Buck型DC-DC变换器终端滑模PD控制设计

为进一步提高Buck型DC-DC变换器的稳态性能和动态性能,将PD控制引入到Buck型DC-DC变换器终端滑模控制环节。通过基尔霍夫定律建立Buck电路的状态空间模型,实现Buck型变换器的基本电压调节功能,用PD控制优化终端滑模的滑模面形式,设计终端滑模控制器,使之满足Lyapunov稳定方程,并在Matlab中仿真对比分析终端滑模和终端滑模PD控制器下Buck电路的性能。仿真结果表明,所设计的终端滑模PD控制器具有良好的鲁棒性、稳定性和动态性能。与单纯的终端滑模控制相比,输出电压更接近于理想输出电压,具有更小的超调量和响应时间。     

Buck变换器的自适应终端滑模控制策略

针对Buck变换器的传统滑模控制方法存在滑模系数不易确定,以及系统的动态响应和鲁棒性难以同时提升的问题,提出了一种基于电感电流建立双闭环结构的自适应终端滑模控制策略。该算法基于电感电流建立滑模面切换函数,利用输出电压误差跟踪基准电感电流,通过对李雅普诺夫稳定性的求解确定跟踪系数,规避了常规滑模系数难以确定和基准电感电流不易测量的问题;在该滑模面切换函数上构建了非线性环节,实现了终端双闭环滑模控制方法;通过卡尔曼滤波增益理论对非线性环节的阶数自适应选择,同时提高了趋近速度和收敛速度,有效改善了滑模控制策略的动态特性和鲁棒性互相制约的问题。自适应终端双闭环滑模控制Buck变换器在启动环节能够获得最优的瞬态响应,并有效地抑制电压的过冲量,在负载突变情况下具有最小的电压跌落量和最快的调节时间,有效地解决了动态响应与鲁棒性互相制约的问题,同时提升了系统控制的动态响应和鲁棒性。自适应终端双闭环滑模控制策略物理实现相对简单,在Buck变换器以及其他DC-DC变换器的高精度控制领域具有一定的实用价值。     

滑模控制双向Buck变换器的研究

针对滑模控制策略快速动态响应和良好的稳态特性，提出了基于滑模控制的双向同步Buck电路电感电流反向连续工作方式，并对滑模控制进行了深入分析，讨论了滑模的存在条件，确定了滑模面方程，结合滞环控制设计了滞环滑模控制器，滑模控制方案能有效克服系统参变量变化和外部扰动，充分发挥了快速响应和鲁棒性强的优点，最后给出了实验结果验证上述分析。     

滑模变结构控制Buck变换器的控制

随着可再生资源的日益普及工业快速发展,Buck变换器的应用越来越普遍。相比于PI控制的Buck变换器,可以通过使用滑模变结构来控制,这样可以达到稳态精度更高,动态响应更快速以及更强的鲁棒性等优点。本文深入研究Buck变换器滑模变结构控制系统,分析参数选择依据,设计控制电路并给出仿真结果验证所提方法的可行性。     

永磁同步电机平滑非奇异终端滑模控制

传统的滑模控制方法因其包含高频切换控制特性,不适用于永磁同步电机的双闭环控制结构.针对永磁同步电机转速控制系统,基于矢量控制和鲁棒微分估计器技术,提出一种新型双闭环平滑非奇异终端滑模控制方法,可实现无抖振滑模控制,克服抖振问题对永磁同步电机性能的诸多影响,提高系统的控制性能.基于Lyapunov稳定性定理,推导出各控制器的稳定性证明.通过仿真验证所提控制方法的可行性和有效性.     

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.     

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.     

仿人机器人的非奇异终端滑模控制

目前,仿人机器人代替人类在工业、矿山安全作业等方面起到了至关重要的作用,而机器人稳定性控制技术的进一步提高,则尽可能的避免了由于机器人操作失误所带来的危害.针对具有不确定性干扰的仿人机器人系统的轨迹跟踪控制问题,利用终端滑模控制方法,给出了设计的全局有限时间跟踪控制器.首先,利用拉格朗日法建立了5连杆仿人机器人的动力学模型,基于非奇异终端滑模控制技术并利用终端滑模设计思想,设计了轨迹跟踪滑模控制器.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,从而减少了系统的抖振问题;最后,仿真算例表明了该方法的有效性.     

非奇异终端滑模导引律

针对拦截机动目标问题,提出了一种基于非奇异终端滑模技术的导引律.非奇异终端滑模面同时包含目标视线角速度和期望的目标视线角2种信息.通过引入非线性滑模面改善系统的收敛特性,可实现闭环系统状态的有限时间收敛,并可大幅度改善系统性能.目标视线角速度在有限时间内收敛到0,可以满足导弹对目标零脱靶量的要求;目标视线角在有限时间内到达期望值,可以保证导弹击中目标时的姿态.将目标加速度机动作为未知的有界扰动,利用变结构控制的不变性,使制导律对目标机动具有鲁棒性.该导引律形式简单,易于工程实现.对2种不同的目标机动进行仿真,结果表明该方法具有强的鲁棒性,可以保证较高的制导精度.     

火箭炮位置伺服系统非奇异终端模糊滑模控制

针对火箭炮位置伺服系统运行过程中所存在的转动惯量和冲击力矩变化大等各种不确定因素,提出了一种基于多滑模面的终端模糊滑模控制策略。引入Nussbaum增益补偿实际控制器不确定量,使用模糊逻辑系统自适应补偿系统中未知非线性量,最后一步引入非奇异终端滑模使系统的位置误差在有限时间内收敛,从而降低系统参数变化和外部干扰对火箭炮跟踪性能的影响。仿真结果表明,同传统终端滑模控制方法相比,该控制方法不仅能够有效消除滑模抖振,保证系统速度响应和控制精度,同时对参数摄动和负载扰动具有很强的鲁棒性。     

基于遗传算法优化的机器人非奇异终端滑模控制

六自由度并联机器人是一个强耦合、高度非线性的系统,针对此特性研究了非奇异终端滑模控制方法,为改善其运动品质,结合指数趋近律的思想,给出了系统的控制律.利用李雅普诺夫（Lyapunov）理论验证了存在建模误差和外部干扰时六自由度并联机器人控制系统的稳定性,确保了控制系统的鲁棒性.为了进一步减少滑模控制的抖振,提高系统收敛速度和跟踪性能,采用了遗传算法来优化非奇异滑模面和控制律的参数.仿真结果表明：提出的控制策略参数优化后能使机器人的轨迹跟踪稳态误差趋近于零、系统调整时间短、驱动器控制律平滑,达到了高性能的位姿控制.     

永磁同步电机非奇异快速终端可变边界层滑模控制

针对永磁同步电机(PMSM)调速系统易受到参数不确定性及负载扰动的影响,提出了一种新型可变边界层的非奇异快速终端滑模(NFTSM)控制策略。首先,构建可在有限时间内快速收敛的非奇异快速终端滑模面;然后,采用角速度与q轴定子参考电流的二阶模型设计速度环滑模控制器,减小了角速度与q轴定子参考电流一阶模型所引起的误差,并避免了终端滑模面奇异问题;最后,设计可变边界层使误差减小至阈值时系统状态切换至小边界层,实现抖振和跟踪精度的协调控制。数值仿真结果表明,NFTSM控制策略与传统PI控制策略相比,转速超调量小,响应速度快,稳态精度近似为0,对参数摄动和负载扰动鲁棒性强,且在有效削弱抖振的同时保证了转速的稳态精度。     

基于干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法

针对多关节机械臂难以实现对目标轨迹的高精度跟踪控制的问题,提出了一种基于非线性干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法.首先,结合了传统的快速终端滑模控制和非奇异终端滑模控制,不仅可以使跟踪误差在有限时间快速收敛至零且对机械臂建模误差和外界干扰具有强鲁棒性.其次,针对控制输入抖振严重的问题,通过引入非线性干扰观测器技术和...     

基于次优算法同步Buck变换器二阶滑模控制

针对同步Buck变换器设计了基于改进次优算法的二阶滑模控制器,只需检测变换器的输出电压,不需测量电容和电流,就可实现对变换器的控制。通过对次优算法引入滞环,在输出电压达到稳态时限制了变换器的开关频率。在Simulink环境下,构建状态机实现了二阶滑模控制器,验证了同步Buck变换器的启动性能和稳态性能,以及从10A跃变到20A大负载扰动和5V跃变到10V电源扰动时的鲁棒性。仿真结果表明,基于改进次优算法的二阶滑模控制器保留了滑模控制的鲁棒性,并在抵抗扰动方面优于一阶滑模。     

基于非奇异终端滑模的单级倒立摆摆角控制

针对扰动因素影响下的单级倒立摆摆角控制问题,设计一种基于非奇异终端滑模的单级倒立摆控制器.首先,通过牛顿-欧拉方法建立系统的模型,并将其表示成状态空间模型形式.然后,为了实现系统输出变量的有限时间收敛,采用非奇异终端滑模控制方法设计系统摆角控制器,同时应用Lyapunov稳定性方法对闭环系统的有限时间稳定进行了证明.最后,对所提控制方法进行了仿真验证,结果表明了所设计控制方法的有效性.     

Buck型DC DC变换器的滑模预测控制方法

针对Buck型DC DC变换器的滑模控制存在收敛速度慢、产生抖振等问题,设计一种新型的滑模预测控制方法。该方法应用矩阵变换和Schur补引理等技术,将滑模控制律的设计转化为优化问题,避免控制律的切换,从而抑制滑模控制的抖振现象,且由于优化过程能充分利用控制能量,使得输出能够更快收敛。变换器的线性化模型和非线性模型的仿真结果表明,所提出的控制方法不存在抖振问题,且相较于单纯的滑模控制、预测控制和已有的滑模预测控制,提出的滑模预测控制方法调节速度分别提升769%、520%、200%,负载突变后电压超调量分别减少732%、718%、526%,具有更快的调节性能和更强的鲁棒性。     

压电定位台RBF非奇异快速终端滑模跟踪控制

为了实现对具有强非线性压电定位台的精确位置跟踪,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络和非奇异快速终端滑模面的自适应控制方法.对压电定位台进行了自适应控制建模,设计了非奇异快速终端滑模控制器.结合RBF神经网络实现了控制器的改进,提出了RBF非奇异快速终端滑模控制器及其参数更新规律,采用李雅普诺夫理论进行了稳定性证...     

新型非奇异终端滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

为了实现对永磁同步电机无位置矢量控制系统所需的转子位置和速度的准确估计,提出一种基于跟踪微分器的新型非奇异快速终端滑模观测器(NFTSMO)。首先,构建积分型非奇异快速终端滑模面,使电流观测误差在有限时间内快速收敛到零,避免了终端滑模存在的奇异问题及传统非奇异终端滑模面中微分状态带来的噪声;然后,结合具有终端吸引子的低抖振切换控制设计滑模控制律,经过跟踪微分器获得平滑的反电动势估算值,减小了传统滑模观测器中低通滤波器引起的相位滞后;最后,基于锁相环原理,从观测的反电动势中调制出转子位置和速度信息。仿真结果表明,采用文中提出的新型滑模观测器可以实现对永磁同步电机转速的准确估计,转速最大估计误差在±1r/min之间,且估计的转子位置无相位滞后,误差小,系统动、静态响应好。与传统滑模观测器相比,该新型滑模观测器具有收敛速度更快、跟踪精度更高、反电动势抖振更小的特点,当系统存在负载扰动及参数摄动时,仍然能够准确地估算出电机转子的位置和速度,具有较强的鲁棒性。     

基于非奇异终端滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

基于滑模观测器(sliding mode observer, SMO)的永磁同步电机无传感器控制中,SMO的收敛速度和固有抖振均会影响系统的控制性能.针对该问题,设计一种非奇异终端滑模观测器(nonsingular terminal sliding mode observer, NTSMO)以实现永磁同步电机的无传感器控制.首先,构造积分型非奇异快速终端滑模面,使得电流观测误差在有限时间内快速收敛至零,避免奇异问题;其次,利用锁相环方法从观测的反电动势中获取转子的位置和速度,不仅可简化系统,而且能得到更为平滑的估计转子位置和转速;最后,通过Lyapunov函数证明该观测器的稳定性,并利用Simulink软件进行仿真验证.结果表明：采用NTSMO可实现对永磁同步电机转速的准确估计,且转子位置误差小,静态响应好;与传统的SMO相比,NTSMO的收敛速度更快,反电动势抖振更小,其系统控制性能更佳.     

基于非奇异终端滑模的欠驱动UUV航迹跟踪控制

针对欠驱动UUV在模型参数数摄动以及未知恒定海流(对控制器而言)干扰下的水平面直线航迹跟踪控制问题,提出了一种基于非奇异终端滑模的航迹跟踪控制控制策略。首先,利用离散航迹点,规划出期望航迹;然后,基于视线法(LOS)以及Serret-Frenet坐标系,建立起航迹跟踪制导律;进而,将航迹跟踪控制问题转化为航向角的镇定问题。利用非奇异终端滑模控制方法,设计出全局有限时间收敛的动力学控制器。仿真实验结果表明:该跟踪控制策略可以精确地执行水平面直线航迹跟踪任务;对于模型参数摄动以及未知恒定海流,所设计的控制策略具有强鲁棒性。