基于滑模变结构控制的液压伺服系统超低速轨迹跟踪

为了实现液压伺服系统大摩擦力矩下的超低速轨迹精确跟踪,分析了系统中存在的非线性摩擦特性及摩擦模型.针对中空液压电机液压伺服系统,设计了基于趋近率的滑模变结构控制器,进行了阀控中空液压电机伺服系统实验研究.结果表明:滑模变结构控制方案较PD控制策略具有更好的动、静态特性以及对参数变化和外界干扰的鲁棒性,实现超低速下的大摩擦力矩补偿.     

带有时变干扰的变结构近空间飞行器滑模控制

针对近空间飞行器在执行不同任务时因结构改变导致受到的复合干扰发生改变的现象,设计了一种能够同步切换的非线性干扰观测器,并基于该切换干扰观测器采用滑模控制策略设计了切换滑模控制器。之后,考虑实际存在执行器动态的情形,提出了一种新的基于执行器动态的切换滑模控制方法,利用共同Lyapunov函数方法证明了提出方法能够保证系统的所有信号在任意切换律作用下一致有界。仿真结果表明,所设计的切换非线性干扰观测器能够有效观测未知不连续复合干扰,提出的切换滑模控制方法能够满足变结构近空间飞行器的跟踪控制要求。     

基于滑模变结构和高增益状态观测器的直流电机位置控制

针对直流电机位置跟踪控制,提出一种基于高增益状态观测器的直流电机位置滑模控制算法.首先建立直流电机状态空间表达式;然后设计高增益状态观测器,观测直流电机的速度和电流及其导数信号,选取合适的极点保证观测器的准确性和稳定性;最后改进滑模变结构控制算法的指数趋近律,在只采用位置传感器、电流和速度及其导数信号通过状态观测器得到的情况下,实现直流电机的位置跟踪控制,使控制系统具有较好的控制性能且易于硬件实现.对比传统滑模和PID算法,验证了该算法的有效性.     

无人驾驶机器人机械腿非线性模糊自适应反演滑模控制

为了实现无人驾驶机器人机械腿位置精确跟踪及提高车速跟踪精度,针对机械腿受到的非线性干扰,提出了一种基于非线性干扰观测器的机械腿模糊自适应反演滑模控制方法.首先,通过对机械腿机构操纵踏板时的位置运动分析,建立了机械腿运动学模型,构建了考虑运动副非线性摩擦的机械腿动力学模型,描述了机械腿关节间摩擦力矩与相对速度之间的关系,求得了摩擦参数.接着,设计了油门/制动机械腿切换控制器和非线性干扰观测器.最后,针对观测误差以及其他不确定干扰,设计了模糊自适应反演滑模控制器,进行了李雅普诺夫稳定性分析.实验结果表明,所提方法有效削减了控制输出的抖振,且相较于未对摩擦进行补偿的情况,机械腿位置最大跟踪误差从5.5×10~(-2) rad减小为1.1×10~(-3) rad,最大车速跟踪误差从2.21 km/h减小为1.91 km/h.基于干扰观测器的机械腿模糊自适应反演滑模控制方法能够有效提高机械腿跟踪精度与车速跟踪精度.     

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。     

低速摩擦伺服系统的近似有限时间稳定跟踪控制

针对系统状态不可测且存在不确定性的低速摩擦伺服系统,研究其有限时间稳定跟踪控制问题,提出一种具有动态主动补偿特性的非线性反馈控制方法,使低速摩擦伺服系统近似实现有限时间稳定跟踪。同时,为了解决跟踪系统部分状态未知及不确定性问题,设计了扩张状态观测器。仿真结果验证了该控制方法及扩张状态观测器的有效性。     

基于RBF自适应观测器的转台伺服系统的滑模控制

针对转台伺服系统中的难以精确建模、易受摩擦和外界不确定干扰的影响等问题,提出了一种基于RBF神经网络的观测器,利用RBF神经可以逼近任意非线性连续函数的特性,逼近模型未知非线性函数f(?)和g(?),并利用观测器得到转速信号,结合滑模控制提高了系统的鲁棒性,实现了无需建模信息和速度测量的滑模控制系统。仿真结果表明,该方法可以实现高精度的位置和速度跟踪,同时也证明了该方法的鲁棒性和有效性,值得在其他非线性系统中推广。     

模糊逻辑及神经网络动态摩擦和死区补偿的机器人滑模变控制

针对机器人中存在非线性不确性项LuGre动态摩擦和非对称死区的问题,提出采用模糊RBF神经网络及模糊逻辑分别对动态摩擦及死区进行补偿,且实时、自适应训练非线性动态摩擦项及非对称死区项的参数,实现对实际机器人系统准确再现的滑模变鲁棒控制算法,并论证了该算法的Lyapunov稳定性。通过在2自由度机器人上的仿真,证明该算法提高了机器人轨迹跟踪精度、控制力矩及摩擦力矩两者的稳定性。同时发现了该机器人控制力矩的脉冲式补偿误差、摩擦模型中存在类菱形吸引子、缺乏死区补偿将导致控制系统极限环振荡等非线性动力学现象,以及死区逆模型中ε的估计对系统的精度有决定性作用。     

基于快速终端滑模状态观测器 的车轮滑移率跟踪控制

针对自动驾驶电动汽车对车轮滑移率跟踪控制的需求,提出一种基于快速终端滑模状态观测器的全状态反馈车轮滑移率跟踪控制器.首先,以车轮制动力矩导数为控制输入,建立车轮滑移率跟踪控制模型,避免车轮滑移率跟踪控制器设计过程中引入不连续项对系统稳定性和控制性能的影响.随后,利用有限时间稳定和快速终端滑模控制理论设计具有有限时间收敛特性的快速终端滑模状态观测器,实时观测未知的系统状态信息.以此为基础,采用模块化思想独立设计快速终端滑模跟踪控制律,实现车轮滑移率的连续、快速的跟踪控制.最后,结合车辆动力学仿真软件建立模型在环测试系统,仿真验证本文提出的车轮滑移率跟踪控制器的可行性和有效性.     

飞行模拟转台伺服系统模糊滑模控制器设计

本文针对飞行模拟转台位置伺服系统中存在的非线性摩擦环节,设计了一种补偿摩擦的模糊滑模变结构控制器。在常规的滑模变结构控制中引入模糊控制,采用模糊推理来调节切换控制的幅度,实现了高精度的位置跟踪,提高了控制系统的鲁棒性。通过MATLAB仿真,结果表明该控制器有效地抑制了摩擦力矩的影响,使控制性能得到了极大的改善。     

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。     

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。     

基于无差拍的永磁同步电机无传感器控制策略

针对永磁同步电机直接转矩控制系统中存在转速和转子位置观测精度不高、转矩脉动较大等问题,提出一种基于无差拍的永磁同步电机无传感器控制策略。设计基于变指数趋近律和锁相环技术相结合的新型滑模观测器,采用变指数趋近律提高反电动势观测精度并证明其稳定性,用连续函数取代符号函数降低抖振,结合锁相环技术提取转速及转子位置信息。基于此,建立电机离散化模型推导出磁链、转矩无差拍控制律,设计无差拍控制器进一步削弱抖振,提高系统控制性能。仿真结果表明:该策略能准确观测转速和转子位置,有效抑制磁链、转矩的脉动,提高系统动态性能。     

基于参数自适应滑模观测器的发动机气缸压力估计

气缸压力是发动机燃烧分析与故障诊断的重要参数,为了提高发动机动力学模型中的气缸压力估计精度,提出参数自适应滑模观测器设计方法.建立了基于参数自适应滑模观测器的发动机动力学模型,通过对发动机摩擦偏移及散热损耗比例系数进行修正,并依据Lyapunov稳定性理论得出观测器收敛的充分条件,在保证全局系统误差尽可能小的基础上,使得气缸压力估计误差趋近于零.仿真结果表明,参数自适应滑模观测器方法较传统滑模观测器方法具有更高的估计精度,而且该方法只需利用曲轴位置传感器得到转速信号,其硬件成本低.     

基于等效滑膜控制的永磁同步电机矢量控制

针对永磁同步电机在直接转矩控制中存在的磁链和转矩脉动等问题,提出了一种基于矢量控制和等效滑模变结构相结合的控制方法,在等效滑模变结构中采用等效控制保证系统状态在滑模面上,用切换控制项保证系统的状态不离开滑模面,使系统处于一个动态稳定的状态.仿真结构表明该方法具有使系统响应速度快、超调小、对外部的负载扰动和参数变化鲁棒性强等优点.     

不同路况下路面附着系数实时估计

为了准确估计不同路况下的路面附着系数,提高汽车行驶的安全性与稳定性,提出了一种在制动工况下基于前后轮轮速和制动力矩估计路面附着系数的方法。首先,考虑汽车前后轴荷转移,在Matlab/Simulink软件中完成建模操作,创建关于双轮车辆制动的动力学模型;其次,将控制目标确定为汽车前轮以及后轮的理想和实际滑移率,建立理想制动力矩滑模控制器,对于汽车滑模控制器存在的抖振现象,通过积分切换面对其进行处理;最后,以前后轮轮速和制动力矩作为输入进行扩张状态观测器的设计,利用这一观测器观测路面附着系数相关值。结果表明,各种路况中的路面附着系数都可以通过上述手段进行准确估计,扩张状态观测器能够抵抗外界干扰,鲁棒性强。将扩张状态观测器用于路面附着系数识别的良好结果可为汽车稳定性控制系统的设计提供参考。     

基于扩张状态观测器的轮式移动机器人全阶滑模控制

针对存在模型参数摄动和外部有界扰动不确定因素影响下的非完整移动机器人轨迹跟踪控制问题,提出一种基于扩张状态观测器的全阶滑模移动机器人轨迹跟踪控制方法.通过坐标变换将耦合的系统动力学模型转化为2个独立的子系统,再将模型参数摄动和外部有界扰动不确定因素扩张为一个新的变量,进而分别对2个子系统设计扩张状态观测器用于估计并补偿系统的总和扰动,抑制其对系统控制性能的影响,结合滑模控制理论设计基于扩张状态观测器的全阶滑模控制器,保证系统输出稳定跟踪给定信号且消除传统滑模控制中抖振突出的问题,提高系统滑动模态的品质.仿真对比结果验证了所设计控制方法的优越性和有效性.     

预制装配式架桥机的起重小车复合滑模同步控制

预制装配式架桥机对预制墩柱架设过程中存在精度低、效率低等问题,针对这一问题基于时变滑模扰动观测器,提出变增益移动滑模控制方法。首先,通过分析架桥机起重小车架设墩柱的运动过程,得出了起重小车起升机构与走行机构的同步运动关系式,然后设计了一种结合交叉耦合控制策略的移动滑模控制器,提升了系统的鲁棒性;其次,设计了变增益趋近律,加快了误差收敛速度并抑制了抖振;同时,为了使架桥机起重小车适应不同工况下的扰动,设计了一种新的时变滑模扰动观测器,从而对产生扰动项进行实时的估计和补偿。Lyapunov理论可以证明上述控制器具有收敛性,数值仿真则可以表明,该控制方法对于提高起重小车的架设精度与速度是有效的。     

基于滑模观测器的感应电机矢量控制技术研究

为了对感应电机进行快速精确的调速,研究了一种基于滑模观测器的感应电机矢量控制技术。基于电机的静止两相参考坐标系,重新整理了电机模型。根据电机模型的特点,设计了滑模电流观测器。利用李亚普诺夫稳定定理,证明了观测器的稳定性。在电流观测器的基础上,根据等价控制的概念,估算了转子磁链和转速。Matlab Simulink仿真结果表明,基于滑模观测器的矢量控制技术对于转速和负载转矩的不确定性均能呈现很好的调速性能、鲁棒性好。     

基于多目标优化的模糊滑模变结构控制及应用

摘要：结合滑模变结构控制和模糊逻辑技术，提出一种基于多目标优化的模糊滑模变结构控制。以滑模开关函数及其变化量作为模糊调节器的输入量，滑模面边界层的宽度作为输出量，设计一个二堆模糊边界层宽度调节器}以稳态误差和切换频率构造多目标优化函数，运用多目标优化算法对滑模变结构控制器参数进行优化。应用于液压位置系统控制的仿真结果表明，所提出的控制方法能缓解滑模变结构控制高稳态精度与平滑抖振之间的矛盾，提高液压位置滑模变结构控制系统的综合性能。