二维旋转激励平移振荡器滑模控制设计

旋转激励平移振荡器(TORA)由一维平移小车和安装在其上的转子组成,是非线性控制设计的基准系统之一。该文针对小车具有二维平移运动的TORA(2DTORA)系统,设计其滑模控制器。将系统动力学在平衡点附近线性化并转换为能控标准型,设计包含系统所有状态的线性滑模面,采用指数趋近率使系统趋近于滑模面,保证了系统各状态变量达到期望值;并基于极点配置的方法得到滑模面的各项系数。通过对系统在多个平衡点求线性化模型和计算滑模面,得到滑模面的T-S模糊模型,保证了系统在各平衡点都能实现稳定控制。仿真实验验证了控制方法的可行性和有效性。     

基于超螺旋算法的TORA镇定控制设计

针对旋转平移振荡器(TORA)欠驱动系统的镇定控制问题,设计了结合极点配置法与超螺旋算法的滑模控制律。相比于现有的算法,本文所提算法更容易获得控制器的参数,镇定时间以及振荡衰减幅度均更小。具体而言,首先是在系统平衡点将动力学方程简化为线性模型,设计含有系统所有状态变量的滑模面;再通过极点配置的方法,给系统配置数个负半平面的极点以确保闭环系统稳定,同时也可以确定滑模面的各项系数的数值,采用超螺旋算法的滑模趋近率来设计控制律,Lyapunov函数证明了该系统的稳定性。仿真实验验证了控制器的可行性和有效性,测试结果表明本文所提方法在控制性能方面较前人的方法具有更好的效果。     

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。     

过失速机动变指数趋近律UAS-SMC设计

针对常规指数趋近律单向辅助面滑模控制中存在的抖振问题, 提出了一种基于变指数趋近律的单向辅助面滑模控制方法。针对系统控制量变化时飞机模型发生跳变的问题, 进行T-S 模糊建模, 以保证非线性系统在控制区间上的平滑性; 在对UAS-SMC(Unidirectional Auxiliary Surfaces-Sliding Mode Control)方法进行分析的基础
上, 给出了一种变指数的趋近律; 结合飞机模型和变指数趋近律, 设计了基于变指数单向辅助面滑模控制器。仿真实验结果表明, 该控制策略能保证趋近过程快速性的同时在接近滑模面时能有效减少系统的抖振。     

基于新型变指数趋近律的智能小车轨迹跟踪

针对一种跟踪运动精度低、鲁棒性弱的新型智能滑模小车的轨迹跟踪运动控制问题,提出了基于新型变指数趋近律的小车轨迹跟踪运动控制器的研究方法。该方法在趋近律中加入了变指数幂次项,且能保证趋近律在限时间内稳定运行来限制抖振现象,使小车在趋近阶段中按不同趋近速度做自适应调节。通过对滑模小车的运动学模型进行坐标变换,建立小车轨迹面的跟踪收敛误差模型,接着根据Lyapunov稳定性理论和新型趋近律的跟踪全局有限性和时间收敛误差性建立滑模面,设计跟踪误差控制律。控制小车的线速度和角速度使轨迹跟踪误差迅速趋近到0,来实现其对给定期望轨迹的快速跟踪。最后采用MATLAB仿真软件进行系统控制特性的仿真研究,通过对比双幂次趋近律的滑模控制方法验证实验的有效性。     

磁悬浮系统的反推滑模控制

针对磁悬浮系统的非线性、开环不稳定性,将其模型在平衡点附近线性化,并根据得到的状态方程设计了对系统不确定性具有较强鲁棒性的反推滑模控制器,实现了对磁悬浮系统的闭环稳定控制。在Matlab Simulink仿真环境下建立系统的实时控制框图并通过RTW工具箱生成可执行代码,实现了钢球的悬浮与控制。实验结果表明,所设计的反推滑模控制器能实现钢球的稳定悬浮并具有良好的动态跟踪性能。     

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·     

汽车电子节气门的终端滑模控制器设计

针对汽车电子节气门位置伺服系统高精度、高动态品质的控制目标,并考虑到系统中存在的本征非线性和参数摄动及外部扰动的不确定性,研究了指数型终端滑模控制器设计。为使系统处于滑动模式时有限时间收敛至平衡点,滑模面选取为指数型终端超曲面;趋近率采用终端趋近率,进一步提高系统的快速性。控制器的有效性通过与现有滑模控制方法作用效果的对比得到验证,仿真结果表明本文设计的控制器快速性好,抗干扰能力强。     

基于反馈线性化的直升机滑模控制系统设计

首先介绍了多变量非线性系统基于反馈线性化的滑模控制方法 ,用它设计的控制律由反馈线性化控制和滑模控制两部分构成 ,然后用其为某型直升机的垂直飞行模态设计了控制律 ,并进行了系统仿真研究。仿真结果表明 ,所设计的控制律能保证直升机稳定跟踪给定输入。这说明基于反馈线性化的滑模控制方案较好地解决了该型直升机垂直飞行的控制问题。     

基于自适应趋近律的滑模控制方法

为了提高系统的动态性能和稳态精度,在幂次趋近律和变速趋近律基础上提出一种自适应趋近律.当系统状态变量距离滑模面较远时,幂次项起主要作用,保证趋近速度足够大;当系统状态变量距离滑模面较近时,变速项起主要作用,随系统状态变量自适应调节滑模面参数,直至系统状态轨迹运行到稳定点.趋近律具有二阶滑模特性,可在有限时间内到达滑模面.当系统出现有界外部干扰时,系统状态及其导数可快速收敛到平衡点附近的邻域内.仿真结果表明:提出的自适应趋近律能够有效提高系统动态性能和稳态精度,增强系统鲁棒性.     

基于改进型指数趋近律的模糊滑模控制

针对传统滑模控制应用在永磁同步电机调速系统中存在转速超调量大、趋近滑模面速度慢、稳定性差、系统抖振等问题,提出一种基于改进型指数趋近律的模糊滑模控制方法。首先,在传统指数趋近律的基础上引入系统状态变量,使系统趋近速度与状态变量的变化相关;其次,通过设置系统状态滑模面与指数项系数的模糊规则,对滑模参数实时整定,使得趋近过程得到动态控制;同时,针对符号函数sgn(s)在切换过程不连续的问题,对其做出改进,使得系统可以平滑切换;最后,仿真结果表明,该方法相比于传统指数趋近律响应速度更快,抗干扰能力更好,动静态性能得到改善,系统的有效性得到验证。     

具有无穷平衡点的分数阶新混沌系统的积分滑模同步

针对一类具有无穷平衡点的分数阶混沌系统,提出了一种新的分数阶滑模同步控制方法。在分数阶微积分的基础上,引入了一种新的非奇异分数阶终端滑模面,并利用分数阶Lyapunov稳定性定理,证明了在非奇异分数阶终端滑模面上误差系统能够在有限时间内稳定到平衡点;并通过设计合适的自适应控制律,得到同步误差轨迹能到达滑模面。数值算例表明了该方法的有效性。     

基于双曲正切趋近律的永磁同步电机滑模控制

针对永磁同步电机基于指数趋近律滑模控制方法系统抖振大,控制器设计过程中参数整定复杂的问题,提出一种基于双曲正切趋近律的滑模控制方法。在原有指数趋近律基础上引入双曲正切函数,不仅保留了指数项趋近速度快的优点,还使系统抖振得到抑制,使控制器设计过程中参数整定得到简化。利用双曲正切趋近律设计了永磁同步电机的滑模控制器,并用李雅普诺夫函数证明了其稳定性。应用Matlab软件搭建了仿真模型并与传统指数趋近律控制方法进行比较,仿真结果表明该控制器与传统指数趋近律控制器相比超调更小,稳定性更高。     

球杆系统的滑模变结构控制

球杆系统是典型的非线性和不稳定性系统,为了提高球杆控制系统的动态性能和干扰抑制特性,本文提出了滑模变结构控制方法。首先建立球杆系统的数学模型,并对非线性模型进行线性化处理。其次针对简化的球杆模型,设计了基于指数趋近律的滑模控制器。仿真和实验结果证明该方法能使小球较快的到达设定位置,同时具有较强的抗干扰能力。     

基于固定时间终端滑模控制的塔吊防摆定位研究

为了提高受外部干扰的四自由度欠驱动塔吊系统防摆定位控制性能和鲁棒性能，研究了基于固定时间收敛理论的非奇异快速终端滑模控制(Non-singular fast terminal sliding mode control, NFTSMC)方法。设计了一种非奇异快速终端滑模面，可避免控制器在系统状态接近平衡点时发生奇异。为有效抑制滑模控制器的抖振效应，设计了一种弱抖振固定时间趋近律。在此基础上，提出了一种基于固定时间分层滑模的塔吊防摆控制方法，并利用Lyapunov理论证明了闭环系统的固定时间有界。最后仿真结果验证了所提方法的有效性。     

一种新的非奇异积分型Terminal滑模控制

针对二阶非线性不确定系统,研究了全局快速Terminal滑模控制,设计了一种新的非奇异Terminal滑模控制器,证明了系统在任意初始状态到达滑模面的时间是有限的且在滑模面上系统变量渐进稳定到平衡点,可避免奇异问题。另一方面,在传统的滑模面上引入非线性积分误差项可以消除稳态误差,并且利用各状态量代替各误差项,解决了被跟踪信号必须满足一阶及高阶导数存在的条件。仿真结果表明,本文所设计的非奇异控制滑模面及其控制律在较短的时间内稳定到平衡点,说明了该方法的实用性。     

六自由度机械臂无模型自适应滑模控制

针对强耦合、非线性的六自由度机械臂系统难以建立精确数学模型的问题,提出了一种无模型自适应滑模控制方案。以无模型自适应方法与滑模变结构控制相结合,利用全格式动态线性化方法,将机械臂非线性模型转换为离散的动态线性时变模型,采用各关节的输入力矩和输出角速度来设计控制器,并引入滑模控制保证其收敛性。通过六自由度机械臂的Sim Mechanics模型进行了仿真实验,结果表明,相比于现有的无模型自适应方案,即使在没有建立六自由度机械臂精确数学模型的情况下,所设计的控制方案能实现各关节对理想速度更加迅速的响应和更加精准的跟踪,从而验证了所提出的无模型自适应滑模控制方案的可行性和有效性。     

基于新型趋近律的智能无人车辆线控转向系统滑模控制

路径跟踪是智能无人车辆的关键技术之一，其中，对线控转向系统的精确控制是影响智能无人车辆路径跟踪精度的重要因素.为提升线控转向系统在未知扰动下的转角动态响应性能和路径跟踪精度，本文基于一种新型趋近律设计了改进滑模控制方法并应用于线控转向系统.首先，考虑模型不确定、系统摩擦和齿条力建立线控转向系统数学模型.然后，分析得到滑模趋近律的设计原理，通过设计参数调节函数构建了一种新型滑模趋近律实现趋近速度的动态调节，并对比分析了其在离散形式下的性能.最后，针对线控转向系统，设计改进滑模控制方法.仿真和试验结果表明，改进滑模控制方法能够改善线控转向系统对转角的动态响应性能，提高路径跟踪精度.     

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.     

直流微网中级联变换器改进滑模控制策略

针对恒功率负荷的负阻抗特性易导致前级变换器输出电压不稳定的问题,设计了一种基于多幂次趋近律的滑模控制方法以稳定输出电压。多幂次趋近律可以使系统状态变量在趋近设计的滑模面的过程中根据实际的位置自适应的调节速度,在保证鲁棒性的同时缩短系统运动到滑模面的时间并减小抖振。在MATLAB/simulink中进行仿真,验证了提出的控制方法可以保证级联系统的输出电压满足控制目标要求并具有较快的响应速度;受到扰动时也能很快回到稳定状态,鲁棒性好。