自动转向滑模变结构控制参数选取方法

建立了基于车辆动力学模型的车辆-道路系统模型,通过线性变换,得到了用横向位置偏差和方向偏差描述的系统状态方程.采用滑模变结构控制理论,设计了基于指数趋近律的自动转向控制算法.分析了趋近律函数的指数趋近项参数和等速趋近项参数对系统输出的影响,并基于侧向加速度的要求提出了参数选取方法.仿真结果表明,根据提出的参数选取方法设计的控制算法在高速路径跟踪时,具有良好的道路跟踪精度及动态性能.     

基于新型趋近律的板球系统反步滑模最优控制

针对板球系统控制精度低、鲁棒性差和响应慢等问题，提出一种基于新型趋近律的反步滑模最优控制方案.首先，用跟踪误差与虚拟控制量设计滑模面；其次，将反步法与滑模控制相结合设计新型趋近律，由此设计控制器；然后，采用Lyapunov理论证明整个系统的稳定性；最后，通过改进粒子群算法寻找一组新型趋近律的最优参数，实现最优控制.仿真实验结果表明，提出的控制策略能消除误差提高系统控制精度，系统调节时间为0.2 s，能加快系统响应速度，增强了系统鲁棒性，较好地抑制了抖振，验证了所提控制方案的可行性.     

基于全局滑模控制的线控转向控制器设计

针对线控转向(steer-by-wire,SBW)系统快速稳定性的要求,在对滑模控制进行研究的基础上,对全局滑模控制进行改进,设计了SBW系统前轮转角跟踪控制方法,实现了前轮对目标转角跟踪的有效控制并进行了数字仿真实验.仿真结果表明:所设计的快速全局滑模控制器可以更好地跟踪前轮目标转角理想值,使跟踪误差控制在±0.02 rad以内,同时提高了转向系统的稳定性.     

基于新型趋近律和扰动观测器的永磁同步电机滑模控制

为了提高永磁同步电机的转速控制性能,克服扰动对伺服控制的影响,提出了一种基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法.设计了一种新型趋近律,以解决传统趋近律滑模面趋近时间和系统抖振之间的矛盾,提高系统响应快速性.综合考虑系统存在内部参数摄动和外部负载扰动,设计了滑模扰动观测器,并将观测值前馈补偿到速度控制器输出端;将观测器切换增益设计为扰动观测误差的函数,以削弱滑模观测值抖振.仿真结果显示,与传统趋近律相比,采用新型趋近律可有效提高系统的响应速度,快速准确的跟踪速度阶跃信号;滑模观测器可准确的观测系统扰动的变化;当系统加入负载扰动时,PI控制最大转速波动值为75 r·min-1,而基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制最大转速波动值较小为30 r·min-1,鲁棒性更好.实验结果显示,采用基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以快速跟踪400 r·min-1的速度指令,调节时间为0.12 s,稳态跟踪误差为±4 r·min-1,且转速无超调;滑模观测器可准确无超调的估计系统扰动值,进一步提高系统的抗扰动性能;当电机以400 r·min-1稳速运行时,加入0.6 N·m的负载扰动,基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法最大转速波动为23 r·min-1,与PI控制相比,转速波动减小了8%.上述仿真和实验结果具有较好的一致性,表明基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以有效抑制滑模控制系统的抖振,提高转速控制系统的鲁棒性和动态响应性能.     

基于新型变指数趋近律的智能小车轨迹跟踪

针对一种跟踪运动精度低、鲁棒性弱的新型智能滑模小车的轨迹跟踪运动控制问题,提出了基于新型变指数趋近律的小车轨迹跟踪运动控制器的研究方法。该方法在趋近律中加入了变指数幂次项,且能保证趋近律在限时间内稳定运行来限制抖振现象,使小车在趋近阶段中按不同趋近速度做自适应调节。通过对滑模小车的运动学模型进行坐标变换,建立小车轨迹面的跟踪收敛误差模型,接着根据Lyapunov稳定性理论和新型趋近律的跟踪全局有限性和时间收敛误差性建立滑模面,设计跟踪误差控制律。控制小车的线速度和角速度使轨迹跟踪误差迅速趋近到0,来实现其对给定期望轨迹的快速跟踪。最后采用MATLAB仿真软件进行系统控制特性的仿真研究,通过对比双幂次趋近律的滑模控制方法验证实验的有效性。     

基于线控技术的四轮转向全滑模控制

针对具有线控技术的四轮转向车辆,设计了一种全滑模控制器用于提高车辆的操纵稳定性.以前、后车轮转角作为控制输入,设计全滑模控制器使实际的质心侧偏角和横摆角速度跟踪理想的质心侧偏角和横摆角速度,通过在滑模面中加入跟踪误差积分项来消除稳态跟踪误差不为零的现象,并运用Lyapunov定理给出了全滑模控制器的稳定条件.最后通过2种车辆模型下不同工况的仿真分析,对比了传统前轮转向、常规滑模控制的四轮转向和全滑模控制的四轮转向的动力学响应,结果表明所设计的全滑模控制器不仅消除了稳态跟踪误差不为零的现象,而且提升了车辆抵抗外界干扰和系统参数摄动的鲁棒性.     

移动机器人滑模路径的跟踪控制

针对移动机器人的路径跟踪问题,基于反演思想设计了滑模路径跟踪控制器,并利用低通滤波器有效地减弱了控制过程中的干扰.由于该控制器的动态性能不理想,因此采用有界输入的方法对其进行控制律的改进,并简化了控制器的设计.仿真结果表明,改进后的滑模控制器跟踪效果良好,动态响应快,且保证了移动机器人的全局渐近稳定路径跟踪控制.     

滑模控制对激光通信ATP系统跟踪性能的改善

为提高激光通信捕获、跟踪、对准(ATP)系统粗精复合控制的跟踪精度,提出了指数趋近律的离散滑模控制方法.建立了ATP系统跟踪控制模型,设计了滑模控制器组成的精跟踪控制系统,对动态滞后跟踪性能进行仿真研究.结果表明,相对于频域设计法,滑模控制可增加系统的控制带宽,在较宽的范围内对粗跟踪系统产生的随机误差有较强的抑制能力.     

基于轮边电机4WID电动汽车线控转向控制策略

对电动汽车的线控转向系统结构和基于两自由度的车辆动力学模型对线控转向稳态增益不变的理想转向传动比进行了设计;同时,利用MATLAB/Simulink建立线控转向系统数学模型和主动转向控制策略。在主动转向控制中,通过理想转向传动比和模糊滑模变结构动态稳定性主动控制算法,控制补偿轮边转向电机的转角。通过正弦输入的仿真试验表明,以理想转向传动比为基础,设计的此算法能满足车辆前轮转角实时补偿的需求,进而可有效提高了汽车的行驶稳定性。     

基于自适应趋近律的滑模控制方法

为了提高系统的动态性能和稳态精度,在幂次趋近律和变速趋近律基础上提出一种自适应趋近律.当系统状态变量距离滑模面较远时,幂次项起主要作用,保证趋近速度足够大;当系统状态变量距离滑模面较近时,变速项起主要作用,随系统状态变量自适应调节滑模面参数,直至系统状态轨迹运行到稳定点.趋近律具有二阶滑模特性,可在有限时间内到达滑模面.当系统出现有界外部干扰时,系统状态及其导数可快速收敛到平衡点附近的邻域内.仿真结果表明:提出的自适应趋近律能够有效提高系统动态性能和稳态精度,增强系统鲁棒性.     

基于转向响应特性的智能车辆轨迹跟踪双闭环控制

智能车辆轨迹跟踪的准确性与鲁棒性是车辆运动控制性能的重要表征,基于路径预瞄信息的跟踪控制研究使车辆性能显著提升. 然而,车辆转向系统响应不足给车辆实时准确的基于预瞄信息跟踪参考轨迹带来挑战. 针对此问题,实时引入转向系统状态建立双闭环轨迹跟踪控制结构,保证智能车辆轨迹跟踪控制算法对转向系统响应不足的鲁棒性. 具体结构外环基于预瞄信息使用模型预测控制求解最优转向角,内环基于转向状态误差使用PID方法设计反馈控制律以补偿转向响应不足. 双闭环结构耦合控制输入保证了车辆鲁棒最优跟踪控制. 最后通过Carsim与Simulink联合仿真,验证了该双闭环控制结构的有效性.      

基于PID趋近律的航空发动机滑模变结构控制

研究了一种自调节趋近律的滑模变结构控制器,以切换函数s作为偏差,趋近速度由一个PID控制器调节,目的是使到达滑模面的穿越速度最小从而减少抖振,同时使到达滑模面时间最短.根据航空发动机稳态数学模型,设计其滑模变结构控制律,构建了基于PXI总线的发动机滑模控制平台.通过半实物实验结果证明,该控制器响应速度快,高频抖振很小,具有很强的鲁棒性能和跟踪性能.     

汽车线控转向系统转向控制研究

针对汽车线控转向系统在转向盘和转向轮之间不存在机械连接的问题,进行适当的转向控制,使转向轮转角与转向盘转角的关系根据行驶状况实时调整.分析了线控转向系统转向控制的实现结构、工作原理和控制目标.从车辆动力学与控制的角度归纳分析了转向控制的内容,包括转向传动比算法、车辆稳定性控制、四轮转向控制、路径跟踪控制和转向电动机控制算法等方面,分析了经典控制方法、鲁棒控制方法、滑模控制方法、智能控制和分数阶PID控制等多种控制方法.分析了线控转向系统转向控制的试验技术,指出了转向控制研究的应用前景和发展趋势.结果表明:线控转向系统进行适当的转向控制能提高汽车操纵稳定性.     

基于改进滑模趋近律的航空发动机控制器设计

将多幂次滑模趋近律用于航空发动机控制,设计了基于滑模控制方法的航空发动机追踪控制器。针对多幂次滑模趋近律在航空发动机追踪控制中出现的高频振荡问题,提出了一种改进的多幂次滑模趋近律。基于改进多幂次滑模趋近律的追踪控制仿真表明,改进的多幂次滑模趋近律适用于航空发动机追踪控制,该方法不仅具备了多幂次滑模趋近方法响应速度快、鲁棒性好的优点,而且消除了控制中的高频振荡现象。     

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%。     

基于变幂次趋近律的滚珠丝杠进给系统滑模控制

为了解决滚珠丝杠进给系统滑模控制的抖振问题并提高系统跟踪性能,提出了一种基于变幂次趋近律的滑模控制方法.所设计的非线性干扰观测器能精确地观测出是否满足匹配条件的干扰.采用改进的变幂次趋近律提高了滑模函数的收敛速度,改善了运动品质.在控制律中设计积分补偿项消除了匀速段的稳态误差.仿真及实验结果表明:基于指数趋近律方法的最大跟踪误差仿真值与实验值分别为3.40和17.77μm,基于改进的变幂次趋近律方法的最大跟踪误差仿真值与实验值降低至2.79和11.00μm.控制电压信号中的抖振明显削弱,且增加外部干扰后仍能维持高精度.仿真及实验结果证明了基于变幂次趋近律的滚珠丝杠进给系统滑模控制方法能够有效消除抖振及匀速段的稳态误差,提高跟踪精度,且对外部干扰具有强鲁棒性.     

不确定分数阶广义系统的滑模控制器设计与仿真

针对一类含有外部扰动的分数阶广义系统进行滑模控制研究，提出了一种改进的指数趋近律从理论上消除了抖振.通过构造分数阶反馈控制器的方法将分数阶广义系统正常化.采用积分滑模面以消除滑模运动的趋近阶段.分数阶次α分0<α<1和1<α<2两种情况讨论，运用Kronecker积与LMI方法，分别设计增益矩阵使得滑动模态方程稳定.在滑模控制器的设计中，对指数趋近律进行了性能的改进，以所设计的连续函数代替符号函数，使得当状态趋近滑动模态时可以与滑动模态实现光滑过渡.最后，通过Simulink建立滑模控制仿真实验，验证了0<α<1和1<α<2两种情况下算法的有效性.     

防空武器站模糊自适应滑模位置控制设计方法

针对特种防空武器站伺服系统负载变化范围大、发射扰动力矩强和跟踪精度要求高等特点,提出了一种模糊调节的伺服系统滑模位置控制器设计方法. 采用滑模控制抑制参数摄动及外界干扰,采用模糊规则调节滑模趋近速度并削弱滑模抖振. 仿真和实验结果表明,该控制策略不仅保证了系统的响应速度和动态精度,而且对负载扰动和系统参数摄动具有较强的鲁棒性.      

电动助力转向系统的滑模变结构控制

电动助力转向系统实际上存在着系统参数变化、路面干扰等不确定性因素,传统的PID控制方法只能在特定的系统参数情况下基本满足控制要求,无法处理系统的不确定性.针对这一问题,采用指数趋近律方法设计了滑模变结构控制器.仿真结果表明,滑模变结构控制方法具有较好的稳态性能和动态性能,而且其滑动模态对系统参数的摄动具有完全的自适应性,可以对电动助力转向系统实现鲁棒控制.     

基于GA优化趋近律的准滑模控制研究

针对滑模控制(SMC)中的抖振问题,采用了基于指数趋近律的准滑动模态控制,并提出了用改进遗传算法优化趋近律参数,提高系统动态性能的思路.对由PMSM构成的交流伺服系统进行仿真试验,结果表明该方法有效.