新型变倾斜参数S型函数的积分滑模水下机器人控制方法研究

研究了水下机器人轨迹的滑模跟踪控制。针对滑模抖动对系统稳定性的影响,设计了一种基于变倾斜参数sigmoid函数的积分滑模切换函数。基于这个函数设计的控制器在避免抖振现象的同时,保持了高控制精度,且能抑制传统积分滑模控制器常见的超调现象。该控制方法有效性已通过理论证明和仿真实验得到了验证。     

基于滑模观测器的混合式步进电机丢步检测

针对混合式步进电机开环控制容易出现丢步的问题,利用幂次函数代替开关函数,设计基于改进滑模观测器的丢步检测算法。证明该观测器在较大电流观测偏差时是一变增益的滑模观测器,在较小电流观测偏差时具备低通滤波功能,可消除抖振现象。同时,通过观测反电动势得到电角度,并利用幂次函数设置较大的边界层厚度,将电角度收敛到π/2整数倍的区域,可直接根据观测结果判定电机有无丢步。实验结果验证了该方法在低细分、宽调速范围的有效性。     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机滑模变结构位置伺服控制

针对带有未知摩擦力矩和模型不确定的永磁同步电机位置伺服系统,提出两种基于扩张状态观测器的滑模变结构位置伺服控制策略。在系统存在状态未知和非线性特性有界的情况下,设计扩张状态观测器来观测系统的未知状态和非线性不确定项,并根据观测值设计降阶线性滑模控制和无抖振全阶滑模控制两种控制方法。仿真结果表明,降阶滑模控制方法控制精度较高且鲁棒性较强,而全阶滑模控制方法可以有效消除滑模控制中的抖振问题,便于实际应用。     

基于奇异摄动法的FFFSR全局滑模跟踪控制及ESO振动抑制

针对存在参数不确定性和有界干扰的情况,讨论了自由漂浮柔性空间机器人(FFFSR)关节轨迹跟踪控制与柔性振动主动抑制的问题。利用奇异摄动法将系统分解为关节轨迹跟踪的慢变子系统和描述柔性振动的快变子系统,进而提出含慢、快变控制项的组合控制器;设计一种改进的全局滑模函数,利用低通滤波器抑制滑模抖振,实现全局鲁棒、快速收敛的关节轨迹跟踪;对于快变子系统,采用扩张状态观测器(ESO)对不易测量的柔性模态坐标导数和不确定扰动进行估计,并结合LQR方法,对柔性振动进行主动抑制。数值仿真表明,该组合控制器可以在有效抑制柔性振动的同时实现对期望关节轨迹的稳定跟踪。     

二阶非线性不确定系统分段非奇异快速终端滑模控制

研究了非线性不确定系统的滑模控制。针对传统非奇异快速终端滑模(NFTSM)在平衡点附近收敛速度慢的问题,提出了一种分段非奇异快速终端滑模(PWNFTSM),该滑模通过引入快速终端滑模非线性项,可实现系统有限时间收敛并在平衡点附近的局部区域保持快速收敛,避免了奇异现象,获得了比传统非奇异快速终端滑模更快的收敛速率。在此基础上,针对二阶非线性不确定系统,设计了一种基于径向基函数(RBF)神经网络干扰观测器(RBFNDO)的分段非奇异快速终端滑模控制算法。干扰观测器可准确估计系统不确定性和外界干扰,并对系统输入进行补偿,从而较大程度地提高了控制精度,改善了系统鲁棒性。运用Lyapunov方法证明了控制系统的闭环稳定性。仿真结果表明,该方法能大大加快系统的收敛速率,提高系统控制精度,改善系统的动态性能。     

基于滑模变结构的火炮位置伺服系统故障诊断

针对一类非线性系统,并考虑含有不知其上下界的未知输入扰动,提出了一种故障诊断方案.利用滑模变结构中的等值控制方法设计了滑模状态观测器;利用自适应方法实现了对故障的重构;采用Lyapunov方法对观测器和故障重构的收敛性进行了证明.为减少滑模运动的抖动,设计了一个模糊神经网络对观测器参数实时调整,并给出网络的学习算法.将本文提出的方法在火炮伺服系统中应用,证明了该方法的有效性.     

基于超螺旋滑模扰动观测器的永磁同步电机无传感器抗干扰控制策略研究

目的 提高包装行业中自动化设备的工作精准度,优化传统永磁同步电机无传感器控制系统的稳定性,提高电机遭遇内外扰动后的系统鲁棒性和抗扰动性能。方法 引入超螺旋滑模算法,设计一种超螺旋滑模MRAS观测器来提高系统的稳定性,同时利用滑模扰动观测器对电机良好的动态进行性能追踪,利用超螺旋滑模算法对其进行性能优化,提出超螺旋滑模MRAS观测器和超螺旋滑模扰动观测器对永磁同步电机复合控制的策略。结果 该方案有效降低了电机遭遇扰动时转速估计误差,误差在0.8r/min附近波动,明显提高了电机控制系统遭遇干扰后的响应速度。结论 在MATLAB/SIMULINK中进行实验仿真,结果表明所提控制策略提高了系统的鲁棒性和追踪精度,加强了系统的抗干扰能力。     

改进滑模变结构永磁电机控制器研发

为克服传统滑模观测器对永磁同步电机进行无传感器控制时存在高频抖振和转子位置估算不精确的缺陷,提出一种基于改进滑模观测器的PMSM控制器设计方法.首先,建立PMSM的数学模型并分析传统滑模观测器转子位置估计原理和缺陷,然后,采用低通滤波器对电流误差开关信号进行滤波并对转角进行补偿,采用饱和函数代替开关函数以减少滑模运动的高频抖动,最后,采用李亚普若夫稳态判定方程证明设计的改进观测器的稳定性.系统测试表明:该方法能较为准确地对PMSM的转子位置和速度进行估算,具有较高的估算精度.     

无轴传动控制系统滑模变结构观测器研究

针对无轴传动中矢量控制系统各运动单元驱动电机、转子磁链难以精确观测的问题,设计了一种基于滑模变结构理论的转子磁链观测器,并用李亚普诺夫理论证明了算法的收敛性.仿真结果显示,该方法有较高的转子磁链观测准确度,并对转子电阻的变化具有鲁棒性.     

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。     

包装机拉膜机构纠偏装置鲁棒控制系统设计

目的 为提高包装生产线纠偏机构控制精度，改善产品外观，提高产品合格率，结合转矩观测器和积分型滑模变结构算法设计一种纠偏装置控制系统。方法 在分析纠偏装置结构的基础上，以纠偏伺服电机为研究对象，提出一种电机控制方法。负载转矩观测器和积分型滑模控制器不但可以解决负载扰动对控制系统性能的影响，而且可以减小滑模控制器的抖振幅度，饱和函数则可以进一步减小系统抖振。通过实验验证所述方法的可行性和有效性。结果 实验结果表明，所述控制方法基本无超调量，达到稳定状态约耗时0.5 s;采用所述纠偏装置，包装薄膜跑偏量最大值只有0.70 mm，包装合格率均在97%以上。结论 在保证产品质量前提下，纠偏装置鲁棒控制系统可以提高产品合格率和包装生产线工作效率。     

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.     

电液伺服系统的微分与积分滑模变结构控制

针对电液系统的非线性特性及其参数不确定性,在电液伺服系统的速度跟踪控制中,提出了一种非线性微分与积分滑模变结构控制(DI-SVSC)策略。在滑模控制中引入积分控制项,消除了传统滑模变结构控制需要被跟踪信号导数已知的假设,利用一非线性微分控制消除了系统的抖振现象。在积分滑模控制与非线性微分控制中,分别给出了切换函数、非线性微分系数及控制器的设计方法。仿真结果显示,该控制方法具有较强的鲁棒性及良好的跟踪性能。     

Adaptive fractional‐order blood glucose regulator based on high‐order sliding mode observer

Type I diabetes is described by the destruction of the insulin‐producing beta‐cells in the pancreas. Hence, exogenous insulin administration is necessary for Type I diabetes patients. In this study, to estimate the states that are not directly available from the Bergman minimal model a high‐order sliding mode observer is proposed. Then fractional calculus is combined with sliding mode control (SMC) for blood glucose regulation to create more robustness performance and make more degree of freedom and flexibility for the proposed method. Then an adaptive fractional‐order SMC is proposed. The adaptive SMC protect controller against disturbance and uncertainties while the fractional calculus provides robust performance. Numerical simulation verifies that the proposed controllers have better performance in the presence of disturbance and uncertainties without chattering.Inspec keywords: variable structure systems, biochemistry, blood, robust control, medical control systems, observers, sugar, diseases, calculus, adaptive control, cellular biophysicsOther keywords: fractional‐order SMC, adaptive SMC, fractional calculus, robust performance, adaptive fractional‐order blood glucose regulator, insulin‐producing beta‐cells, exogenous insulin administration, diabetes patients, Bergman minimal model, mode control, blood glucose regulation, pancreas, type I diabetes, state estimation, high‐order sliding mode observer, sliding mode control, degree of freedom, numerical simulation     

自适应模糊滑模控制裹包机PMSM交流伺服系统

针对接缝式裹包机的交流伺服系统控制精度差的问题,提出了采用自适应模糊滑模控制器,控制具有高效率的永磁铁同步电机(PMSM)伺服驱动系统.仿真和实验结果表明,系统对于参数变化和外面负载扰动的鲁棒性大大提高,而且控制力大为降低.     

基于多目标竞争遗传算法的模糊变结构控制的研究

基于多目标竞争遗传优化算法,结合变结构控制和模糊逻辑技术的特点,提出一种优化模糊变结构控制方法.以滑模开关函数及其变化量作为模糊调节器的输入量,滑模面边界层宽度作为输出量,设计了一个二维模糊调节器,同时,引入了多目标竞争遗传优化算法,优化了边界层宽度模糊调节.液压伺服系统的位置控制实验结果表明,所提出的模糊变结构控制稳态控制精度高,同时削弱了抖振,在系统鲁棒性与稳态控制性能之间较好地实现了综合平衡.     

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。     

具有扰动观测器的汽车主动悬架滑模控制

基于双横臂悬架的1/4汽车模型,以降低簧载质量振动为目的,提出了具有扰动观测器的滑模控制方法。由1/4汽车模型中簧载质量的受力平衡条件,得到了1/4汽车模型的二阶线性控制系统。在路面激励位移未知时,为了估计二阶线性控制系统输入的扰动力(控制臂的作用力、悬架弹簧力、减振器阻尼力和外界干扰力的总和),给出了基于滑模控制的扰动观测器设计方法。根据扰动观测器的估计值,计算了具有扰动观测器的滑模控制的1/4汽车模型的控制力。当路面激励为阶跃位移时,计算分析了采用无控制、PID控制和滑模控制时1/4汽车模型的簧载质量加速度,结果表明:具有扰动观测器的滑模控制器可以获得更好的控制效果。通过分析不同控制参数和外界干扰力对滑模控制器效果的影响,证明了基于1/4汽车模型的具有扰动观测器的悬架滑模控制设计的有效性。     

Novel algebraic meal disturbance estimation based adaptive robust control design for blood glucose regulation in type 1 diabetes patients

This study designs a robust closed‐loop control algorithm for elevated blood glucose level stabilisation in type 1 diabetic patients. The control algorithm is based on a novel control action resulting from integrating algebraic meal disturbance estimator with back‐stepping integral sliding mode control (BISMC) technique. The estimator shows finite time convergence leading to accurate and fast estimation of meal disturbance. Moreover, compensation of the estimated disturbance in controller provides significant reduction in chattering phenomenon, which is inherent drawback of sliding mode control (SMC). The controller is applied to one of the most reliable models of type 1 diabetic patients, named Bergman''s minimal model. The effectiveness and superiority of the designed controller is shown by comparing it to classical SMC and super‐twisting sliding mode control. The designed controller is subject to three different cases for detailed analysis of the controller''s robustness against meal disturbance. The three cases considered are hyperglycaemia, hyperglycaemia combined with meal disturbance and three meal disturbance. The simulation results confirm superior performance of algebraic disturbance estimator based BISMC controller for all the cases mentioned above.Inspec keywords: closed loop systems, robust control, sugar, medical control systems, variable structure systems, control system synthesis, blood, nonlinear control systems, adaptive control, diseasesOther keywords: adaptive robust control design, blood glucose regulation, type 1 diabetes patients, closed‐loop control algorithm, elevated blood glucose level stabilisation, type 1 diabetic patients, novel control action, algebraic meal disturbance estimator, mode control technique, accurate estimation, estimated disturbance, super‐twisting sliding mode control, algebraic disturbance estimator, BISMC controller, algebraic meal disturbance estimation, back‐stepping integral sliding mode control technique