基于改进趋近律的滑模控制在机械臂中的应用

针对滑模变结构控制中指数趋近律引起较大抖振的问题,采用改进的饱和函数来代替符号函数,对指数趋近律进行了改进,并给出了滑模可达性证明。以6自由度机械臂数学模型为被控对象进行了仿真,结果说明改进趋近律相比指数趋近律能削弱系统的抖振,相比采用饱和函数作为切换函数的指数趋近律能精确跟踪期望轨迹。最后将基于改进趋近律的滑模控制算法与采用饱和函数作为切换函数的指数趋近律滑模控制算法运用于实物机械臂系统中,并进行了对比,验证了基于改进趋近律滑模控制算法的可行性和实用性。     

基于两相幂次趋近律的四旋翼飞行器自适应控制

本文研究存在惯性不确定性和外部干扰的四旋翼飞行器系统有限时间位置和姿态跟踪控制问题.首先,设计一种新型两相幂次趋近律,当系统状态远离滑模面时,利用较大的幂次项提高趋近速率;当系统状态接近滑模面时,切换成较小的幂次项削弱抖振.其次,设计有限时间滑模控制器保证位置和姿态输出能够在有限时间内跟踪参考轨迹.同时,构造自适应参数...     

建筑结构振动控制的趋近律滑移模态方法

本文应用变结构滑移模态控制理论中控制律设计的趋近律方法,对地震作用下建筑结构的振动控制问题进行了系统研究,推导了基于指数趋近律和幂次趋近律的变结构控制律表示式,讨论了最大控制力受到限制时控制力的确定方法。算例对比分析结果表明,本文控制方法能有效地减小结构的地震响应,具有较好的工程应用前景。     

基于改进ESO的磁悬浮系统模型参考滑模控制

为了提高磁悬浮输送带的稳定性,减小未建模动态和未知外界干扰对磁悬浮系统控制性能的影响,基于改进的扩张状态观测器（extend state observer, ESO）技术,提出了一种模型参考滑模控制与基于改进趋近律的滑模控制相结合的控制策略。首先,对参考模型进行滑模设计,在此基础上根据磁悬浮系统的快速响应和鲁棒性要求,结合幂次趋近律和指数趋近律对传统趋近律进行改进,设计了一种基于新型趋近律的滑模控制;其次,设计了一种新的非线性函数对ESO进行改进,基于改进的ESO对系统的扰动和状态进行观测和估计,将观测结果加入新型滑模控制器以对外界干扰进行补偿,来提高新型滑模控制器的控制性能。仿真结果表明：所设计的控制策略与传统基于指数趋近律的滑模控制相比,磁悬浮系统气隙输出的超调量减小了15.15%,系统具有更高的鲁棒性;与基于改进趋近律的滑模控制方法相比,所提出的控制器可以使系统无抖振,有更好的跟踪性能。在基于改进ESO的模型参考滑模控制下,磁悬浮系统能够稳定运行,具有较好的控制性能。研究结果对磁悬浮输送机输送带的悬浮控制具有一定的参考价值。     

结构振动的离散变结构控制方法

采用离散系统建模技术和变结构控制系统设计的离散趋近律方法,对地震作用下建筑的振动控制问题进行了研究,给出了系统切换函数的确定方法,推导了系统控制律的表示式,算例分析结果表明,该控制方法能有效地减小结构的地震响应,对于结构抗震控制易于接受的特定采样时间间隔,控制效果优于相应基于连续时间系统的变结构控制方法。     

ATMD-结构带有补偿器的模糊滑模控制

针对基于指数趋近律的滑模控制算法设计ATMD系统中的主动控制力偏大、控制系统抖振过大等不足,采用一种带有补偿器的滑模控制算法来计算ATMD系统的主动控制力。考虑到外部能量有限问题,引入了相应的饱和控制器。同时,为了减小控制系统的抖振,设计了一种基于模糊自适应调整的滑模控制律。以一个单自由度结构模型为例进行了相应的数值分析,与相应的由未含补偿器的指数趋近律方法设计的ATMD控制系统以及TMD和AMD控制系统的控制效果进行对比来验证所提方法的有效性。     

基于模糊滑模切换控制的PMSMS弱磁调速控制策略

针对表贴式永磁同步电主轴(PMSMS)弱磁控制方案中,主轴系统调速性能欠佳的问题,提出一种基于模糊滑模切换控制(FSMSC)的超前角弱磁调速策略。在转速误差大于设定阈值时,使用模糊控制器实现主轴转速快速趋近给定值,利用模糊控制的特点对控制器进行实时的参数调整,使系统具有更强的鲁棒性;在转速误差小于设定阈值时,使用趋近律滑模控制器提高系统抗干扰能力,减小加工过程中因负载突变造成的加工误差,进一步增强系统鲁棒性。实验结果表明,基于FSMSC的超前角弱磁调速策略能有效抑制定子电流震荡以及电磁转矩脉动,并且控制器对抖动因子参数敏感性低,参数调节便捷,在实际加工中具有重要意义。     

基于卡尔曼滤波滑模控制的伺服系统设计仿真

应用变结构控制策略时,由于系统存在时间滞后、空间滞后、死区等不利条件,会导致系统运行到相平面中滑动面时出现不期望的抖振现象.本文分析了抖振对系统性能的影响及产生原因,针对伺服控制系统存在随机干扰和随机噪声的特性,提出一种基于卡尔曼滤波的指数趋近律滑模变结构控制算法,很好地抑制了抖振.仿真算例表明,与普通滑模控制算法相比,基于该算法的控制器无论在抖振抑制上还是在伺服系统动态品质改善上都具有良好效果.     

基于扰动观测器的铆接机器人轨迹跟踪控制

为解决铆接机器人工作时外部干扰造成系统抖震大，轨迹跟踪精度较低问题，设计一种扰动观测器与分数阶滑模控制器组合的自适应控制方法。首先，通过引入时延估计策略建立铆接机器人的局部动力学模型，利用扰动观测器实时观测系统模型所受的可见干扰；其次，针对系统产生的抖震问题，设计分数阶滑模面替代传统滑模控制，采用新型趋近律使系统在切换面上能够连续平稳运动，针对系统所受的不可见干扰，设计自适应策略实现对外部干扰的完全补偿；最后，通过Lyapunov函数证明所设计控制器的有效性。以三自由度机器人进行仿真及实体试验，结果表明，相较于分数阶滑模控制，采用该控制器后机器人各关节的追踪误差峰值分别下降了50%,59%和63%,从而验证了该控制器不仅能有效消除系统所受较大干扰产生的抖震问题，而且提高了铆接机器人作业时的鲁棒性和轨迹跟踪精度。     

基于库仑摩擦力的结构地震响应混合控制仿真研究

本文铎基于库仑摩擦滑移型基础隔震的混合振动控制问题进行了数值仿真，将运动过程分为滑移期和非滑移期，同时采用变结构趋近律方法进行了控制设计，给出了相应的控制律表达式。结果表明，该混合控制能有效地减少结构各楼层的地震反应，具有较高的工程应用价值。     

结构非线性振动的自适应模糊滑模控制

结构在强震作用下将不可避免地进入塑性阶段,表现出非线性行为,而总体上说,结构非线性振动还没有系统、有效的控制方法.本文主要研究了结构非线性振动的自适应模糊滑模控制算法,用模糊系统来自适应地逼近非线性系统以实现滑模控制力,同时采用模糊系统消除滑模控制所带来的抖振现象,并给出了模糊滑模控制器和自适应律的设计.仿真模型采用3层和20层的Benchmark非线性结构模型,每层均设置一个采用自适应模糊滑模控制算法的控制装置,计算出其在地震输入下的结构响应,然后对仿真结果进行了分析.仿真结果表明,自适应模糊滑模控制算法能够充分发挥自适应模糊控制和滑模控制的优点,较好地实现对结构在地震作用下非线性振动的控制,并得到令人满意的结果.     

红外目标模拟器中分离镜的滑模变结构控制

针对红外目标模拟器中分离镜伺服系统的抗干扰控制问题,本文利用变结构控制响应快速,对系统参数变化和外部扰动不灵敏的特点设计了一个滑模变结构控制器.采用指数趋近律与饱和函数相结合的方法对滑模控制器的抖振进行了有效抑制.采用机理分析方法建立了分离镜系统的数学模型.在仿真过程中,利用S函数描述摩擦模型,简化了仿真建模,提高了仿真速度.通过数字仿真并与传统PID控制方法相比较,证明滑模控制器对于分离镜伺服系统的参数摄动和外部干扰具有良好的鲁棒性,可以保证和提高整个红外制导仿真实验系统的仿真精度和实验结果的置信度.     

带有补偿器的结构弱抖振滑移模态控制研究

基于地震激励下固定阶次补偿器对线性结构的控制研究,提出一种利用复合趋近律的新型变结构主动控制算法。相对于传统变结构控制算法,该方法能够通过使用二次线性最优控制理论,均衡控制力和控制效果;并为有限输出反馈控制器在控制系统中的实际应用提供系统的设计方法。该方法能确保系统的稳定,保证抖振效应足够小。最后,对一个主动支撑系统的多自由度剪切型建筑模型进行数值模拟,验证先前的假设并证明这种新型控制方法的有效性。     

Position Control of Flexible Joint Carts Using Adaptive Generalized Dynamics Inversion

This paper presents the design and implementation of Adaptive Generalized Dynamic Inversion (AGDI) to track the position of a Linear Flexible Joint Cart (LFJC) system along with vibration suppression of the flexible joint. The proposed AGDI control law will be comprised of two control elements. The baseline (continuous) control law is based on principle of conventional GDI approach and is established by prescribing the constraint dynamics of controlled state variables that reflect the control objectives. The control law is realized by inverting the prescribed dynamics using dynamically scaled Moore-Penrose generalized inversion. To boost the robust attributes against system nonlinearities, parametric uncertainties and external perturbations, a discontinuous control law will be augmented which is based on the concept of sliding mode principle. In discontinuous control law, the sliding mode gain is made adaptive in order to achieve improved tracking performance and chattering reduction. The closed-loop stability of resultant control law is established by introducing a positive define Lyapunov candidate function such that semi-global asymptotic attitude tracking of LFJC system is guaranteed. Rigorous computer simulations followed by experimental investigation will be performed on Quanser's LFJC system to authenticate the feasibility of proposed control approach for its application to real world problems.

     

智能滑模变结构控制在定长控制系统中的应用

提出了一种基于智能滑模变结构的定长自动控制系统设计方法，利用模糊神经网络在线调整滑模变结构参数，在定长控制系统中的应用表明了该方法的优越性和实用性。     

Sliding mode control for unmatched uncertain systems with totally invariant property and exponential stability

Abstract

Some sliding mode controllers for unmatched uncertain systems are proposed. They are based on the concept of totally invariant controllers, introduced by Shyu and Hung (1997), in which the system, in the sliding mode, is invariant to the matched uncertainty over all time. In this paper, we extend this idea to a class of unmatched uncertain variable structure systems. New sliding mode controllers are derived to guarantee the existence of the sliding mode. Totally invariant property and exponential stability are assured.