四旋翼飞行器的动态滑模轨迹跟踪控制研究

为了提高四旋翼飞行器在外界扰动影响下的飞行性能,提出了一种结合动态滑模与反步法的轨迹跟踪控制策略。首先,利用牛顿-欧拉方程推导了四旋翼的动力学模型,明确系统输入输出关系。其次,根据时间尺度原理,将系统分为位置与姿态两个控制环,分别设计了基于反步法的动态滑模控制器,并对建模的不精确性与外界扰动的影响进行了补偿。最后,通过仿真算例与飞行实验对文中所提控制策略的有效性进行了验证,结果表明该控制策略表现出比传统反步法与滑模控制更优的控制性能,能有效抑制外界扰动,实现四旋翼的轨迹跟踪控制。     

四旋翼飞行器全局鲁棒轨迹跟踪控制算法研究

针对四旋翼飞行器轨迹跟踪控制性能易受模型参数不确定性和未知外部干扰影响的问题,提出一种基于自适应反步法的全局鲁棒控制策略。该方法利用单一虚拟变量表达的线性化参数模型描述系统内部不确定性和外部干扰组成的集总干扰,并通过反步法设计的自适应算法在线估计虚拟变量,从而降低计算量,提高控制器的实时性。基于Lyapunov理论证明了该方法对集总干扰的鲁棒性及系统全部变量的全局一致最终有界性。最后,通过仿真算例验证了该控制策略的有效性和可行性,结果表明：该控制策略能有效克服集总干扰影响,实现四旋翼飞行器的精确轨迹跟踪。     

基于扰动观测器的PMSM系统自适应反步滑模控制

针对负载转矩波动和系统参数变化的永磁同步电机(PMSM)系统的控制问题,提出了一种带有非线性扰动观测器的自适应反步滑模位置跟踪控制方法。首先,设计了自适应反步滑模控制器,以确保电机位置快速收敛到期望值,并设计了自适应收敛增益,以减小电机位置响应下的大的过冲;其次,设计非线性扰动观测器估计未知扰动,并为自适应反步滑模控制提供前馈补偿,以提高系统的鲁棒性,并减少稳态位置误差。仿真结果表明,该方法可以有效减少过冲,很好地实现了PMSM系统的快速位置跟踪控制,具有良好的抗扰动性能。     

基于改进超螺旋算法的永磁同步电机快速积分终端滑模速度控制

针对永磁同步电机伺服系统的滑模速度控制存在抖振和鲁棒性不强问题,采用改进积分终端滑模面与广义超螺旋相结合的方法设计转速控制环。提出分段滑模面的方法设计改进的快速积分终端滑模面,可以使得抖振问题得到明显改善;设计改进的广义超螺旋控制器作为切换控制,能够更好地改善系统的动态特性,并证明了此算法的稳定性。仿真结果表明：该方法具有抑制抖振性能强、收敛速度快和跟踪性能好等优点。     

数控机床用磁悬浮系统非线性动态积分滑模变结构控制

为了实现龙门数控加工中心磁悬浮系统悬浮高度的精确控制,并考虑到刀具切削工件过程中磁悬浮系统所受到扰动对悬浮高度的影响,针对被控对象的非线性磁悬浮模型,选择新的状态变量,通过状态变量之间的相互变换,将不规则的非线性磁悬浮模型转换成规则的仿射非线性的磁悬浮模型;针对该非线性模型设计了控制悬浮高度的非线性动态积分滑模控制器。在选取切换面时,考虑系统状态、输入、输入的一阶(或高阶)导数及其积分项,这使得趋近律中不连续项的影响有所转移,从而有效降低了滑模控制器抖振的发生;另外由于在滑模切换函数中加入了积分环节并且是对非线性被控对象直接进行控制,消除了滑模控制的稳态误差和系统模型的误差。仿真研究结果表明:所设计的动态积分滑模控制器比传统的滑模控制器更好地实现了系统的稳定悬浮,具有很强的抗扰性并能够使系统具有较高刚度。     

电动负载模拟器的自适应终端滑模控制

为了更好地测试舵机性能,提高加载系统的鲁棒性和稳定性,实现电动负载模拟器对信号精确跟踪,同时抑制多余力矩,提出高阶非线性自适应终端滑模控制策略,避免了参数变化和扰动对系统的影响。将舵机看作一个扰动输入,确立负载模拟器系统为双输入单输出非线性系统,建立负载模拟器非线性数学模型,并基于此模型提出自适应终端滑模控制策略。利用Lyapunov函数证明闭环系统的渐进稳定性及有限时间收敛特性。并通过Simulink仿真验证了此控制策略的有效性。结果表明:与普通滑模控制相比,自适应终端滑模控制方法跟踪精度更高,对多余力矩也起到了很好的抑制效果。     

串联型机械臂的自适应鲁棒容错控制研究

针对串联型机械臂关节空间内的轨迹跟踪控制,提出了一种自适应鲁棒容错控制方法。在机械臂动力学模型中加入了外界干扰、关节摩擦与故障模型,并将其等价成二阶被控系统。在此基础上,结合非奇异快速终端滑模面和反步法控制策略,设计一种新型的反步非奇异快速终端滑模控制器。通过李亚普诺夫准则验证了控制策略的全局渐近稳定性;引入自适应技术估计系统不确定性的上界,提高控制器的鲁棒性。以二自由度机械臂为被控对象,对所设计控制器的有效性进行了验证,结果表明:与传统的非奇异快速终端滑模控制器及反步非奇异快速终端滑模控制器相比,该控制器具有响应速度快、鲁棒性强、抖振小的优点,能有效应对系统故障和实现机械臂的高精度轨迹跟踪控制。     

基于积分反步控制的永磁直线同步电动机滑模速度控制

文章考虑一种不确定载荷的永磁式同步直线电机驱动系统提出了一种改进鲁棒非线性控制器。该控制器是基于新的积分反步法设计的,这是一种对复杂非线性系统有用的鲁棒控制方法,通过引入积分以减少稳态误差。根据Lyapunov稳定理论对所提出的反馈控制律的稳定性进行验证。与传统的基于PID控制比较并给出了Matlab仿真的滑模速度观测器比较,这证明了该PMSLM驱动系统控制方法的可行性和有效性。     

龙门双驱系统转速跟踪同步耦合控制

针对龙门双驱系统的转速同步精度问题,提出一种转速跟踪同步耦合控制方法。为实现对外界负载的准确跟踪,构建基于Sigmoid函数的滑模负载观测器;设计结合积分滑模的双电机均值同步差控制器,结合跟踪误差反步控制器,制定转速同步误差与跟踪误差耦合控制策略,完成了两种负载情况下的仿真测试。仿真结果表明：相比PID控制,耦合控制策略的同步误差降低52.4%,响应时间降低75%;相比单一反步控制,耦合控制策略的同步误差降低39.1%,响应时间降低17%。     

飞机舵机电动负载模拟器非线性干扰补偿控制

针对飞机舵机电动负载模拟器存在多余力矩、摩擦及外部扰动等非线性干扰问题,重建飞机舵机电动负载模拟器数学模型,提出一种基于非线性干扰观测器的新趋近律滑模补偿控制。一方面,建立基于LuGre模型的摩擦观测器,通过反演法设计滑模控制器以补偿摩擦干扰、抑制多余力矩,同时设计新趋近律以减轻滑模抖振、缩短收敛时间;另一方面,设计非线性干扰观测器对外部扰动进行实时观测,以达到控制补偿目的。仿真实验发现,在20 Hz条件下,系统力矩输出幅值差为0.2%,相位差为0.04%,表明所设计控制器能够抑制多余力矩、减轻摩擦及外部扰动影响,有效提高系统跟踪精度。     

滑模控制在弹簧垫圈圆切刀磨床上的应用研究

弹簧垫圈圆切刀是弹簧垫圈生产过程中的关键工具,圆切刀具工作端面要求磨制成椭球面,在磨制过程中有较强的摩擦现象,此时控制对象就成为了非线性系统,很难用传统控制方法达到控制要求.采用滑模变结构控制策略,把弹簧垫圈圆切刀专用磨床伺服系统的性能指标作为滑模函数,对其速度控制环和位置控制环进行滑模变结构控制设计,能使系统快速、平稳且无抖动地进入滑动模态面,从而保证该伺服系统有良好的动态特性、有效抑制系统的扰动.仿真和模拟试验结果表明了该方法的有效性.     

基于改进滑模控制器的PMSM调速系统北大核心

针对在永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统中采用PI控制器存在控制精度低、响应速度慢以及容易出现积分饱和等问题,提出一种新型指数趋近律的滑模控制策略,基于新型趋近律设计了改进滑模控制器,该方法可有效加快系统响应速度,并能抑制滑模控制过程中出现的系统抖振;同时引入负载转矩观测器作为前馈补偿到滑模控制器,有效提高PMSM调速系统的稳态及动态性能。经过与PI控制器及传统滑模控制的仿真对比实验,改进滑模控制器在系统响应上能够达到无超调快速响应,调节时间为0.011 s;突增负载时,恢复稳态时间为0.008 s,且转速只下降24 r/min,该控制方法使系统动态性能和抗干扰性能得到提高,而且抑制了滑模控制的抖振。     

泵控电液伺服系统滑模反步控制设计及其AMESim仿真

为了提高大负载输出泵控电液伺服系统滑模控制方法对非匹配干扰的影响,采用反步法对系统非匹配干扰进行补偿,通过光滑连续一阶可导滑模技术来消除滑模与反步控制的冲突,并通过联合仿真验证滑模反步控制设计的准确性。研究结果表明:滑模反步控制器结果最接近参考信号,误差最小,表现出最优的稳定性。滑模反步控制器输出电流最小,波动效果最低,证明所设计的光滑连续滑模控制律有效地抑制了输出抖动。滑模反步控制器获得了比反步控制器和PID控制器更小的I_(MSE)和I_(APE),表明在控制器输出强度较低的条件下,利用滑模反步控制器达到了优于PID控制器与反步控制器的控制性能。滑模反步控制器则同时拥有反步控制与滑模控制的优点,不需建立精确模型也能够达到较好的控制性能。     

一种永磁同步电机模型失配容错控制算法

针对高精度永磁同步电机驱动系统因转动惯量、摩擦系数与磁链参数失配造成其控制精度和稳定性降低的问题,提出了一种基于有限时间收敛扩张状态观测器的无模型滑模容错控制方法。首先,建立了考虑内外不确定性的永磁同步电机转速环超局部模型,并设计了无模型全局积分终端滑模控制器;其次,设计了有限时间收敛扩张状态观测器来降低模型失配带来的影响;最后,通过与其他方法的仿真和实验对比,验证了所提方法能够在不获取精确模型的情况下实现了对多种模型失配与外部扰动工况的容错控制,并提高了电机的控制精度。     

基于ESO的电液位置伺服系统自适应反步滑模控制

针对阀控电液位置伺服系统具有的不确定参数、外部干扰、系统状态不可测问题,在反步控制的基础上,同时引入滑模控制理论,提出一种带有ESO(扩展状态观测器)的自适应反步滑模控制策略。建立系统的非线性状态空间方程,基于系统模型设计出一种ESO,对速度值以及外干扰进行有效估计,同时引入自适应算法对系统不确定参数进行在线估计,设计出不确定参数的自适应律,通过Lyapunov稳定性定理证明所设计的控制器的稳定性。最后,仿真研究表明所设计的控制器能够对速度以及外干扰进行有效估计,并且具有较高品质的位置跟踪能力。     

一种球形滚动机器人纵向运动的控制策略研究

针对一种球形滚动机器人纵向运动的位置控制问题,提出一种基于有限时间滑模干扰观测器和双幂次组合函数趋近律的解耦滑模控制策略。所提出的控制策略不仅可以保证球形机器人的滚动性能,并且能够保持解耦滑模控制律的连续性。设计有限时间滑模干扰观测器对复合不确定性进行在线估计,并在此基础上得出机器人系统平衡摆角的估计。基于所得平衡摆角的估计,分别定义系统的各级滑模变量。借助所设计的有限时间滑模干扰观测器,基于第二级滑模变量和双幂次组合函数趋近律构造解耦滑模控制律。从理论上证明了所提出的控制策略能够确保各级滑模变量收敛至0,仿真实验结果验证了所提出的控制策略的控制性能和鲁棒性。     

仿人智能与滑模控制相融合的液压无模型控制

针对电液伺服位置系统是一个多变量、强耦合、非线性控制系统,考虑到现有基于模型的控制方法对系统动力学模型的依赖性,以及未建模动态对系统控制性能的影响,设计了一种仿人智能控制与滑模控制相融合的液压系统无模型控制。为了提高系统的响应速度和稳态精度,将仿人智能控制的偏差与偏差变化率的乘积融入到滑模控制,设计一种全新的滑模函数,与无模型控制器结合,提出改进的无模型控制器。在相同条件下,通过无模型自适应控制、无模型自适应滑模控制与所提出的仿人智能控制与滑模控制相融合无模型控制进行仿真比较,结果表明,所设计的控制器收敛快,稳态误差小,且提高对扰动和模型变化的适应性。     

关节空间内工业机器人抗干扰轨迹跟踪控制

针对工业机器人在关节空间内轨迹跟踪精度差和易受集总干扰影响等问题,提出一种基于非线性扰动观测器的快速连续非奇异终端滑模控制策略。根据拉格朗日方程推导出四轴工业机器人的动力学模型,获得系统的输入输出关系。引入非线性扰动观测器对集总干扰进行估计与补偿,设计快速连续非奇异终端滑模控制器来加快系统状态量的收敛速率,提高关节空间内轨迹跟踪的精度。由李雅普诺夫稳定性理论证明了此控制器的全局稳定性。通过仿真案例与试验研究验证了所设计控制策略的有效性,结果表明:该控制器能有效抑制集总干扰影响,保证工业机器人轨迹跟踪的精度,具有一定的工程参考价值。     

电液位置伺服系统鲁棒反馈线性化控制

针对电液位置伺服系统存在强非线性和外界干扰不确定性的问题,提出将反馈线性化与滑模控制相结合的鲁棒反馈线性化控制策略。建立了电液位置伺服系统非线性模型,利用反馈线性化技术将其精确线性化,利用滑模控制来补偿其外界干扰不确定性,同时采用最优控制理论设计了切换函数,并引入模糊控制设计了自适应指数趋近律。以时变负载力扰动为例对系统性能进行了研究,仿真结果表明:该方法有效提高系统鲁棒性、加快响应速度和削弱了抖振。     

搬运机械手模糊滑模增益跟踪控制北大核心

针对非线性机器人系统中未建模动力学以及未知扰动的问题,提出了一种抗干扰的自适应模糊增益滑模控制策略。首先根据D-H坐标法建立机械臂的运动学、动力学模型;再次,引入Mamdani模糊规则和自适应律逼近理论,通过对Lyapunov函数的设计,建立滑模控制律,选取机械臂整体动力学模型为研究对象,引入干扰并进行仿真分析;最后,通过对鲁棒滑模控制、自适应滑模鲁棒控制、自适应模糊增益滑模控制策略进行比较,验证本文所提方法的有效性。