新型非奇异终端滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

为了实现对永磁同步电机无位置矢量控制系统所需的转子位置和速度的准确估计,提出一种基于跟踪微分器的新型非奇异快速终端滑模观测器(NFTSMO)。首先,构建积分型非奇异快速终端滑模面,使电流观测误差在有限时间内快速收敛到零,避免了终端滑模存在的奇异问题及传统非奇异终端滑模面中微分状态带来的噪声;然后,结合具有终端吸引子的低抖振切换控制设计滑模控制律,经过跟踪微分器获得平滑的反电动势估算值,减小了传统滑模观测器中低通滤波器引起的相位滞后;最后,基于锁相环原理,从观测的反电动势中调制出转子位置和速度信息。仿真结果表明,采用文中提出的新型滑模观测器可以实现对永磁同步电机转速的准确估计,转速最大估计误差在±1r/min之间,且估计的转子位置无相位滞后,误差小,系统动、静态响应好。与传统滑模观测器相比,该新型滑模观测器具有收敛速度更快、跟踪精度更高、反电动势抖振更小的特点,当系统存在负载扰动及参数摄动时,仍然能够准确地估算出电机转子的位置和速度,具有较强的鲁棒性。     

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.     

永磁同步电机非奇异快速终端可变边界层滑模控制

针对永磁同步电机(PMSM)调速系统易受到参数不确定性及负载扰动的影响,提出了一种新型可变边界层的非奇异快速终端滑模(NFTSM)控制策略。首先,构建可在有限时间内快速收敛的非奇异快速终端滑模面;然后,采用角速度与q轴定子参考电流的二阶模型设计速度环滑模控制器,减小了角速度与q轴定子参考电流一阶模型所引起的误差,并避免了终端滑模面奇异问题;最后,设计可变边界层使误差减小至阈值时系统状态切换至小边界层,实现抖振和跟踪精度的协调控制。数值仿真结果表明,NFTSM控制策略与传统PI控制策略相比,转速超调量小,响应速度快,稳态精度近似为0,对参数摄动和负载扰动鲁棒性强,且在有效削弱抖振的同时保证了转速的稳态精度。     

电子节气门的非奇异快速终端滑模控制

为了提高汽车电子节气门开度控制的响应速度和精确度,研究与设计了一种非奇异快速终端滑模控制策略.建立了电子节气门控制系统的非线性数学模型;利用节气门阀片实际开度与期望开度的误差及误差的导数设计非奇异快速终端滑模面和终端吸引子,使用扩张状态观测器估计开度的一阶导数,设计了不存在奇异控制量且收敛快速的节气门非奇异快速终端滑模控制器,证明了这种控制器的李雅普若夫稳定性;对4种参考输入信号使用非奇异快速终端滑模控制和普通滑模控制在MATLAB/simulink中进行了仿真.仿真结果表明,相比于普通滑模控制方法,非奇异快速终端滑模控制方法具有更短的调节时间和更小的跟踪误差,在4种参考输入信号的作用下,普通滑模控制器需要1s甚至1.2s的时间才可基本实现跟踪,且跟踪误差较大,而非奇异快速终端滑模控制器可确保电子节气门开度在0.1s实现对参考信号的跟踪,且跟踪误差的绝对值小于0.2°,同时冲击扰动信号作用下的仿真结果表明非奇异快速终端滑模控制器具有较好的鲁棒性.     

有刷直流电机自适应滑模控制器设计与实验

为了提高有刷直流电机低速控制的精确性,设计了基于扰动补偿的有刷直流电机转速自适应滑模控制器。首先,针对转速模型中摩擦力在转速快速变化过程中体现的快变特性和在线估计困难的特点,采用Stribeck稳态摩擦力模型,通过离线辨识模型参数的方式计算摩擦力;其次,针对负载扭矩等扰动的慢变特性,设计了扰动观测器对其进行在线估计,并证明了估计误差的有限时间收敛性及有界性;最后,设计了自适应滑模控制器对扰动进行补偿和误差反馈校正,进而实现精确的转速跟踪控制,并在Lyapunov稳定性框架下证明了闭环系统的稳定性。该控制器的开关增益仅与扰动观测器估计误差的上界相关,避免了一般滑模控制方法采用高增益来提高控制精度的问题,从而能够大大减小系统输入抖振现象,有利于工程实现。所提方法的稳态误差分别为PI、传统滑模控制器稳态误差的46%、63%,响应时间在0.15s以内,远小于PI、传统滑模控制器的响应时间,通过正弦参考信号跟踪实验,验证了所提方法在瞬态工况下具有很好的控制效果。实验结果表明,所设计的控制器能有效抑制摩擦力及负载扰动对电机控制带来的影响,能显著改善电机控制的稳态和瞬态性能,并且该方法能大大减小控制输入的抖振问题。     

基于改进型偏差耦合结构的多电机同步控制

针对现有的多电机同步控制方案难以满足高精度控制的要求和不能实现比例同步控制的局限性，提出一种带PI补偿控制的改进型偏差耦合控制结构，可适用于多电机完全同步和比例同步控制.针对永磁同步电动机非线性和强耦合特性，设计了自适应模糊滑模变结构控制器来实现永磁同步电动机的跟踪控制.建立了4台永磁同步电动机的同步控制仿真模型，仿真实验表明，所提出的多电机同步控制结构相对于带固定增益补偿的控制结构具有更高的同步控制精度.与PID和常规滑模控制算法相比，自适应模糊滑模控制策略具有更高的同步稳定性和更强的鲁棒性.     

基于模糊滑模观测器的PMLSM的速度位置估计

针对永磁同步直线电机无传感器控制直线驱动系统中,速度和磁极位置难以快速准确估计的问题,提出了一种结合滑模观测器与模糊控制各自优点的模糊滑模观测器速度位置估计新方法。仿真结果表明,模糊滑模观测器能够在柔滑抖振和稳态误差之间找到平衡,保持系统的鲁棒性和控制精度,提高系统的响应速度。该观测器能够高速、精确地估计电机速度和磁极位置,实现高性能的永磁同步直线电机无速度传感器控制。     

基于超扭曲非奇异滑模的多电机协调控制

针对多电机控制系统存在响应性和同步性差的问题,以四轮独立驱动公铁两用车转向系统为被控对象,提出一种多永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)协同控制策略。该控制策略采用偏差耦合的电同步控制方式,对多电机转角误差进行补偿,并提出一种新型非奇异快速终端滑模函数,同时结合超扭曲算法,设计超扭曲非奇异滑模控制器,实现多台永磁同步电机协同控制。基于MATLAB/Simulink平台搭建系统的仿真模型,并基于自主研发的纯电动公铁两用车进行实车试验。试验结果表明,该超扭曲非奇异快速终端滑模控制器可有效减小转向系统控制过程中所产生的跟踪误差、同步误差及系统抖振,缩短系统的响应时间,提高系统的控制精度,达到较为理想的控制效果。     

基于非奇异终端滑模的永磁同步电机无速度传感器直接转矩控制

将非奇异终端滑模观测器引入基于转矩角控制的永磁同步电机直接转矩控制系统中,利用估算反电动势推算电机转子的位置和速度,实现了无速度传感器直接转矩控制.与传统滑模观测器相比较,非奇异终端滑模观测器无需附加低通滤波器,避免了速度估算滞后以及相位滞后问题,提高了转速的估算精度.仿真结果表明,利用非奇异终端滑模观测器的调速系统可获得更高的估计调速精度,并改善系统的动态性能.     

一种新的非奇异积分型Terminal滑模控制

针对二阶非线性不确定系统,研究了全局快速Terminal滑模控制,设计了一种新的非奇异Terminal滑模控制器,证明了系统在任意初始状态到达滑模面的时间是有限的且在滑模面上系统变量渐进稳定到平衡点,可避免奇异问题。另一方面,在传统的滑模面上引入非线性积分误差项可以消除稳态误差,并且利用各状态量代替各误差项,解决了被跟踪信号必须满足一阶及高阶导数存在的条件。仿真结果表明,本文所设计的非奇异控制滑模面及其控制律在较短的时间内稳定到平衡点,说明了该方法的实用性。     

CACA优化的滑模观测器在IPMSM调速中的应用

针对传统滑模观测器抖振现象严重且控制速度慢等问题,利用蚁群算法优化滑模观测控制器.为提高蚁群算法的搜索速度以及全局最优解的寻优能力,将混沌思想与蚁群算法相结合并对其进行优化,同时对改进的混沌蚁群算法优化滑模观测器的增益进行优化,以提高基于滑模观测器控制的内埋式永磁同步电动机转速控制系统的动态响应特性和转速估计精度.最后通过仿真对所提出的改进方法进行验证,结果表明基于混沌蚁群算法优化的转速控制系统在转速控制方面具有更快的响应速度,更低的转速估算误差以及更好的稳态精度,充分说明该方法的有效性.     

基于非线性干扰观测器的机械臂终端滑模控制

为了在干扰存在的情况下实现对五自由度机械臂的有效控制,提出了一种基于非线性干扰观测器的终端滑模控制策略.通过选择适当的非线性增益函数,干扰观测器能够精确地估计未知干扰,实现对控制器的补偿,降低滑模控制抖振.非奇异快速终端滑模面的设计提高了收敛速度,保证轨迹跟踪误差在有限时间内快速收敛.基于Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性,数值仿真结果验证了所设计方法的有效性.     

基于抗负载扰动的永磁同步电机双滑模控制

为提高永磁同步电机矢量控制系统的抗负载扰动能力,提出一种基于滑模转速控制器和滑模负载转矩观测器的永磁同步电机双滑模控制策略.该控制策略通过在滑模转速控制器的滑模面中加入转速误差的积分项,使系统的静态误差变小,并且通过设计一种改进的指数趋近律,使系统状态变量的收敛速度得以提高.以负载转矩和电机转速为观测对象设计滑模负载转矩观测器,将负载转矩观测值前馈补偿到滑模转速控制器中,使滑模转速控制器不连续项的最小幅值有效减小,从而有效抑制了滑模抖振现象,提高了控制系统的动态鲁棒性能和抗负载扰动能力.仿真结果验证了该控制策略的有效性和优越性.     

基于预测自适应的永磁同步电机无传感器控制

针对传统永磁同步电机无传感器控制动态性能差和转速信号观测精度低的问题,设计了新型永磁同步电机无传感器控制方法.文章采用在线梯度下降法设计二阶线性扩张状态观测器,该二阶线性扩张状态观测器能够在永磁同步电机负载扰动或转速突变情况下准确快速对电机转速实时估计;同时将预测自适应滑模控制系统应用于转速环节,通过预测自适应估计永磁同步电机扰动变化量进行实时电流补偿.仿真结果表明:二阶线性扩张状态观测器能够对转速准确快速实时估计,且抗干扰能力强;预测自适应滑模控制策略有效缩短电机速度响应时间,显著削弱电机转速、电磁转矩的抖振,表现出良好的动态性和鲁棒性.     

基于干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法

针对多关节机械臂难以实现对目标轨迹的高精度跟踪控制的问题,提出了一种基于非线性干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法。首先,结合了传统的快速终端滑模控制和非奇异终端滑模控制,不仅可以使跟踪误差在有限时间快速收敛至零且对机械臂建模误差和外界干扰具有强鲁棒性。其次,针对控制输入抖振严重的问题,通过引入非线性干扰观测器技术和饱和函数方法,从而降低了抖振。最后,以三自由度机械臂为研究对象在Matlab/Simulink环境下进行了对比仿真实验,结果表明,相比于现有的线性滑膜和非奇异快速终端滑模控制方案,在存在建模误差、外界干扰和关节摩擦等不确定性的情况下,所设计的控制方法不仅解决了控制输入抖振较大的问题且实现了各关节对期望轨迹的高精度快速跟踪,从而验证了所提出的基于非线性干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法的有效性和可行性。     

观测器补偿的永磁同步电机电流环多变量滑模控制

永磁同步电机电流环具有强耦合特性,提出了一种基于观测器补偿的多变量滑模电流环控制策略。该方法建立了一个含有不确定量的电流环控制模型,提出一种多变量滑模控制实现永磁同步电机的d-q轴电流解耦控制,可获得很好的电流响应性能;针对电机系统的参数摄动、负载扰动等因素,设计一种降阶观测器实现速度扰动补偿方法。同时,构造李雅普诺夫函数从理论上分析了系统稳定性的条件。经过永磁同步电机实验平台验证,与常规PI控制策略相比,本文所提出的方法获得更快的电机调速能力,更高的调速稳态精度,同时d-q轴电流响应过渡过程更短且精度更高。     

一种非线性系统积分Terminal滑模的控制系统设计

针对一种非线性动态系统,提出了一种新的非奇异的快速Terminal滑模控制系统设计方法.首先,在分析Terminal滑模设计方法的基础上,为了进一步加速状态在滑模运动的速度,提出了一种快速Terminal滑模,避免了传统Terminal滑模奇异问题,并给出了状态收敛到平衡状态的时间范围.其次,针对含有不确定性的非线性系统,结合反演法设计了有限时间稳定的快速Terminal滑模控制系统.最后,利用数字仿真验证了提出的积分Terminal滑模控制系统设计的有效性.     

基于积分滑模变结构的双轴伺服电机同步控制

在实际运用中,传统的双轴伺服电机同步控制存在转速跟踪延迟和稳定慢的问题。针对于此问题,提出了积分滑模控制和主从同步控制相结合的方法。本方法是在以永磁同步伺服电机为例,通过矢量控制,并利用积分滑模控制改善双轴伺服电机同步控制的快速性和稳态精度。最后经过MATLAB仿真,仿真结果验证了加入了该控制策略使系统的转速具有更快的跟踪和稳定特性。     

基于趋近律的力矩电机终端滑模轨迹跟踪控制

针对终端滑模控制的抖振及收敛缓慢问题,提出一种基于改进趋近律的快速非奇异终端滑模控制(FNTSM)策略,将提出的控制策略应用于直流力矩电机的跟踪控制,设计了FNTSM轨迹跟踪控制器.仿真结果表明:在负载扰动力矩影响下,该算法能有效地抑制抖振,准确跟踪目标轨迹,使跟踪误差在有限时间内收敛到零;此外,与基于指数趋近律、快速平滑趋近律的普通非奇异终端滑模相比,具有更好的趋近性能和更快的收敛速度,验证了所提算法的有效性和优越性.     

基于神经网络的多四旋翼保性能编队控制

针对多四旋翼编队飞行过程中存在的参数和外界扰动不确定性导致编队系统不稳定问题，设计了一种多四旋翼分布式神经自适应动态面协同编队控制方法。采用学习维数低、实时性强的最小参数学习神经网络观测器，实现对四旋翼位置回路和角度回路未知非线性干扰的快速平滑学习与补偿。利用预设性能控制方法将原先受约束的同步误差经转换函数变换为不受约束的误差，解决协同编队中的位置一致性控制问题，确保各四旋翼位置跟踪同步误差能够按照预设的收敛速度、超调量及稳态误差收敛至期望的区域。仿真实验表明，所提多四旋翼协同抗干扰编队方法在较大扰动环境下仍能达到良好的控制效果。