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.     

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.     

基于指数型快速终端滑模的有限时间混沌同步

为了解决混沌同步有限时间的实现问题,基于指数终端吸引子的有限时间快速收敛特性,设计了指数型快速终端滑模,并将其引入到一类混沌系统中,提出了一种新的滑模变结构控制,以实现该类混沌系统的状态同步.系统状态变量能以较快的速度在有限时间内到达各级滑模面,最终使系统状态收敛到平衡点.系统具有良好的动态性能,同步时间可以估计和控制,且实现了混沌系统的有限时间完全同步.以Chen混沌系统为例研究验证同步策略的可行性和有效性.     

电子节气门的非奇异快速终端滑模控制

为了提高汽车电子节气门开度控制的响应速度和精确度,研究与设计了一种非奇异快速终端滑模控制策略.建立了电子节气门控制系统的非线性数学模型;利用节气门阀片实际开度与期望开度的误差及误差的导数设计非奇异快速终端滑模面和终端吸引子,使用扩张状态观测器估计开度的一阶导数,设计了不存在奇异控制量且收敛快速的节气门非奇异快速终端滑模控制器,证明了这种控制器的李雅普若夫稳定性;对4种参考输入信号使用非奇异快速终端滑模控制和普通滑模控制在MATLAB/simulink中进行了仿真.仿真结果表明,相比于普通滑模控制方法,非奇异快速终端滑模控制方法具有更短的调节时间和更小的跟踪误差,在4种参考输入信号的作用下,普通滑模控制器需要1s甚至1.2s的时间才可基本实现跟踪,且跟踪误差较大,而非奇异快速终端滑模控制器可确保电子节气门开度在0.1s实现对参考信号的跟踪,且跟踪误差的绝对值小于0.2°,同时冲击扰动信号作用下的仿真结果表明非奇异快速终端滑模控制器具有较好的鲁棒性.     

基于终端滑模的多关节机器人跟踪控制

针对具有不确定性干扰的多关节机器人系统的轨迹跟踪控制问题,利用终端滑模控制方法,给出了全局有限时间跟踪控制器设计;首先,根据多关节机器人动力学模型的特点,基于非奇异终端滑模控制技术并利用滑模设计思想,设计了轨迹跟踪滑模控制器;在该控制器的作用下,跟踪误差不仅能够在有限时间内从任意初始状态到达滑动面,而且也能在有限时间内沿着滑模收敛到原点;其次,由于所设计的控制器的非连续性,将会使得系统产生抖振现象;针对这个问题,利用修正的饱和函数来代替控制律中的符号函数,从而消除了系统的抖振问题;最后,仿真算例表明了该方法的有效性。     

永磁同步电机的自适应反步滑模变结构的混沌控制

永磁同步电机的动力学特性表明在一定的条件下PMSM会呈现混沌特性行为.为了控制不良的混沌振动,设计了一个基于自适应反步法的滑模变结构非线性控制器.M atlab数字仿真表明,基于自适应反步法的滑模变结构控制器具有健全的控制性能,它能够消除混沌现象,并能把系统的跟踪误差和参数变化迅速地以指数规律收敛到零,使得系统具有较强的抗干扰性.     

基于趋近律的力矩电机终端滑模轨迹跟踪控制

针对终端滑模控制的抖振及收敛缓慢问题,提出一种基于改进趋近律的快速非奇异终端滑模控制(FNTSM)策略,将提出的控制策略应用于直流力矩电机的跟踪控制,设计了FNTSM轨迹跟踪控制器.仿真结果表明:在负载扰动力矩影响下,该算法能有效地抑制抖振,准确跟踪目标轨迹,使跟踪误差在有限时间内收敛到零;此外,与基于指数趋近律、快速平滑趋近律的普通非奇异终端滑模相比,具有更好的趋近性能和更快的收敛速度,验证了所提算法的有效性和优越性.     

非奇异快速终端滑模液位跟踪控制

针对传统终端滑模控制中控制输入奇异和收敛时间长的问题,提出了一种非奇异快速终端滑模(NFTSM)控制方法.该方法由NFTSM滑模面和控制律组成.在此框架下,首先通过在非奇异终端滑模面中引入指数函数和符号函数来设计NFTSM滑模面,其中指数函数用来加快状态远离平衡点时的收敛速度,符号函数用来提升系统稳定性.然后,基于NFTSM滑模面来设计由等效控制输入和切换控制输入构成的NFTSM控制律,该控制律具有能同时实现控制输入非奇异和系统状态有限时间内快速收敛的优势.最后,根据给出的耦合双容水箱模型数学描述,将NFTSM方法应用于耦合双容水箱液位控制中,设计了NFTSM液位跟踪控制器.仿真证明,在存在外扰且参数摄动25%条件下,该控制系统仍能精确跟踪给定液位,表明了NFTSM控制方法的有效性和鲁棒性.     

二阶混沌系统基于指数终端滑模控制的投影滞后同步

研究了带有外部干扰变量和不确定项的二阶混沌系统的投影滞后同步问题。基于Lyapunov稳定性理论及指数型快速终端滑模策略的有限时间快速收敛性,提出一种新的滑模变结构控制,并设计相应的滑模曲面和控制律。所设计的控制器使误差系统状态变量能以较快的收敛速度在有限时间内进入指数终端滑模曲面并最终到达平衡点。数值仿真验证了该控制方法的有效性。     

基于固定时间非奇异终端滑模的汽车主动前轮转向系统控制

针对汽车主动前轮转向系统(active front steering, AFS)中的安全控制问题,提出一种基于固定时间非奇异终端滑模的主动前轮转向控制器.将固定时间终端滑模与幂次趋近律相结合设计一种新的固定时间非奇异终端滑模控制器,以实现系统的快速稳定控制和削弱系统稳态时的抖振,使得闭环系统的收敛时间仅取决于滑模面及控制器的参数设计,而与系统的初始值无关.基于Lyapunov稳定性理论验证了闭环系统的稳定性.仿真结果表明,所提固定时间终端滑模控制方法的快速性和稳定性均优于传统滑模控制和PI控制方法.     

系统云灰色预测模型及其应用

将灰色系统云理论引入到滑模变结构控制中,设计了一种新型的灰色模糊滑模控制器。该控制器将灰色预测与模糊推理的相结合对滑模控制器的控制策略进行预测输出。能有效地解决滑模控制系统中由于系统惯性引起的切换滞后所带来的抖动问题。将此控制器应用到交调速系统中,仿真研究表明交流调速系统能获得优良的动态和静态性能。     

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.     

一种实用的灰色变结构速度控制器设计

将灰色预测理论引入到变结构控制中,设计了一种新型的灰色变结构控制器,该控制器应用灰色预测方法对变结构控制顺的控制策略进行预测,能有效地解决由于系统惯性引起的切换滞后带来了抖动问题,将灰色变结构控制器应用到交流调速系统中,仿真研究表明,系统能获得优良的动态和静态性能。     

高阶滑模控制小型同步发电机系统

滑模变结构控制理论在电力系统控制中获得了广泛应用，但其在实际应用中存在抖振，无法满足系统要求，将高阶滑模控制应用于同步发电机励磁系统解决了抖振问题．首先将同步发电机的数学模型变为奇异摄动非线性系统，然后分别对快变和慢变子系统进行滑模控制设计．由于系统状态的不可测性，利用次最优算法保证滑模的存在，使系统渐近稳定．仿真结果证明该算法的有效性．     

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.     

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.     

遭受执行器攻击的工控系统输出反馈滑模控制

针对工业控制系统存在测量噪声及外界执行器攻击问题,提出一种基于无偏状态估计的输出反馈离散滑模控制方法。在执行器攻击存在的情况下,构造等效滑模控制律。由于攻击信号与系统状态未知,通过引入无偏状态观测器从遭受噪声干扰的传感测量数据中获得系统真实状态的最小方差无偏估计量。在此基础上,利用一步延时攻击估计得到攻击信号的近似估计值,使所设计的鲁棒滑模控制律得以实现。给出了在此控制律作用下滑模面的收敛性分析及闭环系统最终有界稳定的证明。数值仿真实验结果验证了面向执行器攻击的无偏状态估计器的有效性,也表明与传统滑模控制方法相比,提出的输出反馈滑模控制方法对执行器攻击具有更强的抑制力,能够有效提高系统的鲁棒性能。     

移相全桥的重积分间接滑模控制策略

为了改善移相全桥直流变换器的输出性能,提出一种重积分间接滑模控制策略.给出了移相全桥的动态模型,同时采用李导数给出重积分间接滑模控制器的设计过程.分析了间接滑模控制过程中的降阶现象;在三维相空间中描述了滑模存在域和滑动过程,并给出滑模系数的整定公式.仿真和实验结果表明,该控制策略可提升移相全桥变换器的鲁棒性和动态品质,在保留滑模控制优点的同时有效消除间接滑模控制导致的输出残差.     

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。     

非线性不确定时滞系统的鲁棒滑模控制

针对一类非线性不确定时滞系统,提出了一种新的鲁棒滑模控制设计方法.通过使用一个综合性能指标,设计了无记忆鲁棒滑模控制器,确保了闭环系统的稳定性,有效地抑制了时滞系统滑模控制设计的抖振.仿真结果证明了该方法的有效性.