BLDC位置伺服系统的离散滑模输出反馈控制

研究了有界不确定离散时间系统的输出反馈滑模控制设计问题。提出一种基于多速率采样输出反馈和幂次函数趋近律的离散滑模控制方法,并将研究结果用于设计无刷直流电机位置伺服系统。该方法仅需已知位置信号即可完成位置伺服系统的设计。理论分析及仿真结果表明,所设计的控制器可以消除系统抖振,并使伺服系统具有良好的跟踪能力和强鲁棒性。     

基于dSPACE的新型双滑模PMSM控制方法

设计一种基于滑模理论的永磁同步电机控制系统,利用滑模控制器代替传统的PID控制器,用滑模观测器代替传统的位置传感器。滑模控制器中针对传统滑模控制的抖振问题,引入准滑模和趋近律的概念,设计一种新的滑模控制器。滑模观测器使用连续饱和函数代替传统的开关函数,有效地减少高频噪声信号,经李亚普诺夫稳定方程证明系统的稳定性。本设计方法充分发挥滑模控制的优势。通过d SPACE实验平台的验证和Control Desk环境的实时观测,证明所设计的新的滑模控制器在消除抖振和抗干扰方面明显优于传统的滑模控制器和PID控制器,滑模观测器能准确地观测位置信号,而且针对具有噪声干扰的场合,加入卡尔曼滤波器,有效地减少了干扰信号。     

基于离散时间滑模控制器的自动变速器滑差控制

设计离散时间系统滑动模态变结构控制器,对闭锁离合器进行滑差控制以提高整车燃油经济性,消除发动机扭矩波动造成的传动系统冲击.采用零相位数字滤波器,以抑制滑模控制系统中的抖振.建立传动系统仿真模型对滑模控制器进行验证,并与传统比例-积分-微分(PID)控制器进行比较;通过硬件在环仿真测试车辆在十五循环工况(ECE)下有无滑差控制时的燃油消耗量.结果表明,滑差控制有效吸收传动系冲击,液力变矩器在滑差控制下的传递效率高于纯液力传动,可降低整车燃油消耗;基于滤波的滑模控制器,控制律平滑变化,具有更好的响应速度和跟踪指令信号的能力.     

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。     

稳定平台伺服系统测量信号抗干扰方法研究

针对一种稳定平台伺服系统中的角位置和角速率测量信号受到干扰后,导致误计数脉冲产生和噪声串入的原因进行分析;在角位置调理电路系统中的CPLD模块内设计一种三级D触发器串联的逻辑电路结构,对误计数脉冲信号进行滤除,并对逻辑电路的功能时序进行仿真验证;利用窗函数法设计一种FIR数字滤波器,对包含特定频率噪声的角速率信号进行滤波处理,通过定性和定量分析验证了滤波器对测量信号噪声的消除和对原始信号测量精度的提高.     

基于滑模观测器的航空发动机信号重构

本文研究航空发动机控制系统中传感器的信号重构问题。针对含有建模误差等未知干扰发动机模型,考虑传感器发生故障情况下,提出了基于滑模观测器的航空发动机信号重构方法。首先通过滤波器将含有传感器故障的系统等效为含有虚拟的执行器故障的系统;然后设计滑模观测器,并设置合适的增益矩阵使得状态估计误差稳定有界、输出估计误差在有限时间内到达滑模面,保证了滑模观测器对传感器故障的精确估计,在此基础上实现航空发动机的信号重构;最后,通过MATLAB/simulink对低压转速传感器发生不同幅度的软硬故障时进行信号重构仿真并与常用的卡尔曼滤波器方法进行对比,结果验证了该方法的有效性。     

基于低通滤波器的半潜式海洋平台滑模控制器设计

针对半潜式海洋钻井平台动力定位问题,在滑模控制的基础上,将等效切换控制方法与滤波器结合,设计了一种基于低通滤波器的等效切换滑模控制器,并用Lyapunov方法证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明控制系统具有良好的控制品质及响应特性;低通滤波器有效抑制了控制器输出抖振,控制系统的实际控制力矩输出较为平滑,减少了海洋平台推进器的能耗。     

基于扩展状态观测器的伺服系统特征建模和自适应滑模控制

为抑制伺服系统中的转矩扰动和惯量变化对动态性能和稳态精度的影响,该文提出了1种基于扩展状态观测器(ESO)的伺服系统特征建模和自适应离散终端滑模控制方法。将伺服系统动力学模型中的摩擦力矩、转矩扰动和其他不确定性扰动归入集总扰动,并看作新的系统状态,设计ESO对其进行观测和补偿。在补偿后的广义被控对象基础上,通过采样其输入输出数据和在线参数辨识,建立伺服系统特征模型,并设计自适应离散终端滑模控制器。通过Lyapunov稳定性理论分析观测误差的收敛性,并证明跟踪误差的有限时间有界性。仿真结果表明,该文方法对转矩扰动有较强的鲁棒性,且能够适应20倍以内的转动惯量。     

考虑输入时滞的舵机伺服系统自适应指令滤波输出反馈控制

针对舵机伺服系统运行过程中存在复杂非线性以及信号输入时滞、使系统的精度降低,严重时甚至造成系统失稳的问题,提出了一种考虑输入时滞的自适应指令滤波输出反馈控制策略。首先,将系统中存在的输入时滞考虑为控制器信号输入时滞,给出舵机伺服系统状态方程,选用梯度下降法设计时滞估计律对未知时滞进行估计;其次,将系统中存在的复杂非线性统一为扰动,选用扩展状态观测器(ESO)加以估计,将观测的系统状态值用于设计控制量实现输出反馈控制;然后,选用指令滤波将高阶求导过程转化为求积分,实现信号滤波以抑制微分噪声;最后,基于Lyapunov-Krasovskii泛函稳定性定理证明控制器实现系统有界稳定。仿真及实验表明,所提的控制方法与传统反步控制方法、自抗扰控制和比例微分积分(PID)控制方法相比,响应时间分别提升了92%、88%和51%,跟踪精度分别提升了90%、84%和26%。     

AGV视觉导航中Kalman滤波最优控制器的设计

为解决电子地图辅助视觉导航AGV的控制精度问题,将AGV中基于视觉的位置信号离散化后得到AGV中心轴的偏距和偏角.作为滤波器的输入信号,用U-D分解的Kalman滤波可以有效地消除在AGV导航中存在的白噪声.其中在时域中采用递推算法为最优控制输入稳定的状态量,并保证数值的稳定性,使系统的鲁棒性好;再经过状态反馈最优控制系统得到最优的控制输出.结果表明,用此方法设计的控制器稳定性强,抗干扰能力强,AGV在该控制器的作用下,转弯半径为5 m时,方向偏差在±0.5.内变化,侧向偏差控制在±4 mm之内.该控制器适应于工业环境中强电气噪声的环境,对直线和曲线路径有很好的跟踪效果,用于自动导向车辆等智能运输设备,符合工业应用的要求.     

一种适用于3GPP LTE下行链路的低复杂度信道估计算法

本文研究了LTE(Long Term Evolution)系统下行链路的信道估计算法。基于LTE通信协议中参考信号的设计,提出了一种新的信道估计算法。该算法引入ACM（Adaptive Channel Manager,自适应控制器）和噪声抑制滤波器,将ACM的输出与预先设定的门限比较,若输出高于此门限则使用噪声抑制滤波器进行滤波。仿真结果表明,本文提出的算法相对于LTE信道估计算法在增加很少计算复杂度的情况下,获得了性能改善。     

基于在线学习误差反传算法的仿真伺服系统设计

针对无人机(UAV)仿真伺服系统的驱动模型,提出了一种将误差反传算法用于UAV仿真伺服系统在线学习设计的新方案.在该算法中采用了BP神经网络的基本思想,设计了两输入、单隐层、两输出在线学习策略,输入层分别为给定指令信号和反馈数字解算后的位置信号;隐含层单元数为12个;输出层设为2个输出单元,即经在线学习误差反传算法学习训练后的数字位置和速度,其中位置控制器采用自调节比例-积分-微分(PID)控制,速度通过数字/模拟(D/A)转换后传送到速度控制器,设定精度误差指标为0.05,训练样本数为30.用研制的UAV仿真伺服系统对UAV光纤陀螺传感器进行含实物半物理实时仿真实验,结果表明,该在线学习误差反传算法控制方案的UAV仿真伺服系统具有收敛性好、动态响应快、鲁棒性强的特点.     

磁悬浮永磁同步电机转子系统的参数辨识与控制

针对磁悬浮永磁同步电机转子系统在悬浮控制过程中,由于磁力参数不准确从而影响控制器的优化设计甚至破坏系统稳定性的问题,提出一种基于高斯调制函数法的磁力参数辨识方法,并设计滑模控制律对转子的稳态悬浮进行控制。首先,让磁悬浮转子系统在PID控制下闭环稳定,再以多正弦信号激励系统,利用高斯函数作为调制函数,对磁悬浮转子系统连续动力学模型进行数字调制积分,从而建立离散等价参数辨识模型;然后,选择与磁悬浮转子系统频带覆盖范围相匹配的尺度参数构建高斯调制函数,对磁悬浮永磁同步电机实验台的磁力参数进行辨识;最后,依据辨识所得的模型参数设计滑模控制器,实现永磁同步电机转子的稳态悬浮。所提方法避免了对微分信号的直接处理,同时又回避了积分初值问题,能够便捷、有效地辨识磁力参数;所设计的滑模控制器使得磁悬浮转子系统拥有更好的稳态和动态性能。实验结果表明：根据所提方法设计的滑模控制器能够使转子在0.2 s内到达目标位置并保持稳定,其调节时间仅为PID控制的40%。     

阀控电液位置伺服系统滑模反步控制方法

针对阀控电液位置伺服系统的非匹配干扰抑制问题,将滑模控制理论与反步递推控制器设计方法相结合,提出一种滑模反步递推控制方法;在滑模反步递推控制算法设计过程中,提出一种新的光滑连续的滑模控制律;对所提控制算法的稳定性及跟踪误差的收敛性进行理论及定量分析,并对该控制方法的可行性及有效性进行联合仿真验证。研究结果表明:该算法能够有效抑制未知非匹配干扰与输出抖动,其跟踪效果明显优于反步控制器以及PID控制器的跟踪效果。     

数字控制器设计方法浅析

分别采用连续域—离散化设计和直接离散域设计两种方法,设计某伺服系统的数字控制器以校正系统的性能.通过对比分析,可以得到各自的特点：连续域—离散化设计方法必须采用较小的采样周期,可以利用已积累了丰富经验的连续域设计技术;直接离散域设计避免了离散化误差,采样周期可以不必选得太小,但设计经验相对不足.     

非线性摩擦干扰下伺服系统模糊趋近律滑模控制

针对伺服系统由于受非线性摩擦力的影响而产生的"爬行"和"平顶"现象,提出了模糊趋近律方法,设计了基于T-S模糊模型趋近律的滑模控制器,并进行了实验和仿真研究. 实验和仿真结果表明:所设计的控制器能有效地消除低速"爬行"和"平顶"现象,提高伺服系统的跟踪精度;同时该控制器能显著降低常规趋近律滑模控制器的抖振问题,改善控制品质. 该控制器适用于控制品质要求高的伺服系统.     

一种基于分数阶卡尔曼滤波器的模型预测控制器的设计与实现

针对一类分数阶线性系统,设计了一种基于分数阶卡尔曼滤波器的模型预测控制器。采用分数阶微分的Grunwald-Letnikov定义对被控对象的分数阶状态空间模型进行离散化,构造了一种分数阶卡尔曼滤波器,并将该滤波器得到的状态估计应用于预测控制系统的最优状态反馈控制中。将所提出的方法用于一种黏弹性阻尼系统的控制,仿真结果表明该预测控制器在设定值跟踪、抗噪声扰动等方面都有良好的控制性能;分数阶微分的短记忆长度不仅会影响分数阶卡尔曼滤波器的估计精度,还会对预测控制器的性能产生重要影响。     

基于滑模变结构的导弹伺服机构故障诊断

针对导弹伺服机构的不确定非线性特点,提出了一种基于滑模变结构的传感器故障诊断方案。首先给出一种基于滑模变结构的控制器设计方法,然后利用滑模变结构中的等值控制方法设计了状态观测器,再利用自适应方法实现了对故障的重构。最后将提出的方法在导弹伺服系统中应用,表明了该方法的有效。     

基于LabVIEW的多采样率数字滤波器1/3倍频程计算方法

利用多采样率数字滤波器法计算噪声1/3倍频程谱在硬件上设计困难。因此为降低设计的难度,提出基于LabVIEW实现多采样率数字滤波器法计算1/3倍频程。信号首先通过抗混叠滤波器降低信号频谱混叠,然后经过降采样减少数据计算量,最后利用数字带通滤波器实现通带内信号的能量衰减并进行均方根计算得到1/3倍频程谱值。通过Lab VIEW设计出FIR抗混叠滤波器和8阶巴特沃斯IIR数字带通滤波器,并在此基础上结合声卡搭建噪声分析系统完成1/3倍频程计算。结果表明,所设计的系统能快速准确地计算1/3倍频程谱值,得到理想的低频处频谱分析。     

Acrobot系统基于滑模的离散时间变结构控制

研究了将离散时间变结构控制应用于Acrobot系统的平衡控制器设计的问题.首先给出了Acrobot在垂直向上平衡点处的离散化数学模型.分析了离散指数趋近律存在抖振的机理,针对其不足给出了一种改进的趋近律,并将其应用于Acrobot系统的控制中,设计了离散时间变结构平衡控制器.仿真结果表明,改进的趋近律可有效地减小系统的抖振,并保证系统渐近稳定,实现了Acrobot系统基于滑模的离散时间变结构控制.