控制器相比,所设计的控制器可以实现速度更快、精度更高的位置控制,鲁棒性更好.     

一类滑模变结构控制系统的抖振控制

对于带有一个积分环节的线性定常能控系统,分析了指数趋近率下滑模变结构控制的抖振过程,给出了抖振幅度、周期和趋近率参数、控制量的变化率之间的定量关系。超薄快速铝铸轧机前箱液位控制系统中,为防止塞棒挂渣,要求塞棒以一定幅度和频率抖振,这正好可以利用滑模变结构控制有抖振的特点,但必须对抖振加以控制。该文为此系统设计了变结构控制器,进行了系统仿真并与PID控制器进行了比较,验证了理论结果,也表明了滑模变结构控制的优越性。     

面向永磁同步电机负载转矩观测的自抗扰改进滑模控制

针对传统永磁同步电机滑模控制中存在的滑模抖振大及响应速度慢的问题,设计了一种新型趋近律,在传统指数趋近律的基础上加入可变比例系数并引入系统状态变量和滑模面的幂次项,减小抖振的同时提高了趋近速率。随后,为了避免引入转速误差的微分项,减小系统高频抖振,采用积分滑模面,设计了永磁同步电机改进滑模速度控制器。针对控制策略中负载扰动波动会导致系统控制精度降低、抖振增大的问题,设计了一种基于新型饱和函数的扩张状态观测器估计负载扰动,并将扰动估计值前馈至改进滑模控制器中,进一步提高了系统的抗扰性能。数值仿真结果表明：所提出的控制策略可显著提高电机动态性能和抗扰性。在电机受负载转矩波动影响时,比PI控制电机超调量减小约23.1%,响应速度提高62.5%,比传统滑模控制电机超调量减小约15.3%,响应速度提高50%。新型滑模趋近律还可以有效降低滑模抖振,与传统滑模控制器相比,采用改进滑模控制器电机抖振降低约50%。     

二重积分滑模控制最大功率点的研究

针对最大功率点滑模控制器中存在跟踪电压误差、抖震和瞬态响应缓慢等问题,在一个独立光伏系统中,提出了一种新型的基于双积分滑模控制最大功率点跟踪,为此二重积分滑模控制器采用跟踪电流误差项的滑动面来消除稳态误差。实验结果表明:与滑模控制器和积分滑模控制器控制过程相比较,采用二重积分滑模控制器极大地削减了输出电压稳态抖震,使输出电压值更为精确。在光伏系统中,使用MATLAB仿真软件可以有效的验证所提出的二重积分滑模控制器。     

直线二级倒立摆基于LMI算法的滑模鲁棒H∞控制

倒立摆系统的控制研究一直是控制领域里经久不衰的课题,倒立摆系统是高阶次、自然不稳定系统,容易受到外界干扰或者自身一些不确定性因素的影响而失去稳定。若用传统的滑模控制难以实现系统具有全程鲁棒抗干扰能力,同时存在控制输入抖振的现象。对此,提出了滑模鲁棒状态反馈 控制,即设计了带有滑模面参数和状态反馈增益的复合控制器,将问题转化为通过线性矩阵不等式求解优化值的优化问题,优化了状态反馈增益和滑模面,使得整个闭环控制系统具有全局强鲁棒性的特点,并实现了削弱抖振的目的。仿真结果表明了该控制方法的有效性和可行性,并且具有较强的鲁棒性和响应速度快的优越性,对高阶次不稳定系统具有很好的控制效果。     

压力脉冲测试系统滑模抗干扰控制方法

针对压力脉冲测试系统运用滑模控制在体积切换时抖振突出的问题,提出一种滑模抗干扰控制方法。采用奇异值摄动理论对压力脉冲测试系统进行降阶简化,方便控制器的设计以及应用。根据系统降阶模型,构建扩张状态观测器,用于估计系统中的不确定参数和工件体积切换等未知干扰,并将估计的干扰值作为前馈信号补偿给滑模控制器,从而减小干扰不确定上界,减小切换增益来达到抑制抖振的目的。通过选择合适的Lyapunov函数对所提控制方法的稳定性进行了推导证明,使用AMESim、Matlab/Simulink构建的联合仿真平台进行仿真分析,并通过压力脉冲测试台进行了实验验证。研究结果表明：在整体跟踪性能方向,传统滑模控制方法相较于PID方法提升了21.10%,而所提控制方法相较于PID方法提升了30.86%,所提控制方法可以有效估计与补偿未知干扰,实现更小切换增益的同时保持控制精度,在工件体积切换时有效抑制了滑模抖振,提高了系统的抗干扰能力。     

基于非奇异终端滑模的单级倒立摆摆角控制

针对扰动因素影响下的单级倒立摆摆角控制问题,设计一种基于非奇异终端滑模的单级倒立摆控制器.首先,通过牛顿-欧拉方法建立系统的模型,并将其表示成状态空间模型形式.然后,为了实现系统输出变量的有限时间收敛,采用非奇异终端滑模控制方法设计系统摆角控制器,同时应用Lyapunov稳定性方法对闭环系统的有限时间稳定进行了证明.最后,对所提控制方法进行了仿真验证,结果表明了所设计控制方法的有效性.     

火灾预警巡检机器人轨迹跟踪控制

针对如何减小火灾预警巡检机器人在目标轨迹跟踪过程中产生的角度和距离偏航问题,提出一种基于Backstepping的轨迹跟踪快速响应控制算法。首先根据机器人行驶偏差与轮速之间的关系,推导出移动机器人运动学模型,利用Backstepping构造出跟踪控制器,在控制器中引入虚拟反馈函数,调节控制器的跟踪效果;然后借助Lyapunov稳定性理论证明收敛性;最后,借助仿真实验和实物验证算法的有效性。研究结果表明所提出的轨迹跟踪控制方法可以使机器人减少轨迹跟踪过程中的误差,并最终使系统趋于稳定。     

基于U模型的非线性系统Super-Twisting滑模控制研究

为了对基于U模型的非线性控制系统进行研究,利用Super-Twisting控制算法,解决非仿射非线性系统的控制问题,对非线性函数进行神经网络逼近,运用Super-Twisting控制算法进行控制。选取恰当的Lyapunov函数,对Super-Twisting算法的收敛性进行了证明。为了验证该方法的可行性和有效性,利用Matlab软件进行仿真,结果表明在神经网络自适应Super-Twisting控制器的作用下,被控系统具有快速的跟踪性能和输出的有界性。     

漂浮基空间机器人固定时间收敛主动容错控制

针对载体位置不控、姿态受控的空间机器人存在执行机构存在失效及偏置故障的轨迹跟踪问题,设计了基于固定时间收敛的主动容错滑模控制算法。首先结合拉格朗日法推导出了包含力矩偏置及力矩失效故障的空间机器人系统动力学方程;其次,为消除故障对系统稳定性的影响,引入扩张状态观测器,以实现对故障的动态观测,并在此基础上设计基于固定时间收敛滑模控制器以实现主动容错控制。所提方法具备收敛时间与系统初始状态无关,仅需调节控制参数即可保证系统轨迹在固定时间内收敛的优点。最后通过仿真验算,仿真结果表明所提算法能对故障进行精确观测并在失效故障和偏置故障发生条件下保证系统轨迹精确跟踪及稳定控制,同时相较于其他算法所提算法收敛时间更短,稳态误差更小以及拥有出色的故障观测能力和更强的容错控制能力。     

非奇异快速终端滑模液位跟踪控制

针对传统终端滑模控制中控制输入奇异和收敛时间长的问题,提出了一种非奇异快速终端滑模(NFTSM)控制方法.该方法由NFTSM滑模面和控制律组成.在此框架下,首先通过在非奇异终端滑模面中引入指数函数和符号函数来设计NFTSM滑模面,其中指数函数用来加快状态远离平衡点时的收敛速度,符号函数用来提升系统稳定性.然后,基于NFTSM滑模面来设计由等效控制输入和切换控制输入构成的NFTSM控制律,该控制律具有能同时实现控制输入非奇异和系统状态有限时间内快速收敛的优势.最后,根据给出的耦合双容水箱模型数学描述,将NFTSM方法应用于耦合双容水箱液位控制中,设计了NFTSM液位跟踪控制器.仿真证明,在存在外扰且参数摄动25%条件下,该控制系统仍能精确跟踪给定液位,表明了NFTSM控制方法的有效性和鲁棒性.     

基于网络的液压马达伺服位置系统自适应鲁棒积分控制

针对基于网络的液压伺服控制系统面临的网络延时和阀控马达建模结构不确定性问题,提出了基于Pade定理和反步推导方法合成的误差符号鲁棒积分自适应控制器。该控制器使用Pade定理近似处理时变网络引起的延时,降低延时对控制系统跟踪性能的影响,应用自适应率逼近系统结构不确定性和延时误差值,采用误差符号控制方法补偿剩余的结构不确定性。通过构造合适的Lyapunov函数,验证了闭环系统的全局稳定性,保证闭环系统所有信号的有界性和跟踪误差渐进收敛性。仿真结果表明了该控制方法的高精度跟踪性能。     

基于在线学习和ADRC的发电机励磁与汽门系统ANN逆鲁棒控制方法

为提高汽轮发电机组励磁与汽门系统机端电压和功角的控制性能,提出了基于在线学习和自抗扰控制(ADRC)的神经网络逆鲁棒控制方法.首先,将神经网络逆(ANN)与被控励磁汽门系统组成的复合伪线性系统等效为含有扰动的线性系统;然后,基于ADRC,设计了用于在线估计复合伪线性系统状态和扰动的ESO,解决了神经网络逆在线学习时训练样本获取的难题,并在设计的伪控制量中对扰动进行补偿,基于线性系统理论证明了ESO的收敛性并针对励磁子系统和汽门子系统与神经网络逆系统组成的伪线性复合系统分别设计整数阶PID控制器和分数阶PID控制器以实现闭环控制;同时,在离线训练的基础上设计了基于在线梯度方法的神经网络逆在线学习算法,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了神经网络逆在线学习的收敛性.最后,以典型的两区域四机系统为例进行数值仿真,与传统的AVR/PSS和基于离线训练的神经网络逆控制方法的比较结果表明所提方法明显提升了电力系统的暂态性能.     

TCP/AWM网络系统的自适应有限时间漏斗拥塞控制

研究了具有外部扰动的TCP/AWM网络系统拥塞控制问题.首先,为了保证队列跟踪误差具有预设的暂态和稳态性能,引入漏斗误差变换对队列跟踪误差进行限制.其次,利用RBF神经网络处理系统中存在的非线性项.结合漏斗控制、有限时间控制、自适应Backstepping技术和RBF神经网络,提出了一种主动窗口管理算法,不仅保证了闭环系统的所有信号是半全局实际有限时间有界的,还使队列跟踪误差收敛到预先给定的漏斗边界内.最后,将本文所提方法与现有的两种同类算法进行了仿真对比,通过得到的仿真结果可以看出所设计的控制器使系统具有更快的收敛速度和更小的超调量,进一步验证了所提方法的可行性和优越性.     

分布时滞网络控制系统的非脆弱L2-L∞ 控制

为了解决带有分布时滞的不确定网络控制系统中网络通道存在的时延、丢包以及控制器存在参数摄动等问题,提出了具有分布时滞和网络诱导时滞的非脆弱L2-L∞控制器设计方法。通过选取时滞依赖的Lyapunov 函数,构造自由权矩阵进行鲁棒稳定性分析,推导出保证闭环控制系统渐近稳定的L2-L∞性能判据。利用线性矩阵不等式( LMI: Linear Matrix Inequality) 技术将L2-L∞控制器设计问题转化为LMI 的凸优化问题。最后,数值仿真的对比结果验证了所设计的控制器不仅可使开环发散的系统在满足给定的性能指标下闭环渐近稳定,而且与无参数摄动的常规控制器相比,非脆弱控制器的收敛效果更好。     

基于MATLAB/Simulink仿真的永磁同步电机新型超螺旋二阶滑模转速控制

为进一步提高永磁同步电机转速外环控制性能,设计了一种新型超螺旋二阶滑模转速控制器。基于传统超螺旋算法,提出了一种新型超螺旋算法,包括设计了变指数取代传统算法中非线性项的常指数,采用分数阶代替整数阶,构造了变边界层非线性指数函数取代开关函数。采用新型超螺旋算法设计永磁同步电机转速控制器,并进行MATLAB/Simulink仿真,过程中使用鲸鱼算法优化控制参数。所得仿真结果为：相比指数趋近律与传统超螺旋算法,采用新型超螺旋算法设计的转速控制器的转速超调、转速受扰时的下降幅度、转速稳态跟踪误差最小。根据仿真结果,得出结论为：新型超螺旋二阶滑模转速控制器在系统收敛能力、抗扰能力及抖振抑制能力方面均优于指数趋近律滑模和传统超螺旋二阶滑模转速控制器。