直线二级倒立摆基于LMI算法的滑模鲁棒H∞控制

倒立摆系统的控制研究一直是控制领域里经久不衰的课题,倒立摆系统是高阶次、自然不稳定系统,容易受到外界干扰或者自身一些不确定性因素的影响而失去稳定。若用传统的滑模控制难以实现系统具有全程鲁棒抗干扰能力,同时存在控制输入抖振的现象。对此,提出了滑模鲁棒状态反馈 控制,即设计了带有滑模面参数和状态反馈增益的复合控制器,将问题转化为通过线性矩阵不等式求解优化值的优化问题,优化了状态反馈增益和滑模面,使得整个闭环控制系统具有全局强鲁棒性的特点,并实现了削弱抖振的目的。仿真结果表明了该控制方法的有效性和可行性,并且具有较强的鲁棒性和响应速度快的优越性,对高阶次不稳定系统具有很好的控制效果。     

高超声速飞行器自适应高阶终端滑模控制

针对高超声速飞行器的纵向运动模型,研究了飞行器输出跟踪控制问题,提出了一种将动态逆方法与高阶终端滑模控制相结合的鲁棒自适应控制方法.首先,利用反馈线性化方法对高超声速飞行器纵向模型输入输出线性化;通过设计具有全局鲁棒性的终端滑模面,提高系统的输出收敛速度;同时,采用自适应高阶滑模控制律,在不确定上界未知条件下对其进行自适应估计,从而实现控制器增益的实时在线调整,减少系统抖振;最后,基于Lyapunov理论证明了此控制策略可以保证闭环系统稳定.仿真结果表明,所设计的控制器能够实现高超声速飞行器纵向爬升机动中速度和高度的稳定跟踪控制.     

采用高阶终端滑模观测器的执行器未知故障重构

针对常规滑模观测器抖振现象易造成故障误判和漏判的不足,考虑实际系统故障信息未知的情形,提出了一种含自适应律修正的高阶终端滑模观测器执行器鲁棒故障重构方法。首先引入线性变换矩阵实现系统降维,确保状态估计不受干扰和故障的影响,并将观测器增益矩阵设计方法转化为线性矩阵不等式约束下的凸优化问题;其次考虑故障变化率上界未知的情形,在高阶非奇异终端滑模控制输入中添加了自适应律,确保滑模运动不受未知信息故障的影响,在有限时间内到达滑模面以实现鲁棒性,在此基础上给出了执行器故障重构的计算方法;最后以某飞控系统为例开展了仿真研究,结果表明所提方法能有效减小抖振,快速估计系统状态,自适应律在3s内可以实现对未知故障的自适应调节,确保准确实现执行器未知故障重构。     

基于反演的不确定非线性系统自适应滑模控制

针对一类参数半严格反馈形式的非匹配不确定非线性系统,基于反演设计方法和滑模控制技术,研究了其在非匹配未知参数和非参数不确定性下的跟踪控制问题,提出了自适应反演滑模控制策略,实现了不确定非线性系统的鲁棒输出跟踪.本方法允许系统同时存在匹配和非匹配的参数不确定性及非参数不确定性,而且考虑了控制增益的不确定性,通过增益参数的设计还可实现滑模面到达时间的调节,并进一步削弱了抖振.仿真算例验证了理论的有效性.     

弹性飞翼无人机自适应反步终端滑模姿态控制

针对存在非线性、强耦合、参数不确定性及外部扰动的大展弦比飞翼布局无人机刚/弹耦合动力学模型,提出了基于反步思想的自适应范数型终端滑模姿态控制策略.首先,基于李雅普诺夫稳定理论,利用反步方法设计系统的虚拟控制量和实际控制量.其次,在虚拟控制中,采用自适应范数型滑模消除不确定项和刚/弹耦合项,并在反馈中采用非线性增益提高系统的鲁棒性和动态特性;在实际控制中,引入鲁棒自适应终端滑模项消除不确定项、刚/弹耦合项与扰动的影响,既解决了虚拟量求导的计算膨胀和实际控制量抖振问题,又提高了系统的控制精度和鲁棒性.最后,基于李雅普诺夫理论证明了跟踪误差收敛到任意小邻域.仿真结果表明:该控制方法对模型不确定性、气动弹性及阵风等外扰影响具有鲁棒性,能够实现高精度的姿态跟踪控制.     

线性不确定系统的鲁棒滑模观测器设计与仿真

在研究线性不确定系统一类滑模观测器的基础上,应用奇异值分解技术对系统进行降阶处理,设计了一种新颖的鲁棒滑模观测器;并提出优化滑模策略,给出严格论证,保证对系统不确定性以及外界干扰具有鲁棒性;采用Lyapunov函数作为稳定观测器的判别条件,使设计的观测器一致收敛,状态估计达到预期的指标;同时给出鲁棒滑模观测器的线性反馈矩阵和非线性反馈矩阵计算算法;通过仿真实例验证所设计的鲁棒滑模观测器的有效性。     

不确定混沌系统的无抖振滑模控制

研究了具有模型不确定性和外界干扰的混沌系统的无抖振滑模控制问题．基于Lyapunov稳定性理论和滑模变结构控制方法,设计了动态滑模面和自适应滑模控制器,使得受控混沌系统能追踪任意参考信号．该方法能有效地消除滑模控制的抖振现象,具有较强的鲁棒性和通用性．数值仿真实验表明了该方案的有效性．     

燃气发电锅炉主汽压滑模预测优化控制策略

针对燃气发电锅炉主汽压控制的非线性、纯滞后和强干扰特点,提出了一阶时延模型的主汽压滑模预测优化控制策略。利用广义预测控制对滑模控制器的增益及主汽压作出实时预测,根据主汽压预测偏差对滑模增益进行反馈校正和滚动优化,以降低滑模控制系统的抖振。对煤气调节阀的流量特性进行非线性补偿,通过优化目标函数求出离散形式的最佳控制律。仿真结果表明:与常规PID、滑模控制和动态矩阵控制相比,模型适配时所提出的控制策略使调节时间最多减少19.1s,超调量最多降低16.4%;滑模函数抖振小,系统抗干扰及鲁棒性良好。工程应用表明:使用所提策略后,系统抖振比单一滑模控制的降低60%,主汽压控制偏差小于±0.05MPa,系统稳定性和抗干扰能力明显提高。     

交流伺服系统的全局鲁棒模糊滑模控制

针对交流伺服系统，根据滑模控制原理，采用基于等效控制的模糊滑模方法，提出了一种全局鲁棒模糊滑模变结构控制方案，以满足控制系统的鲁棒性和削弱系统固有的抖振。仿真结果表明这一方法的有效性。     

一种新型滑模控制器的设计及其应用

针对非线性不确定系统的控制,设计了一种新的基于高阶积分的滑模控制器。这种控制器集成了积分和高阶滑模控制的优点,具有抑制抖振、实用于非最小相位系统和有较强的鲁棒性特点,并且为了进一步减少控制抖振问题引入了饱和函数对控制器进行改进。在系统的不确定性和干扰鲁棒控制方面,提出的滑模控制器能够使系统稳定工作;只需要满足干扰有界的条件,其稳定性利用李雅普诺夫方法得到了验证。最后通过在干扰环境下在无人机的轨迹跟踪上仿真研究,验证了提出的滑模算法的有效性。     

高超声速飞行器的滑模预测控制方法

针对高超声速飞行器非线性、强耦合、快时变、不确定性等特点,结合滑模控制鲁棒性强和预测控制可以显式处理约束条件的优点,提出了一种滑模预测控制器设计方法。首先,在平衡点将高超声速飞行器的纵向模型进行小扰动线性化,得到用于控制器设计的预测模型;然后,基于小扰动模型利用极点配置设计渐近稳定的滑模面,对滑模面进行预测并在性能指标中优化,通过矩阵变换将优化问题转化为二次规划问题,避免了常规滑模控制的高频切换,有效地克服了抖振现象。仿真试验表明:当存在参数不确定时,滑模预测控制能有效地克服干扰信号,实现速度和高度的精确跟踪,保证输入和状态均在约束范围之内;稳态时系统误差趋近于滑动面并且一直处在这个滑模面上,不存在抖振现象。     

双馈式风电机组的自适应Super-twisting功率控制

针对使用双馈式感应发电机的风电机组易受电网电压波动、外界风速干扰影响等问题,提出了一种自适应Super-twisting功率控制方法。该方法实现了风电系统随着系统工作的区域(由风速大小所决定)而变化,即在部分负荷区域优化有功功率,在全负荷区域限制有功功率。同时在不同的区域根据需要调节无功功率达到补偿功率因数的控制目标。该方法具有易于实现、鲁棒性强的优点和自适应控制增益可调的特点,适用于带有外界干扰以及参数时变的非线性系统。通过仿真证明,以该方法设计的控制器应用于双馈式风力发电系统中控制有功功率和无功功率具有良好的鲁棒性能,且抖振得到降低,滑模变量在有限时间内迅速收敛于滑模面。     

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．     

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.     

火箭炮交流伺服系统动态滑模控制

针对含大范围变化参量及强冲击力矩的火箭炮位置伺服系统,引人动态滑模控制方法.构建了动态切换函数,设计了含鲁棒项的动态滑模控制律,动态切换函数将控制量中不连续项转移到其一阶导数项中,削弱了控制量抖振,鲁棒项对参数摄动、负载扰动等不确定因素进行了补偿.最后,对参数摄动及干扰下的位置跟踪进行了仿真及实验研究,同时给出了控制器参数对控制性能影响的规律.仿真及实验结果表明,同传统滑模控制方法相比,所提方法提高了系统鲁棒性,并且抑制了控制量抖振.     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机自适应滑模调速控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统存在参数不确定性及负载扰动问题,提出了一种基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法.在系统模型存在参数不确定性及负载扰动情况下,通过扩张状态观测器对系统的总和扰动进行实时观测,并在控制过程中加以前馈补偿以降低系统总和扰动对控制精度的影响,提高系统的动态性能.由于系统观测误差上界无法精确获得,自适应滑模控制器中的切换控制增益采用参数自适应律来调节,可有效改善系统的抖振现象,保证系统输出高精度跟踪期望信号.仿真结果表明,与传统的比例-积分(proportional-integral,PI)控制方法相比较,提出的基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法具有转速超调量小,响应速度快,对系统的参数不确定性及负载扰动具有很强的抑制力,且能够有效减弱滑模控制的抖振问题和提高系统的鲁棒性能.     

模糊超扭曲滑模观测器在PMSM中的研究与应用

针对传统滑模控制的永磁同步电机(PMSM)无感系统调速过程中,由于滑模函数存在高频开关量而导致转速抖动的问题,提出使用模糊超扭曲二阶滑模观测器(FST-SMO)进行改进的策略;新型观测器采用高阶滑模控制理论搭建,将滑模函数开关量转移到了高阶导数中,利用算法的积分运算削弱开关量抖振;同时考虑到传统二阶滑模观测器的增益为固定值,无法根据误差量自行调节的问题,提出了基于模糊控制的增益自调节方法,根据误差值及其变化趋势,利用模糊算法输出当前的滑模增益,增强了系统稳定性及鲁棒性;在Simulink环境中搭建了基于模糊超扭曲滑模系统(FST-SMO)的永磁同步电机仿真模型,在不同调速区间内进行调速仿真,并与传统滑模系统仿真的转速波动以及转子角度跟随性进行比较,仿真结果验证了模糊超扭曲滑模观测器具有更高的控制精度与更强的适应性,转速平稳角度跟随性能优越,有效降低转速的抖振。     

基于模糊逻辑的直升机终端滑模控制

为解决终端滑模控制在系统远离平衡点时收敛速度较慢以及在平衡点附近存在高频抖振的问题,提出一种用于直升机控制的双层模糊终端滑模控制策略.该方法综合了终端滑模控制和模糊逻辑的优点,系统状态位于终端区外时采用基于模糊比例型达到律的模糊终端滑模,在终端区内采用基于连续型达到律的无抖振终端滑模.采用该方法为某型直升机的姿态稳定设计了控制律.仿真结果表明,该方法不仅保留了滑模控制所具有的鲁棒性强的特点,而且使得系统状态在远离平衡点和平衡点附近时都能快速收敛,同时消除了高频抖振.     

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。     

基于新型饱和函数法的反馈线性化的全局滑模控制

针对常见的二阶非线性系统模型,提出了一种基于新型饱和函数法的全局滑模控制的。在常规的反馈线性化滑模变结构控制中引入全局滑模控制和新型饱和函数,通过设计一种动态非线性滑模面消除了滑模变结构控制的到达阶段,使系统响应具有全局鲁棒性;具有动态边界层的新型饱和函数又能使边界层厚度随状态轨迹的收敛而逐渐减小到零,从而使状态轨迹最终收敛到切换平面上从而降低系统的抖振,提高控制精度。仿真结果证明了该控制方法的有效性。