基于改进幂次趋近律的壁板振动主动滑模控制

在传统幂次趋近律滑模控制算法中,幂次系数a值的选取尤为关键;若a值过大会导致在滑模函数较小时,控制出现剧烈的抖动;而a值过小会导致整个控制过程衰减速度过慢。针对该问题,构建了一种自适应的幂次系数,形成了改进的基于幂次趋近律滑模控制算法,选择飞机壁板振动模态为研究对象,仿真验证了该算法的可行性;最后通过NI-CompactRIO平台进行了壁板振动控制实验。实验结果表明,针对壁板的第一阶模态,改进的幂次趋近律滑模算法振动抑制效果达到10.59 d B,而传统幂次趋近律滑模算法效果为7.53 d B,提升了3.06 d B。     

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.     

一种滑模控制新型幂次趋近律的设计与分析

针对传统趋近律存在的抖振问题,以及全局收敛速度较为缓慢的情况,本文通过对以往的多种幂次趋近律和指数趋近律进行对比分析,提出了一种新型幂次趋近律.该趋近律在以往幂次趋近律的基础上通过函数改进和新型函数的引入,实现了系统的快速收敛和无抖振.首先,新型幂次趋近律通过改进变指数项,在避免了系统收敛到滑模面时变指数项存在的抖振问题的同时,保留了变指数项在系统远离滑模面时优于比例项和幂次项的快速收敛性.其次,新型幂次趋近律引入了正切函数,在初始状态可知的条件下通过调节正切函数参数能够实现系统更快速的收敛性.本文通过理论证明了新型幂次趋近律能够实现系统快速收敛到滑模面且无抖振,并提出了趋近律中的参数设定方法,保证了系统在有界扰动条件下能够实现有限时间内快速地收敛到期望稳态精度.最后,通过对多种趋近律进行对比仿真验证了该趋近律的有效性,并通过系统在有界扰动下的仿真验证了参数设定方法的正确性,航天器姿态机动控制仿真进一步验证了新型幂次趋近律和参数设定方法的有效性和正确性.     

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.     

直流微网中级联变换器改进滑模控制策略

针对恒功率负荷的负阻抗特性易导致前级变换器输出电压不稳定的问题,设计了一种基于多幂次趋近律的滑模控制方法以稳定输出电压。多幂次趋近律可以使系统状态变量在趋近设计的滑模面的过程中根据实际的位置自适应的调节速度,在保证鲁棒性的同时缩短系统运动到滑模面的时间并减小抖振。在MATLAB/simulink中进行仿真,验证了提出的控制方法可以保证级联系统的输出电压满足控制目标要求并具有较快的响应速度;受到扰动时也能很快回到稳定状态,鲁棒性好。     

基于改进滑模变结构的加筋板振动控制研究

针对外部持续激励下加筋板振动滑模变结构控制系统进入稳态的时间较长,且存在抖振现象的问题,在传统幂次、指数趋近律的基础上,构建新的自适应因子,形成了一种改进趋近律滑模变结构控制算法,并证明其收敛性.分析3种不同趋近律对系统振动控制的效果,仿真和实验结果表明,改进后的方法取得了比传统滑模变结构算法更优的控制效果,能在一定程度上削弱抖振.     

航空发动机模糊PID趋近律滑模控制器设计

针对航空发动机是一个强非线性系统,设计了一种基于模糊PID趋近律的航空发动机滑模控制器。模糊理论实现了PID趋近律3个参数的动态自适应调整,在保证控制响应快速性的前提下,还能极大的削弱系统的抖振。通过仿真,模糊PID趋近律控制器的珔nH响应时间较等速趋近律快了0.92s,仅落后固定参数PID趋近律0.11s,且稳态误差较其他两种控制器分别减少了6.89×10-5与1.68×10-5;πT的响应时间较等速趋近律快了0.56s,仅落后固定参数PID趋近律0.23s,且稳态误差分别减少了6.38×10-6与6.11×10-7。通过对比可以看出模糊PID趋近律的航空发动机滑模控制器抑制抖振的效果明显更强,而且对控制的快速性影响不大,证明了该种控制器的有效性。     

引入滑区法的板球系统新型幂趋近律滑模控制

针对板球系统的滑模控制趋近速度慢、在切换面附近易产生高频抖振的问题,设计了一种基于新型幂趋近律的滑动区域法滑模控制方案.首先,在原切换面的基础上设计了两条辅助切换面,定义了滑动区域;然后,提出了新的趋近参数,并用幂次函数代替符号函数;最后,采用Lyapunov理论证明了控制策略的稳定性.实验结果表明,所设计的控制器不仅有良好的动态性能及稳态精度,还能有效地抑制系统产生的抖振,验证了控制策略的有效性.     

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%。     

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。     

滑模控制中一类趋近律的改进

研究了滑模控制中趋近律的问题,提出了一类趋近律的改进方法。结合准滑动模态法与趋近律法,在改进了的具有变压缩系数的结合趋近律的基础上引入了“边界层”的概念,此控制策略在“边界层”外采用趋近切换控制,在“边界层”内采用线性化反馈控。实例仿真表明,改进后的趋近律法可以有效地消除抖振从而保证控制质量。     

改进指数趋近律的五相永磁同步电机滑模控制

针对五相永磁同步电机低速运行时,逆变器会输出不连续电流,产生转矩脉动;电机高速运行时,产生大量定子谐波电流,转速跟随能力和转矩平稳性受到影响。为保证五相永磁同步电机在全速域的快速平滑切换。本文提出了改进指数趋近律的五相永磁同步电机滑模控制策略。首先针对滑模控制中存在的抖振问题,提出改进指数趋近律,并将新型趋近律应用于一种非线性系统,最后通过仿真验证：稳态时,系统转速脉动小,静态误差低,系统反应迅速,响应时间短,提高了系统的鲁棒性。     

基于分段趋近律的航天器对地凝视姿态滑模控制

为了提高航天器对地凝视条件下姿态控制精度和鲁棒性,设计了一种基于分段趋近律的姿态滑模控制器。首先,根据航天器轨道参数和目标点地理坐标计算出对地凝视期望姿态。然后,针对当前分段趋近律参数设计不灵活、实际应用存在抖振的缺陷,通过在第二段的幂次趋近律中增添一项线性项,设计了一种全新的分段趋近律。理论证明了该趋近律能有效克服抖振问题;并能在有限时间收敛到滑模面。进而,基于此趋近律设计了一种适用于航天器对地凝视的姿态滑模控制器。仿真实验结果表明,控制器可以获得0.01°的姿态凝视控制精度,在姿态跟踪过程中无抖振现象;并且对外界干扰具有一定的鲁棒性,从而验证了控制器的有效性。     

基于改进型指数趋近律的模糊滑模控制

针对传统滑模控制应用在永磁同步电机调速系统中存在转速超调量大、趋近滑模面速度慢、稳定性差、系统抖振等问题,提出一种基于改进型指数趋近律的模糊滑模控制方法。首先,在传统指数趋近律的基础上引入系统状态变量,使系统趋近速度与状态变量的变化相关;其次,通过设置系统状态滑模面与指数项系数的模糊规则,对滑模参数实时整定,使得趋近过程得到动态控制;同时,针对符号函数sgn(s)在切换过程不连续的问题,对其做出改进,使得系统可以平滑切换;最后,仿真结果表明,该方法相比于传统指数趋近律响应速度更快,抗干扰能力更好,动静态性能得到改善,系统的有效性得到验证。     

改进滑模极值搜索控制在阻抗匹配的应用

针对等离子体隐身中机载小型化射频电源在阻抗匹配网络的匹配速度慢和匹配精度低的问题,提出了一种新的阻抗匹配优化算法.通过分析射频电路阻抗匹配过程提出优化目标函数,根据电路输出有功功率与匹配电容的特性曲线自寻优系统峰值,利用切换环节结合终端滑模控制设计了改进终端滑模极值搜索算法,得到L型匹配网络电容的优化值,获得射频源输出最大功率,并证明了该控制方法的稳定性.该方法在滑模极值寻优二三模式切换时设定阈值函数,并在滑模振荡阶段加入终端滑模面减小系统稳态误差,保证了系统稳态振荡幅值减小的基础上提高收敛速度,并降低系统计算复杂度.通过与传统滑模搜索进行对比,仿真和实验结果证明了该方法有效性.     

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.     

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.     

一种改进的离散变结构控制算法

研究基于离散幂指数趋近律的变结构控制器设计问题,对利用传统离散指数趋近律设计变结构控制器时出现的稳态抖振现象进行分析,提出了一种新的滑模趋近律,该趋近律克服了指数趋近律固有的的缺点,能有效地减小系统的抖振,并保证系统渐近稳定。用该算法设计离散变结构控制器,并选取永磁直线同步电机作为仿真研究对象,仿真结果证明了该算法的有效性。