Boost-Buck型DC/DC变换器的滑模控制

文章基于 Boost- Buck电路 ,采用滑模变结构控制 ,设计了一个 1 .1 k W的升 -降压型 DC/DC变换器。该滑模控制器由两个独立的控制器组成 ,分别控制升压环节、降压环节 ,根据电路状态动态调节 ,互不影响。该控制方案能有效地克服输入电压、负载扰动及参数摄动 ,充分发挥了滑模控制快速响应、鲁棒性强等优点 ,并且实现简单、控制灵活 ,具有很好的实际应用价值。计算机仿真结果证实了理论分析与设计的正确性。     

分层遗传算法在DC/DC变换器中的应用

DC／DC变换器为强非线性、时变及不确定系统．由于其自身的特点,使得DC／DC变换器的控制研究工作比较困难．文中提出一种用遗传算法优化的模糊控制器,控制DC／DC变换器．对传统的遗传算法进行改进．使之优化能力更好．由仿真和实际试验证明,经过改进的遗传算法优化的模糊控制器,对DC／DC变换器的控制效果更显著,动态特性和静态特性都得到进一步改善．同时说明所介绍的自适应遗传算法的寻优能力更好,收敛速度也更快．     

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。     

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.     

电动汽车双向DC/DC变换器的设计

采用全桥谐振C LCLC变换器和模糊PID控制的半桥Buck Boost变换器,组成两级式双向DC/DC变换器拓扑;并根据等效模型计算出谐振元件参数,即变压器的匝比为1∶1,输入输出电压为400 V,谐振电感为100 μH,谐振电容为253 μF,半桥Buck Boost变换器中的滤波电感为5 000 μH,滤波电容为127 μF。仿真结果表明,全桥谐振C LCLC谐振变换器输入电压与输出电压一致;模糊PID控制策略可有效降低充电状态下电压超调量,缩短调节时间,提高系统的抗扰动能力,说明所采用的设计工艺能有效提高电动汽车变换器的动态、稳态性能和抗扰动能力。     

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.     

带恒功率负载Buck变换器的模型预测控制

针对含恒功率负载(Constant Power Load,CPL)的Buck DC-DC变换器稳定性和负荷不确定性问题,提出一种含高阶滑模观测器的模型预测(Model Predictive Control,MPC)控制策略.首先,根据MPC理论,构建Buck变换器的目标函数,建立滚动优化跟踪方程并求解最优控制律.其次,构建高阶滑模观测器,提高电压的控制精度并消除抖振及相对阶问题.最后,对其进行小扰动的稳定性分析,建立源、负载侧的等效模型.在CPL与阻性负载投切较为频繁时,与传统双闭环PI调节和MPC控制进行比较,仿真结果表明:在负载变化时,基于高阶滑模观测器的MPC控制具有良好的动态性和鲁棒性且能对母线电压进行精确跟踪与控制.     

采用改进快速变幂次趋近律的滑模控制方法

针对基于传统幂次趋近律的滑模控制方法在使用中抖振现象突出、趋近速度慢、时间长等问题,提出一种改进快速变幂次趋近律的滑模控制方法。首先,采用快速双幂次趋近律并加以改进,在原快速双幂次趋近律的基础上加入变指数项,使系统状态在不同趋近阶段中针对性地调节速度,大大地提高了系统动态响应过程的趋近速度,限制了抖振现象的产生,同时具有有限时间收敛性。对改进后的快速变幂次趋近律的数值分析结果表明：当系统状态的绝对值小于1时,系统相当于快速幂次趋近律,系统可平滑进入滑模段,消除抖振;当系统状态的绝对值大于等于1时,又相当于快速双幂次趋近律,系统的动态响应速度有所提高,趋近时间缩短。然后,将改进的快速变幂次趋近律用于滑模控制中,构成改进快速变幂次趋近律的滑模控制方法。采用所提滑模控制方法对履带机器人轨迹进行跟踪控制,实验结果表明：与几种基于传统的幂次趋近律控制方法相比,所提控制系统在趋近平衡零点时几乎无抖振现象的产生,具备更优的性能,且收敛时间最短,最短时间仅为其他方法的69.4%。     

移相全桥优化的等速趋近律滑模控制

传统的等速趋近律滑模控制器在控制移相全桥变换器时,会出现趋近时间长、抖振严重的问题,为此提出了一种优化的等速趋近律控制方法,用来解决等速趋近率的不足;同时,还增加了电感电流状态变量,给出了移相全桥变换器数学模型;最后,利用优化的等速趋近律对移相全桥变换器滑模控制器进行了设计,并且与PI控制器、等速趋近律控制器相比较;仿真结果表明:所提的控制方法对于系统的静态、动态特性与鲁棒性都有所改善。     

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。     

适用于DC/DC 变换器的预测函数控制优化策略

针对使用预测函数控制(Predictive Function Control, PFC)的 DC / DC 变换器在负载切换时产生的扰动对变 换器响应速度有较大影响的问题,提出通过设计观测器观测扰动来优化预测函数控制算法的控制效果;相对于其 他提高系统抗扰动的方法,通过设计观测器来提高变换器抗扰动的方法的优点是实现简单、优化后控制效果好等; 设计 Luenberger 观测器对负载切换时产生的扰动进行观测,将观测值反馈给预测函数控制算法进行最优化分析, 并结合仿真结果对目标函数进行调整,优化后的目标函数能更好地响应扰动并尽快达到稳态;最后将优化后的控 制算法与 PI 双闭环控制方法进行比较,结果显示优化后的控制算法在受到扰动后比双 PI 控制方法动态性能更 好,实现了应对负载切换时提高系统动态性能的目标,增强了 DC / DC 变换器的抗干扰能力;优化后的算法只考虑 了负载切换时的扰动对于系统其他方面的扰动没有考虑进去,可以通过设计整个系统的观测器来进一步提高 DC / DC 变换器抗扰动的能力。     

预制装配式架桥机的起重小车复合滑模同步控制

预制装配式架桥机对预制墩柱架设过程中存在精度低、效率低等问题,针对这一问题基于时变滑模扰动观测器,提出变增益移动滑模控制方法。首先,通过分析架桥机起重小车架设墩柱的运动过程,得出了起重小车起升机构与走行机构的同步运动关系式,然后设计了一种结合交叉耦合控制策略的移动滑模控制器,提升了系统的鲁棒性;其次,设计了变增益趋近律,加快了误差收敛速度并抑制了抖振;同时,为了使架桥机起重小车适应不同工况下的扰动,设计了一种新的时变滑模扰动观测器,从而对产生扰动项进行实时的估计和补偿。Lyapunov理论可以证明上述控制器具有收敛性,数值仿真则可以表明,该控制方法对于提高起重小车的架设精度与速度是有效的。     

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.     

抑制抖振的新方法──滑模变结构控制切换面H_∞优化设计

提出一种抑制抖振的新方法。这个方法把引起抖振的因素归纳为系统数学模型的不确定性，并采用H∞优化方法设计滑技变结构控制的切换面。由于它能使滑动模态实现希望的频率整形，故能有效地抑制抖振。计算机仿真实验结果证实所提出的方法是有效的。     

电动负载模拟器反演终端滑模控制

电动负载模拟器存在高阶非线性、参数时变以及多余力矩扰动,常规控制算法难以得到理想控制效果.本文提出一种反演设计的终端滑模控制策略.采用反演控制的思想,将加载系统划分为3个子系统,设计终端滑模控制律,并引入低通滤波器显著降低抖振,使跟踪误差在有限时间内收敛到0.利用Lyapunov方法证明闭环系统的渐进稳定性及有限时间收敛特性,实验结果表明所提出控制策略的有效性,与常规前馈反馈控制相比,加载控制精度有显著提升.      

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。     

四阶混沌电力系统的全局快速滑模控制器设计

为四阶混沌电力系统设计具有全局快速收敛特性的储能型滑模控制器。首先,构建了具有储能装置的受控电力系统,利用混沌理论的基本分析方法对原有四阶电力系统的混沌振荡现象进行分析。然后,将受控电力系统的混沌控制问题转化为二阶非线性系统的控制,为二阶非线性系统定义新型滑模面并与已有滑模面进行比较,从而论证其在克服抖振及奇异问题时具有优越性,并为该非线性系统提出具有全局快速性能的滑模控制方法。最后,将该滑模控制方法用于设计电力系统混沌控制器并通过数值仿真证实控制器的有效性。本文方法的重要特点在于能够凸显电力系统混沌控制的基本规律。