基于自适应扰动观测器的PMSM模型预测电流控制

目的 为了实现包装自动化生产线的高性能控制，针对永磁同步包装驱动电机在模型预测电流控制中对扰动敏感性较大的问题，设计一种基于自适应扰动观测器的模型预测电流控制策略。方法 利用预测误差设计一种自适应扰动观测器，对系统遭受的内部和外部的不确定扰动，扰动观测器估计总扰动并以电流的形式进行补偿。将系统的瞬态过程和稳态过程分别进行考虑，设计一种含有动态权重因子的新型损失函数。结果 通过MATLAB/SIMULINK仿真表明，与传统的控制方法相比，文中方法可以保持瞬态下的高速动态响应和稳态下的低电流纹波，并在应对参数失配和负载突变等问题上，展现了更好的稳态性能和抗干扰能力。结论 文中方法可以有效提升系统动态性能和鲁棒性，使改进后系统更加适用于包装机的应用场景。     

零动态设计方法在鱼雷纵向运动控制中的应用

鱼雷纵向运动方程是非线性微分方程,非线性系统近似线性化建模方法有着不可忽视的局限性,非线性系统的精确线性化设计方法由于其复杂性而限制了它的应用,将零动态设计方法应用于鲁雷纵向系统,为解决鱼雷非线性控制系统稳定设计设计的途径。     

基于双模态有限时间滑模的永磁同步电机抗扰动控制

目的 解决包装机工作过程中,因永磁同步电机的动态响应慢和抗扰动能力弱导致包装机精度不高的问题。方法 设计一种双模态有限时间滑模控制器,实现系统有限时间收敛。将双模态函数引入趋近律增益,不仅能实现“大误差大增益,小误差小增益”,而且趋近律增益切换为小增益的时间可调,从而使电机获得更快的响应速度和更小的抖振。同时,设计有限时间扰动观测器对扰动进行观测,并进行前馈补偿,以此来提高系统的抗扰性能。结果 实验结果表明,文中方法相较于另外2种对照方法,可以使电机的动态响应分别提升27%、37%,控制性能分别提升40%、70%,相较于超螺旋扰动观测器,可以使电机的抗扰性能提升58%。结论 所提控制策略可以明显提高系统的动态响应、控制性能、抗扰性能,使得永磁同步电机更符合包装机的要求。     

基于有限时间观测器的VTOL飞行器跟踪控制

针对垂直起降(VTOL)飞行器的轨迹跟踪控制问题,本文提出了一种基于有限时间控制的输出反馈控制方案。采用系统分解技术将原系统解耦成2个子系统,将原系统的输出轨迹跟踪问题转化为2个子系统的镇定问题。对解耦后的系统,利用滑模控制方法设计了一种状态反馈控制律,所设计的控制器能够保证闭环系统有限时间稳定。考虑部分状态不可测量情况下的VTOL飞行器轨迹跟踪控制问题,提出了一个有限时间快速收敛观测器,基于有限时间快速收敛观测器提出了有限时间输出反馈控制律。仿真结果表明,所提出的控制方法具有良好的跟踪性能,能够实现飞行器对给定参考轨迹的快速、准确跟踪。     

具有极点区域约束的广义模糊系统的输出反馈控制

针对模糊广义系统，将动态输出反馈控制器设计问题转化为一组矩阵不等式的可行解问题，使得闭环系统不仅具有鲁棒性能，而且能把闭环系统极点配置在一个给定的圆形区域内，从而保证系统具有期望的动态性能。     

大动态范围的一体化测振仪

本文介绍了一种适合于工业现场的手持式一体化振动测试仪表，对速度传感器输出起始段的非线性进行了有效的补偿，使得整机在大动态测量范围内达到了较高的测量精度。     

VTOL飞行器有限时间输出反馈跟踪控制

针对垂直起降(VTOL)飞行器的轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于有限时间控制的输出反馈控制方案。首先,采用系统分解技术将原系统解耦成两个子系统,将原系统的输迹跟踪问题转化为两个子系统的镇定问题。对解耦后的系统,设计了有限时间状态反馈控制律,所设计的控制器能够保证闭环系统有限时间稳定。然后,考虑部分状态不可测量情况下的VTOL飞行器轨迹跟踪控制问题,设计了一个有限时间快速收敛观测器,基于有限时间快速收敛观测器提出了有限时间输出反馈控制律。仿真结果表明,所提出的控制方法具有良好的跟踪性能,能够实现飞行器对给定参考轨迹的快速、准确跟踪。     

测量数据包丢失和量化影响下的H_∞控制

基于状态观测器研究了具有测量数据丢失的多输入多输出(MIMO)线性离散系统的量化H_∞动态输出反馈控制问题。每路输出采用一个独立的静态对数量化器,采用扇形界方法来描述量化误差,且采用满足Bernoulli分布的序列来描述网络传输数据的丢失,预先假设数据丢失的概率。然后,将量化控制问题转化为范数不确定系统的控制问题,进而采用线性矩阵不等式(LMI)方法设计状态观测器和输出反馈控制器,使得系统均方指数稳定并具有给定的H_∞性能。数值仿真验证了设计方法的有效性。     

基于组合非线性反馈技术的机器人控制方法

为解决机器人跟踪控制中响应速度和超调量之间的矛盾,实现快速的响应和较小的超调,研究了机器人非线性动力学与组合非线性反馈技术相结合的控制策略,提出了一种基于组合非线性反馈的机器人控制器.该控制器由两部分组成,一部分由完全的机器人非线性动力学补偿来实现反馈线性化,另一部分由组合非线性反馈技术实现镇定.通过反馈线性化技术与Lyapunov理论,证明了闭环系统的渐近稳定性.同时,把组合非线性反馈理论拓展到多输入多输出(MIMO)饱和线性系统的时变轨迹跟踪控制,利用非线性项的变阻尼特性,使得系统的动态响应快速且没有超调.仿真结果证实了此方法的有效性.     

一种同步输出的稀疏树前导零检测电路

为了降低前导零检测电路的延时和提高端口输出的同步性,提出了一种稀疏树前导零检测结构及动态电路的实现方法。通过递归前导零算法表达式定义了两种新的布尔运算逻辑,以构成稀疏树中的结点。精确控制动态电路中预充时钟的偏移量,在抑制电路漏电的同时控制输出端口延时差。该结构能够以最少的逻辑级数和均衡的运算单元负载实现检测前导零功能,对于不同数量的待测信号,通过扩展"点操作"和"块操作"单元互连网络来生成新电路。采用伪随机激励向量验证了电路功能的正确性,大幅缩短了验证时间,在SMIC 40nm工艺下仿真显示,各端口输出延时差小于1ps,数据路径长度可降低20%。     

汽车半主动悬架的滑模变结构控制

在1／4汽车动力学模型的基础上，运用滑模变结构方法设计了汽车半主动悬架滑模控制器。基本思想是以半主动悬架的近似天棚阻尼系统作为参考模型，把被控系统和参考模型间的广义误差动力学引入渐近稳定的滑动模态中；采用极点配置法确定滑模切换面参数；用等速趋近率改善滑模运动段的动态品质；根据滑模面上的等效控制力，确定半主动悬架的实时控制阻尼力。仿真结果表明：该滑模控制器性能稳定，具有较好的鲁棒性和跟踪性，对模型参数的变化和外界扰动有一定的适应性。仿真证实了滑模控制器设计的有效性。     

永磁同步电机抗干扰复合滑模控制器的设计

目的 在灌装、封口等包装作业过程中,提高永磁同步电机的快速响应和抗干扰能力,同时减少控制系统的抖振现象。方法 提出一种复合滑模控制策略,设计一种能适应滑模面和系统状态变化的分段速率滑模趋近律,将其与新型积分滑模面结合,设计一种带速度环的滑模控制器。同时,设计一个干扰观测器,用于估计闭环系统的扰动,并将估计后的扰动实时补偿到控制器的输出电流中,构建复合控制器。结果 仿真结果表明,设计的控制器能够显著提高收敛速度,并有效减少了控制系统的抖振,从而提高了动态质量。此外,干扰观测器与控制器结合的复合控制器可以提高系统的抗干扰能力,从而进一步提高了控制性能。结论 文中提出的复合滑模控制策略可以有效提高永磁同步电机调速系统的动态性能,减少控制系统的抖振,为实现高效、稳定的控制提供了有效的解决方案。     

应用于圆饼工件分拣的码垛机器人自适应积分滑模控制

目的 针对存在系统未建模特性和负载变化下码垛机器人关节空间轨迹跟踪控制的问题,设计一种基于结合时延估计技术与自适应积分滑模面的控制策略。方法 根据圆饼工件分拣需求,设计一款桌面式码垛机器人系统,推导机器人的运动学与动力学模型,给出关节空间轨迹规划算法,并基于无模型思想设计关节空间轨迹跟踪控制器。结果 利用雅克比伪逆法可反解出机器人的关节角;通过所提的轨迹规划算法能有效获得各关节运动轨迹;与PID控制器和积分滑模控制器相比,文中所提控制器具有较好的控制精度、较强抗干扰性和较高的鲁棒性。结论 仿真和实验结果表明,所设计的基于时延估计技术的自适应积分滑模控制器是合理的,能使得码垛机器人完成圆饼工件的分拣任务,具有一定的工程应用价值。     

A Bio-Inspired Global Finite Time Tracking Control of Four-Rotor Test Bench System

A bio-inspired global finite time control using global fast-terminal sliding mode controller and radial basis function network is presented in this article, to address the attitude tracking control problem of the three degree-of-freedom four-rotor hover system. The proposed controller provides convergence of system states in a pre-determined finite time and estimates the unmodeled dynamics of the four-rotor system. Dynamic model of the four-rotor system is derived with Newton’s force equations. The unknown dynamics of four-rotor systems are estimated using Radial basis function. The bio-inspired global fast terminal sliding mode controller is proposed to provide chattering free finite time error convergence and to provide optimal tracking of the attitude angles while being subjected to unknown dynamics. The global stability proof of the designed controller is provided on the basis of Lyapunov stability theorem. The proposed controller is validated by (i) conducting an experiment through implementing it on the laboratory-based hover system, and (ii) through simulations. Performance of the proposed control scheme is also compared with classical and intelligent controllers. The performance comparison exhibits that the designed controller has quick transient response and improved chattering free steady state performance. The proposed bio-inspired global fast terminal sliding mode controller offers improved estimation and better tracking performance than the traditional controllers. In addition, the proposed controller is computationally cost effective and can be implanted on multirotor unmanned air vehicles with limited computational processing capabilities.     

桥式天车机械系统自适应解耦滑模控制研究

基于拉格朗日方程建立了桥式天车机械系统的动力学模型,并对建立的动力学模型进行简化分析,为控制器的设计奠定了理论基础。首先,针对桥式天车机械系统建模时存在的耦合性问题,构建新型饱和函数;其次,基于构建的新型饱和函数,设计出解耦滑模控制器,用来实现负载运送过程中桥式天车的快速定位与负载的消摆;然后,引入自适应参数,用来削弱了解耦滑模控制器控制过程中由于开关增益造成的系统抖振问题;最后基于桥式天车机械系统的动力学模型进行模拟仿真。仿真实验结果表明基于自适应参数而设计的解耦滑模控制器具有良好的控制性能,并且能够提高机械系统的动态特性。     

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。     

Dynamic sliding mode controller design for reducing chattering

A dynamic sliding mode control algorithm that can successfully avoid the chattering problem and does not provide high gain control is proposed in this paper. Without using any differentiator, a modified asymptotically stable second-order sliding mode control law is developed in which the proposed controller can guarantee finite time convergence to the sliding mode, and the system states asymptotically approach zero. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed dynamic sliding mode controller and provide alleviation of chattering.     

具有输入死区的分数阶Victor-Carmen系统的有限时间同步（英）

有限时间控制能获得更快的收敛速度,是一种有效的控制策略．混沌系统有限时间同步明显优于渐近同步．本文研究了具有输入死区的分数阶Victor-Carmen系统的有限时间同步问题,为了使Victor-Carmen系统在给定时间内收敛到平衡点,提出了一种自适应滑模控制策略．设计了一种非奇异分数阶滑模面,为了将同步误差系统的轨迹驱动到滑模面上引入了自适应滑模控制律,实现了主从系统的混沌同步．通过算例说明了所提出的有限时间控制器的有效性和适用性,并验证了本文的理论结果．     

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。     

光电平台伺服系统自抗扰滑模控制

提出一种基于参考模型的自抗扰滑模控制器,它包括一个自抗扰控制器和一个全局滑模控制器.根据参考模型,利用跟踪微分器设计自抗扰控制器,控制参考模型的输出精确跟踪指令输入信号.全局滑模控制器控制伺服系统被控对象的输出高精度跟踪参考模型的输出.光电平台伺服系统的实验结果证明该新型控制器能有效补偿系统的参数不确定性和非线性扰动,提高了伺服系统的跟踪精度.系统具有全局鲁棒性.