基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制

针对光储直流微网混合储能系统易受能源间歇性输入、负载随机性扰动以及功率流向切换等干扰,会造成母线电压波动、系统功率失稳等问题,提出一种基于有限时间观测器的互补滑模控制（FTESO+CSMC）策略.首先,根据混合储能元件的高低频特性,对系统差额功率进行电流等效分配.然后,设计有限时间扩张状态观测器,对系统受到的总扰动进行观测,并将扰动观测值作为前馈项输入互补滑模控制器中,对系统扰动进行补偿,保证系统状态在有限时间内达到收敛,提高了系统的快速性和抗扰性,并根据Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性.最后,基于MATLAB仿真平台,对多种模拟工况进行仿真,仿真结果表明,相较于传统控制策略,本文所提控制具有更快的响应速度以及更好的抗扰性能.     

基于抗负载扰动的永磁同步电机双滑模控制

为提高永磁同步电机矢量控制系统的抗负载扰动能力,提出一种基于滑模转速控制器和滑模负载转矩观测器的永磁同步电机双滑模控制策略.该控制策略通过在滑模转速控制器的滑模面中加入转速误差的积分项,使系统的静态误差变小,并且通过设计一种改进的指数趋近律,使系统状态变量的收敛速度得以提高.以负载转矩和电机转速为观测对象设计滑模负载转矩观测器,将负载转矩观测值前馈补偿到滑模转速控制器中,使滑模转速控制器不连续项的最小幅值有效减小,从而有效抑制了滑模抖振现象,提高了控制系统的动态鲁棒性能和抗负载扰动能力.仿真结果验证了该控制策略的有效性和优越性.     

基于状态观测器的多无人机编队跟踪控制

针对一组欠驱动四旋翼无人机在编队飞行中仅有部分无人机可以直接获取领机状态信息的问题,提出了一种基于状态观测器的分布式有限时间编队跟踪控制策略.根据四旋翼无人机系统严格反馈的结构特点,将四旋翼无人机的动力学模型划分为位置子系统和姿态子系统,然后分别进行位置控制器和姿态控制器的设计.首先,考虑到在分布式的编队控制策略下,并非所有的无人机都能直接与领机进行通信并获取领机的状态信息.对每架四旋翼无人机分别设计分布式有限时间状态观测器估计自身与领机的相对状态信息,稳定性分析表明所设计的状态观测器的观测误差能够在有限时间内趋近于零;其次,在四旋翼无人机状态观测器观测结果的基础上设计了有限时间位置控制器,稳定性分析表明位置控制器能够在有限时间内实现对领机位置的稳定跟踪;然后根据位置环控制量解算出期望的姿态角,基于滑模控制方法设计了姿态控制器,稳定性分析表明各架无人机的姿态角能在有限时间内跟踪上期望的姿态角;最后,从仿真结果中能够看出所设计的状态观测器的观测误差能够在有限时间内趋近于零,即每架无人机的状态观测器能够在有限时间内观测到自身与领机的相对状态信息.从无人机飞行轨迹中能够看出各架无人机能够在有限时间内形成并保持期望的队形.     

一类非匹配不确定系统的滑模控制

研究了一类非匹配不确定系统的滑模控制问题,通过引入适当的状态变换,将系统分解成两个子系统,提出了一种基于二次稳定性的鲁棒滑模面的设计方法;根据滑模控制的到达条件,设计了整个系统的滑模控制器,使得从任意状态出发的不确定系统能在有限的时间内到达滑动面,确保了系统的全局渐近稳定性,仿真结果表明了该控制策略的有效性。     

弹载电动舵机幂次滑模反演控制

针对高频响弹载电动舵机系统存在的齿隙非线性、参数时变、未知扰动等问题,提出一种幂次型快速Terminal滑模反演控制策略.设计连续可微函数逼近齿隙非线性环节的死区模型,建立拟合系统的状态空间模型并划分为3个子系统进行控制设计.采用反演控制思想设计快速幂次Terminal滑模控制器,内环采用直接转矩控制控制策略,提高响应速度.应用Lyapunov方法证明闭环系统跟踪误差的有限时间收敛特性,实现了对齿隙非线性的精确补偿.实验结果验证了所提出控制策略的有效性,与反演控制和PID控制策略相比,弹载电动舵机的控制精度、收敛速度及鲁棒性有显著提高.      

小型四旋翼飞行器的滑模控制

针对1种六自由度四旋翼模型,设计滑模控制器来提高控制系统的鲁棒性。首先将四旋翼模型划分为全驱动和欠驱动2部分,全驱动子系统由高度和偏航角2个独立回路组成,而欠驱动子系统则包含4个被控量和2个控制量。然后针对全驱动系统的2个回路设计了基于反步法(Backstepping)的滑模控制,并进一步推导出有限时间终端滑模控制器。将欠驱动子系统写成一种级联标准型,并给出一种欠驱动级联形式的滑模控制器。采用Lyapunov稳定性理论证明所设计的滑模控制系统的稳定性。研究结果表明:所提出的四旋翼控制器是有效的,它不仅具有良好的鲁棒性和快速跟踪动态性能,而且能够有效地抑制抖振现象。     

支持向量机预测可变参数的永磁同步电机快速终端滑模控制

针对永磁同步电机传统滑模控制的调速性能受到电机系统状态变量变化的影响,提出了一种采用支持向量机智能预测永磁同步电机可变参数非奇异快速终端滑模控制策略。首先设计了一种快速收敛的新型可变参数非奇异快速终端滑模面,该滑模面实现了全局快速收敛且消除了奇异现象并且滑模参数随系统状态改变,实现了不同系统状态下,永磁同步电机可以始终保持优异的调速性能;然后,引入支持向量机智能算法对滑模面状态变量参数建模,实现滑模面状态变量参数根据电机系统状态在线调整;最后,采用角速度与q轴定子参考电流二阶模型来设计永磁同步电机可变参数非奇异快速终端滑模速度控制器以减小模型误差。数值仿真结果表明:采用支持向量机建立的滑模面状态变量参数预测模型能够根据电机系统参数变化预测得到滑模面状态变量参数最优值;所提出的可变参数非奇异快速终端滑模控制策略与非奇异快速终端滑模控制策略相比,控制性能不受电机参数变化的影响,具有收敛速度快、鲁棒性好、转速超调小、控制精度高等优点。     

基于干扰观测器的分布式四旋翼编队跟踪控制

针对具有模型不确定性和外部干扰的一组欠驱动四旋翼飞行器提出了一种基于干扰观测器的分布式编队跟踪控制策略.根据系统严格反馈的结构特点,将四旋翼的动力学模型划分为位置子系统和姿态子系统.首先,根据快速终端滑模方法(FTSM)设计了一个干扰观测器作为复合干扰的估计器;其次,基于图论和快速终端滑模技术,设计了分布式编队跟踪控制器来实现编队的形成和保持;并在两个子系统之间,引入三阶积分滤波器对姿态子系统的虚拟输入及其导数进行估计;最后,稳定性分析表明闭环控制系统是全局渐进稳定的.仿真结果表明所提出的分布式控制器是有效的.     

基于终端滑模控制的混沌系统的同步

应用驱动-响应同步方法,研究了一类二阶混沌系统的终端滑模控制.通过设计连续的终端滑模控制器实现混沌系统的有限时间同步.在控制器的设计过程中采用了一种改进的终端滑模面,有效克服了在常规终端滑模控制中由于参数选择不当而出现的奇异问题.仿真结果表明,改进的终端滑模控制器可有效降低变结构控制中所产生的抖振,并提高了系统的稳态精度,实现了混沌系统的有限时间同步.     

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.     

永磁同步风力发电机转矩动态滑模控制器设计

考虑到永磁同步风力发电机的多变量、非线性及强耦合等特性,以及发电机的参数变化会对矢量控制性能产生影响,设计了针对风电应用的永磁同步风力发电机转矩动态滑模控制器。该一阶动态滑模控制器将常规变结构控制中的切换函数通过微分环节构成新的切换函数,有效降低了抖振。仿真验证表明,功率外环采用动态滑模控制器的永磁同步发电机矢量控制系统能够精确跟踪有功功率给定,并具有对电机参数及扰动不灵敏、鲁棒性好的优点。     

模糊滑模变结构控制设计

为了削弱滑模控制的颤振现象,提出了模糊趋近律的方法,即利用模糊控制器实时调整滑模控制的趋近律参数．该方法既保证了控制系统的快速性和鲁棒性,又能够有效地削弱颤振．另外,控制系统设计简单,便于工程应用．最后,以实例进行了仿真研究,仿真结果证明了所提出方法的有效性．     

PMSM speed control using adaptive sliding mode control based on an extended state observer

In this study,a composite strategy based on sliding-mode control( SMC) is employed in a permanent-magnet synchronous motor vector control system to improve the system robustness performance against parameter variations and load disturbances. To handle the intrinsic chattering of SMC,an adaptive law and an extended state observer( ESO) are utilized in the speed SMC controller design. The adaptive law is used to estimate the internal parameter variations and compensate for the disturbances caused by model uncertainty. In addition,the ESO is introduced to estimate the load disturbance in real time. The estimated value is used as a feed-forward compensator for the speed adaptive sliding-mode controller to further increase the system's ability to resist disturbances. The proposed composite method,which combines adaptive SMC( ASMC) and ESO,is compared with PI control and ASMC. Both the simulation and experimental results demonstrate that the proposed method alleviates the chattering of SMC systems and improves the dynamic response and robustness of the speed control system against disturbances.     

非线性奇异摄动系统的二阶滑模控制

根据奇异摄动理论和变结构控制方法，将复杂非线性系统分解为不同时标的降阶子系统，并运用能有效消除抖振的二阶滑模次优控制算法设计各子系统的控制器，实现了不确定复杂系统的无抖振组合控制．利用奇异系统的特点，分别设计快慢子系统的二阶滑模控制器，最后得到了复合控制，实现了整个系统的控制．文中给出了整个系统的稳定性证明，仿真结果证明了所提方法的有效性．     

一种基于状态边界层的滑模控制器设计

在滑模控制理论中，减少控制信号抖振一直是研究的热点问题之一。最常用的使用边界层控制的方法会因边界层宽度的不同选择产生不同的结果，或者减少控制信号的抖振，或者降低控制精度。本文提出了基于状态边界层的滑模控制器的设计构想，即用状态的模来调整边界层的宽度。仿真结果表明，这种方法能有效地消除控制信号的抖振，同时兼顾了控制精度。     

基于动态滑模控制的移动机械臂输出跟踪控制

为实现移动机械臂的输出跟踪控制,设计了一种动态滑模控制器．文中首先给出了包括驱动电机动态特性的移动机械臂简化动态模型,然后通过微分同胚和非线性输入变换将系统分解为4个低阶子系统,并给出了用于移动机械臂输出跟踪的动态滑模控制器的设计方法．仿真结果表明,所设计的动态滑模控制器不仅能很好地跟踪给定轨迹,而且能有效地削弱滑模控制系统的抖振．     

水下机器人的模糊滑模控制方法

建立了某水下机器人的水动力模型，采用模糊逻辑与滑模控制相结合的方法，通过模糊逻辑动态调整滑模控制器的指数趋近率的参数，有效地抑制了滑模控制中所存在的抖振现象，仿真试验和水池试验证明，该控制器能有效地消除滑模控制的抖振，对外部扰动具有较强的鲁棒性，而且具有良好的响应特性．     

Neuro-Sliding-Mode Control of Flexible-Link Manipulators Based on Singularly Perturbed Model

A neuro-sliding-mode control (NSMC) strategy was developed to handle the complex nonlinear dynamics and model uncertainties of flexible-link manipulators. A composite controller was designed based on a singularly perturbed model of flexible-link manipulators when the rigid motion and flexible motion are decoupled. The NSMC is employed to control the slow subsystem to track a desired trajectory with a traditional sliding mode controller to stabilize the fast subsystem which represents the link vibrations. A stability analysis of the flexible modes is also given. Simulations confirm that the NSMC performs better than the traditional sliding-mode control for controlling flexible-link manipulators. The control strategy not only gives good tracking performance for the joint angle, but also effectively suppresses endpoint vibrations. The simulations also show that the control strategy has a strong self-adaptive ability for controlling manipulators with different parameters.     

漂浮基空间机械臂姿态与末端爪手协调运动的模糊变结构滑模控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控制情况下,漂浮基空间机械臂载体姿态与末端爪手协调运动的控制问题.结合系统动量守恒关系,分析、建立了空间机械臂系统运动的Jacob i关系及完全能控形式的系统动力学方程.在此基础上,应用变结构滑模控制理论设计了空间机械臂载体姿态与末端爪手惯性空间轨迹协调运动的变结构滑模控制方案;为了克服上述变结构滑模控制器抖振的缺点,附加设计了一个模糊控制器,以根据系统的控制输出来动态调节变结构滑模控制器等速趋近率的系数,从而达到既保证系统具有快速响应又能消除原有控制器具有抖振缺点的目的.系统数值仿真运算,证明了上述控制方案的有效性.     

基于模糊干扰观测器的移动机器人自适应滑模跟踪控制

针对轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot, WMR)轨迹跟踪中存在的速度跳变和未知系统扰动,提出一种新型轨迹跟踪控制策略。该策略基于反演技术,分别设计WMR系统的运动学控制器和动力学控制器。在运动学控制器中,采用分流技术克服了轨迹跟踪初期的速度跳变问题;在动力学控制器中,将模糊干扰观测器与自适应滑模控制结合,有效解决了未知系统扰动对控制性能的影响,并且消除了传统滑模控制的抖振现象。通过Lyapunov稳定性理论,证明了该控制策略的稳定性。仿真研究表明,该控制策略具有较小的速度跳变,控制信号抖振较小,并对系统扰动具有强鲁棒性。