考虑滑模抖振和扰动补偿的永磁同步电机改进滑模控制

针对永磁同步电机传统滑模控制系统中存在的滑模抖振、负载扰动、控制精度差等问题,提出了一种基于新型趋近率和改进型扩张状态观测器的永磁同步电机改进滑模控制策略。首先,针对滑模抖振问题,在速度环提出一种新型趋近率,结合积分滑模结构,设计了一种基于新型趋近率的积分滑模速度环控制器,并通过差分方程对新型趋近率的抖振抑制效果进行了分析。其次,针对扰动补偿问题,在扩张状态观测器中加入滑模控制率,以提高其自适应能力,设计了一种改进型扩张状态观测器,可以对扰动转矩进行估计,并将扰动转矩估计值作为前馈信号补偿给滑模速度环控制器;通过李雅普诺夫判据对所提控制策略的稳定性进行了推导说明。仿真结果表明:与传统滑模控制相比,所提控制策略可使电机在启动和受到负载扰动时系统响应良好,有效改善滑模抖振,提高转矩估计精度和系统控制精度。     

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.     

具有边界扰动的变系数多维波动方程的稳定性

应用自抗扰控制方法研究了具有边界扰动的变系数多维波动方程的稳定性.首先,使用时变高增益观测器代替常数高增益观测器很好地解决了峰值问题;其次,应用半群理论得到了加变系数多维波动方程解的存在性和唯一性;最后,设计时变高增益观测器估计出边界扰动,并通过状态反馈将其抵消使得系统稳定.     

基于观测器的不匹配未知输入系统的滑模控制

对具有不匹配时变未知输入的线性系统,研究了基于观测器的滑模控制器设计方法.首先,设计了一种与控制输入无关、能直接抵消未知输入影响的降维观测器.通过该观测器估计系统状态,并提出了一种未知输入代数重构方法,进而利用高增益滑模观测器给出了未知输入一阶微分的渐近估计方法.最后,提出了一种基于系统状态估计、未知输入重构及未知输入一阶微分估计滑模控制器新的设计方法,并通过仿真分析,论证了该方法的可行性和正确性.     

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。     

永磁同步电机位置伺服系统的RBF神经网络滑模控制策略

针对永磁同步电机(PMSM)位置伺服控制系统的负载扰动、外部不确定性干扰和模型参数摄动的特点,常规PID控制策略难以达到满意的控制效果.利用滑模控制对系统扰动和参数变化不灵敏的优点,提出一种基于神经网络和滑模控制相结合的位置伺服优化控制策略.在常规滑模控制器设计的基础上,引入RBF神经网络调节滑模控制器的切换增益,削弱系统的抖振,并通过在系统中设计干扰观测器实现对扰动的补偿.仿真结果表明:与常规滑模控制和常规PID控制相比,不同参数下本文所提出的优化控制策略超调量最多降低22%,调节时间最多减少9.2 s,有效提高位置伺服系统的鲁棒性、抗干扰能力和跟踪精度,且系统抖振得到有效遏制.     

基于未知输入观测器的不匹配干扰系统滑模控制

针对具有不匹配未知干扰的非线性系统,研究基于状态估计和未知输入重构的控制问题.在状态可测和未知干扰已知假设下,提出了一种新滑模控制器设计方法,以达到输出渐近稳定;通过设计一种未知输入观测器,对系统的时变未知输入进行重构;基于高增益滑模观测器对未知干扰的微分和系统的输出微分信息进行了有限时间内的精确估计;设计了一种新的基于观测器的控制策略,并论证其可行性.利用一个实际模型验证该控制器的有效性.     

基于改进型指数趋近率的PMSM滑模控制

基于永磁同步电机的动态数学模型设计调速系统,采用以转子磁场定向id=0控制和SVPWM调制相结合的矢量控制,速度调节器采用改进型指数趋近率滑模控制方法。为了减少负载扰动的影响,提出一种负载转矩观测器,并对控制量进行补偿。Matlab仿真结果表明,与一般指数趋近率滑模控制相比,改进型指数趋近率滑模控制器能有效提高系统的静态、动态特性和鲁棒性,同时转矩观测器可以准确辨识转矩值,实时对扰动进行补偿。     

基于干扰观测器的飞行仿真转台滑模控制器

针对飞行仿真转台中干扰观测器(DOB)对等效干扰项估计不足而影响跟踪精度的问题,提出一种基于DOB的滑模变结构控制器(SMVSC).它引入了附加干扰补偿项以及跟踪指令的速度信号和加速度信号,定义了一种新的滑模趋近律形式,并满足系统广义滑模存在条件.通过某单轴飞行仿真转台的实验结果表明,与传统的比例微分(PD)控制器+DOB方案相比,该控制方案提高了跟踪精度,同时,对系统参数变化和力矩扰动也具有更强的鲁棒性.     

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。     

基于输入整形的桥式起重机组合滑模控制

考虑桥式起重机载荷的垂直运动速度,提出一种新的基于输入整形的组合滑模控制方法。结合输入整形前馈控制和滑模反馈控制的优点,设计组合滑模控制器控制小车位移和负载摆角,利用输入整形进一步抑制负载的残留振荡,采用Lyapunov方法证明了系统的稳定性,实现了起重机小车的精确定位和负载的消摆,对外部干扰具有很强的鲁棒性,控制性能得到了改善。仿真结果表明了方案的有效性和可行性。     

基于非线性干扰观测器的直升机滑模反演控制

针对3自由度直升机俯仰控制系统,提出一种基于非线性干扰观测器的滑模反演控制方法. 用一种非线性干扰观测器观测系统的不确定性和外界干扰,通过选择设计参数,可以使观测误差指数收敛. 对引入非线性干扰观测器后的系统采用滑模反演法设计控制器,控制律的设计保证了闭环系统的稳定性,从而达到对直升机俯仰系统跟踪控制的目的. 仿真结果表明,该方法能够较理想地观测干扰,减小控制器的输出,改善系统的控制性能.     

Disturbance Observer Based Sliding Mode Controller Design for Heave Motion of Surface Effect Ships

In order to damp the heave motion of surface effect ships(SESs),a sliding mode controller with a disturbance observer was designed.At first,a disturbance observer was proposed to estimate the unknown time-varying disturbance acting on SESs due to waves.Then,based on the disturbance,a slide mode controller was designed to minimize the magnitude of SES's heave motion position.It was theoretically proved that the designed sliding mode controller with the disturbance observer could guarantee the stability of the closed-loop heave motion control system of SESs.Simulations on a Norwegian Navy's SES were carried out and the simulation results illustrated the effectiveness of the proposed controller with the disturbance observer.     

基于非线性干扰观测器的二阶动态Terminal滑模在近空间飞行器控制中的应用

针对近空间飞行器飞行包络大、飞行速度快、气动参数变化剧烈、系统建模存在不确定性、受外界扰动大和控制精度要求高等特点,首先设计了基于二阶动态Terminal滑模的控制方案.Terminal滑模能在有限时间收敛的特性加快了系统跟踪速度;二阶动态滑模的引入,使得滑模面及其部分阶导数为零,并且得到在时间本质上连续的控制器,有效克服了传统滑模的抖振问题.然后采用非线性干扰观测器逼近复合干扰.根据复合干扰逼近值设计控制器补偿项,进一步提高控制精度和削弱抖振.基于李雅普诺夫理论,严格证明了系统稳定性.最后将所设计控制方案用于近空间飞行器姿态角跟踪仿真实验,仿真结果表明了该控制方案跟踪精度高、速度快、鲁棒性强,且有效去除了滑模的抖振.     

压电陶瓷驱动器的滑模观测器反演控制

针对压电陶瓷驱动器中固有的迟滞非线性问题,设计基于滑模状态观测器的反演控制器对其进行输出跟踪控制。首先对压电陶瓷驱动的系统模型进行分析,将迟滞非线性部分视为有界干扰;在此基础上设计滑模状态观测器,对压电陶瓷驱动器的速度状态进行估计,整个系统仅需要测量输出位置信息。对采用滑模状态观测器的系统进行反演控制器设计,最后通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统是稳定的,系统中的所有信号是一致最终有界的。仿真结果表明了方法的有效性。     

滑翔高速飞行器自适应滑模控制器设计

滑翔高速飞行器飞行速率高、飞行环境特殊,具有强耦合、强非线性和强时变的特点. 针对这些特点带来的控制问题,首先对滑翔高速飞行器模型进行了线性化处理;其次利用滑模变结构控制理论设计了滑模控制器;最后将滑模控制器与在线参数估计器组合,设计了滑翔高速飞行器自适应滑模控制器. 仿真结果表明,设计的自适应滑模控制器能够满足滑翔高速飞行器的动态性能指标要求,具有较强的可靠性、适应性和鲁棒性.     

浅析架桥机起重天车溜车

架桥机起重天车是桥梁建设中关键设备,其溜车现象是架桥机架梁过程中的一大安全隐患,笔者从TP48节段拼装架桥机的起重天车溜车问题入手,结合工程实际情况进行分析,从而解决起重天车溜车这一问题。     

永磁无刷直流电动机非奇异终端滑模控制系统设计

为了提高无刷直流电动机控制系统的鲁棒性和控制精度,将非线性滑模控制方法引入控制系统中,设计了全局非奇异终端滑模控制律,并证明了所设计控制律可以控制系统从任意初始状态在有限时间内到达平衡点,在滑模面上,控制系统对外界扰动完全免疫.Matlab仿真结果表明,非奇异终端滑模控制方法比线性滑模和传统PID控制方法具有更好的控制效果.     

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.