一种自适应全程滑模变结构控制器的研究与设计

针对非线性不确定系统的控制问题,为了消除传统滑模变结构控制系统的到达运动并实现对系统不确定量的估算,设计了一种自适应全程滑模变结构控削器。通过设计一种动态非线性滑模函数,使系统从初始状态即可进入滑模运动,并在控制律的作用下使系统运动到期望状态,系统在响应的全过程均具有鲁棒性,克服了传统滑模变结构控制系统到达运动阶段不具有鲁棒性的缺点。通过设计一种自适应律实现对系统不确定量的辨识估计,以辨识结果实时调整控制器参数,大大削弱了系统的抖动。仿真结果表明该控制系统具有较强的鲁棒性能。     

变结构速度控制器设计

为了实现交流感应电机的速度及转矩的实时高精度控制,设计了一种滑模变结构直接转矩速度控制器。应用可变边界层法削弱滑模面上的抖振,用模型参考自适应速度辨识器取代传统速度传感器监测电机速度。通过仿真表明：可变边界层法削弱抖振效果优于等速趋近率法,系统在参数变化情况下能表现出较强的鲁棒性,改善了电机的动态和静态性能。     

二阶滑模变结构控制系统的滑模到达条件

为了削弱经典滑模变结构控制系统的抖振、简化二阶滑模变结构控制器的计算过程,提出了一个二阶滑模变结构控制系统的滑模到达条件.运用李雅普诺夫稳定性理论和常微分方程理论,得到了控制系统在该到达条件下的两个结果:系统相轨迹能实现在有限时间内收敛于滑动模态,控制系统具有较好的鲁棒性.最后通过该到达条件设计了系统的变结构控制器.仿真结果表明该到达条件能有效抑制系统抖振,并且具有良好的鲁棒性.     

船舶航向非线性迭代滑模变结构PID控制

针对一类不确定非线性受扰动系统,提出非线性迭代滑模变结构PID控制方法.通过对系统输出迭代设计非线性滑模函数,并引入传统PID控制,综合了滑模变结构控制与PID控制的鲁棒性强的特点,避免了传统PID控制积分引起的超调以及变结构控制的抖振问题.设计了船舶航向控制器.仿真结果表明,非线性迭代滑模变结构PID控制下的系统阶跃响应超调明显减小,定常干扰下的静态误差得到消除,稳定时间明显缩短并可通过设计参数调节,表明控制算法具有强鲁棒性.     

旋转倒立摆平衡姿态模糊变结构控制算法研究

针对非线性、多变量、强耦合的旋转倒立摆系统,利用模糊控制与滑模变结构控制相结合设计了一种模糊变结构控制器,该控制器既保持了滑模变结构控制的快速性和鲁棒性,又能较好地消除单纯采用滑模变结构所产生的抖振问题。仿真结果表明,模糊变结构控制算法能够实现倒立摆的平衡姿态控制,抖振现象基本消除且具有很强的鲁棒性。     

旋转倒立摆平衡姿态模糊变结构控制算法研究

针对非线性、多变量、强耦合的旋转倒立摆系统,利用模糊控制与滑模变结构控制相结合设计了一种模糊变结构控制器,该控制器既保持了滑模变结构控制的快速性和鲁棒性,又能较好地消除单纯采用滑模变结构所产生的抖振问题.仿真结果表明,模糊变结构控制算法能够实现倒立摆的平衡姿态控制,抖振现象基本消除且具有很强的鲁棒性.     

基于滤波器的自适应变结构机器人控制器研究

结合自适应控制和变结构控制的优点,设计了一种基于滤波器的自适应变结构机器人控制器.在控制信号输出端加滤波器,削弱由开关不连续性引起的系统抖振.利用机器人矩阵线性特征,将各模型参数误差表示为一列向量,基于Lyapunov能量法推导变结构控制率和模型误差向量的自适应率.实现在线估计参数误差,并基于估计值进行变结构控制,削弱由模型参数不确定性引起的系统抖振.针对实际机器人轨迹跟踪控制系统进行了仿真,结果表明控制策略的有效.最后,对滤波器削弱抖振的结构进行了分析与总结.     

一种具有时滞的离散系统的控制设计

研究含时滞的线性离散系统的变结构控制问题。首先将离散系统简化为不含时滞的线性离散系统,然后对简化的系统提出一种新的变结构控制设计算法。该算法分为2个阶段:当系统轨迹在滑模某邻域外时,控制律使系统轨迹单调趋近于滑模面;当系统轨迹渐近进入到该邻域内,控制律使其轨迹一步到达滑模面。抖振现象是离散系统滑模控制算法的主要缺陷,一些学者针对离散系统在消弱抖动方面做了广泛而深入的研究。离散系统在消弱抖振方面的研究提出的算法可以有效地消弱系统解轨迹的不连续性产生抖振的现象,使系统稳定。理论证明该方法可消除离散滑模控制系统的抖振且能够保证控制系统具有强鲁棒性。     

工业机器人轨迹跟踪的自适应模糊变结构算法

为提高工业机器人的轨迹跟踪控制性能,提出了一种自适应模糊变结构控制算法,即对滑模区中趋近运动的趋近律进行重新设计,新设计的趋近律能够随着机器人轨迹跟踪误差的改变而做出相应变化,从而使设计后系统的抖振减小,滑模过程中的趋近运动得到改善,控制性能也得到提高.针对该算法设计了自适应模糊变结构控制器,并与其他方法做了实验对比分析,结果表明该算法的响应速度、跟踪精度等更优.     

漂浮基双臂空间机器人关节运动的模糊变结构滑模控制

讨论了载体姿态、位置均不受控制的双臂空间机器人系统的控制问题.利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,建立了双臂空间机器人系统的非线性动力学模型.以此为基础,对双臂空间机器人关节运动的控制问题作了研究.考虑到空间机器人系统结构的复杂性及其某些参数的变动性,根据具有较强鲁棒性的滑模变结构控制理论,设计了双臂空间机器人关节运动的滑模变结构控制方案;为了克服滑模变结构控制器抖振的缺点,附加设计了一个模糊控制器,以便根据系统的输出来动态调节滑模变结构控制器等速趋近率的系数,从而既确保了系统的快速响应而又消除了原有的抖振.系统数值仿真证明了该控制方案良好的控制效果.     

基于MATLAB/Simulink仿真的永磁同步电机新型超螺旋二阶滑模转速控制

为进一步提高永磁同步电机转速外环控制性能,设计了一种新型超螺旋二阶滑模转速控制器。基于传统超螺旋算法,提出了一种新型超螺旋算法,包括设计了变指数取代传统算法中非线性项的常指数,采用分数阶代替整数阶,构造了变边界层非线性指数函数取代开关函数。采用新型超螺旋算法设计永磁同步电机转速控制器,并进行MATLAB/Simulink仿真,过程中使用鲸鱼算法优化控制参数。所得仿真结果为：相比指数趋近律与传统超螺旋算法,采用新型超螺旋算法设计的转速控制器的转速超调、转速受扰时的下降幅度、转速稳态跟踪误差最小。根据仿真结果,得出结论为：新型超螺旋二阶滑模转速控制器在系统收敛能力、抗扰能力及抖振抑制能力方面均优于指数趋近律滑模和传统超螺旋二阶滑模转速控制器。     

基于SMC的大型光电跟踪平台直流调速系统算法

为克服大型光电跟踪平台直流调速系统的非线性因素影响,利用变结构控制响应速度快,针对系统的参数变化和外部扰动不灵敏的特点,设计了滑模变结构控制器。通过Simulink 仿真并与PID(Proportional_Integral_Differential)控制方法相比较得出,采用SMC(Sliding Mode Control)设计系统稳态跟踪的误差减小到PID控制系统的1/3,调节时间缩短为原来的1/7,由超调3％变为无超调,由对参数摄动和外部扰动敏感变为不敏感。从而证明了在大型光电跟踪平台直流调速系统中,滑模变结构控制能显著减小系统反应时间和稳态跟踪误差,对参数摄动和外部扰动具有良好的鲁棒性。     

改进神经网络自适应滑模控制的机器人轨迹跟踪控制

为了提高机器人轨迹跟踪控制性能,在神经网络滑模控制方法的基础上,提出了一种改进型神经网络自适应滑模控制方法.该方法将神经网络作为控制器,利用其非线性映射能力来逼近各种未知非线性,同时通过在控制律中加入鲁棒项来消除逼近误差.考虑到隐含层单元数和网络结构参数对神经网络映射有效性的影响,将降低抖振作为优化目标,采用粒子群优化算法对网络结构参数进行优化.最后在Matlab/Simulink环境下进行了仿真实验,并与其他控制方法进行了对比分析.仿真结果表明,基于该方法所设计的控制系统具有良好的鲁棒性和控制精确度,同时有效地削弱了抖振.     

一类欠驱动机械系统基于滑模的变结构控制

针对体操机器人这种欠驱动机械系统设计了滑模变结构控制律,变结构控制中采用了一种改进的指数趋近律·仿真结果表明对线性化模型所设计的变结构控制器应用在非线性系统中,仍能使机器人系统实现稳定·与极点配置方法相比较,采用滑模变结构控制方法设计的平衡控制器可使机器人系统具有更大的稳定范围(吸引域)和更强的鲁棒性·改进的指数趋近律可有效地降低变结构控制中所产生的抖动,并使系统迅速达到平衡稳定状态·     

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.     

基于滑模变结构的风电机组一次调频算法研究

针对并网风电场中,经典一次调频控制方法存在抗干扰能力弱、机组易脱网的问题,本文提出一种基于滑模变结构的风电机组一次调频控制算法。首先,在永磁同步风电机组工作原理的基础上,建立含有大电网的风电机组模型。其次,为了解决传统PID控制下抗干扰能力弱的问题、引入经典滑模变结构控制器。然后,针对经典滑模变结构控制器导致执行机构存在抖振较多的缺点,本文提出一种基于Sigmoid函数趋近率的滑模变结构一次调频控制算法。最后,通过MATLAB/SIMULINK对风电机组一次调频进行建模仿真,并与经典控制算法相比,验证了所提算法的可行性,在风速波动和电网故障的环境下,滑模变结构一次调频控制算法更具有效性。     

基于多模型在线辨识的滑模变结构控制

为了改善复杂非线性系统中传统滑模变结构控制系统的控制效果,提出了一种将多模型在线建模与滑模变结构控制结合的方案.首先,根据输入输出数据利用在线数据聚类的方法建立多个局部模型,实时对局部模型进行更新,并通过加权综合获得非线性系统的在线辨识模型;然后,针对系统的辨识模型设计基于趋近律的滑模变结构控制器.仿真结果表明,控制方案对系统模型的不确定性具有良好的鲁棒性.     

变结构神经网络自校正控制器的设计与研究

提出了一种变结构神经网络自校正控制器的设计方法,采用变结构神经网络BP优化算法设计控制器来控制实际对象,动态地修改神经网络的权值作为自校正方法,使系统较好地适应负荷和外扰的变化,获得满意了控制质量。