基于解耦滑模控制的桥式吊车系统的抗摆控制

针对欠驱动桥式吊车系统的抗摆控制问题,提出一种新型的解耦滑模控制算法。相比于传统解耦滑模控制算法,该控制算法采用可导的中间变量来定义系统的第二层滑动面,并利用等效控制关联增益法来调整解耦滑模控制器的切换增益;不但解决解耦滑模控制器等效控制的求取问题,而且能够有效降低解耦滑模控制器的抖振幅度。应用Lyapunov方法和Barbalat引理证明系统各层滑动面的渐近稳定性,并通过数值仿真实验验证所提出的控制算法的有效性。与已有控制算法的对比结果表明,该控制算法具有较好的控制性能和抖振抑制特性。     

基于干扰观测器的球形移动机器人直线运动控制

针对受扰球形移动机器人的直线运动控制问题,提出一种基于滑模干扰观测器和双幂次趋近律的分层滑模控制方法。该控制方法利用滑模干扰观测器对未知扰动进行在线估计,并且采用基于滑模干扰观测器的分层滑模控制器实现被控机器人系统的连续鲁棒控制。首先设计被控系统的第一层和第二层滑动变量,然后基于第一层滑动变量定义系统的辅助滑动变量。基于所定义的辅助滑动变量设计滑模干扰观测器,然后基于所设计的滑模干扰观测器和第二层滑动变量,采用改进的双幂次趋近律设计分层滑模控制器。从理论上分析所设计的分层滑模控制器作用下闭环系统的稳定性,并通过仿真实验验证所提控制方法的有效性。     

二阶滑模离心-振动试验系统的振动控制

针对离心-振动试验系统的振动位移跟踪控制存在参数不确定性和干扰的问题,提出一种基于二阶滑模的振动位移跟踪控制方法。该方法基于高阶滑模控制基本原理,通过建立离心-振动复合试验系统数学模型,利用李雅普诺夫第二法设计出二阶滑模振动位移控制律。仿真结果表明：该方法在2 s内能够完成位移跟踪,跟踪准确度达到0.001 m,能够有效降低系统抖振,实现振动位移跟踪的精确定位,具有较高的控制精度和可靠性。     

二阶滑模离心-振动试验系统的振动控制

针对离心-振动试验系统的振动位移跟踪控制存在参数不确定性和干扰的问题,提出一种基于二阶滑模的振动位移跟踪控制方法。该方法基于高阶滑模控制基本原理,通过建立离心-振动复合试验系统数学模型,利用李雅普诺夫第二法设计出二阶滑模振动位移控制律。仿真结果表明:该方法在2 s内能够完成位移跟踪,跟踪准确度达到0.001 m,能够有效降低系统抖振,实现振动位移跟踪的精确定位,具有较高的控制精度和可靠性。     

电流变夹层板滑模振动控制

为实现板结构振动控制,基于滑动模态控制思想,设计适用于电流变夹层结构的变刚度控制器,并且推导两类控制律——滑模控制律和简化的开关控制律。先将电流变液处理为可控黏弹性材料,基于Hamilton原理建立电流变夹层板有限元模型。设计滑模控制器时,首先将系统变换到模态空间,然后利用LQR最优控制理论设计控制面函数,设计电流变夹层板的滑模控制器,最后给出两个近似的半主动控制律。对悬臂电流变夹层板进行仿真分析,设计的滑模控制器能显著降低电流变夹层板振动水平,均方根降幅达到88.23%,取得明显优于被动控制的减振效果,体现电流变夹层结构在板结构振动控制应用中的前景。     

离心-振动试验系统的准连续高阶终端滑模控制方法

针对离心-振动试验系统的振动跟踪控制存在参数不确定性和干扰的问题,提出了一种基于准连续高阶终端滑模的振动位移跟踪控制方法。首先介绍了高阶滑模控制基本原理,并建立了离心-振动复合试验系统数学模型,根据模型特点,设计了二阶终端滑模面,使得振动位移在有限时间内跟踪上指令信号。然后利用李雅普诺夫第二法推导出高阶滑模振动位移控制律,通过准连续高阶滑模控制消除抖振。仿真结果表明该方法能够有效降低系统抖振,并能够使得控制输入平滑连续,与传统滑模相比,振动跟踪能够更快收敛到给定值,并实现振动位移跟踪的精确定位,具有较高的控制精度和可靠性。     

基于自适应分级滑模控制的球形机器人定位控制

探讨一种三驱动球形机器人的定位控制问题,提出基于控制增益自适应调节的分级滑模控制方法。相比于现有定位控制方法,所提出的控制方法对于系统不确定性具有很强的鲁棒性。将球形机器人系统分解为球体子系统和偏心质块子系统,并在此基础上分别设计系统的各级滑动面。基于Lyapunov函数法选取分级滑模控制律和控制增益自适应律,并采用边界层法削弱分级滑模控制器的抖振。应用Barbalat引理证明闭环系统的稳定性,并利用数值仿真实验验证所提控制方法的可行性和有效性。数值仿真结果表明,该控制方法能够实现带有不确定性的球形机器人系统的定位控制。     

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。     

基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计

针对主动悬架系统的质量参数不确定性以及作动器出现的随机故障对车辆行驶平顺性和控制稳定性带来的重要影响,该文提出一种基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计方法。为了描述悬架参数不确定性,基于T-S模糊模型建立1/4车辆的非线性模型,利用故障调节因子表示作动器故障的大小,进而获得考虑悬架系统质量不确定性和作动器故障的车辆主动悬架控制模型。接着,将滑模控制与自适应理论结合,设计合适的滑模面函数和滑模容错控制律,以达到故障悬架系统的容错控制目的;并基于Lyapunov稳定性理论,对所提出控制器稳定性和悬架系统安全约束性能进行了分析。最后,给出一个仿真算例,验证了所设计控制器的有效性和适用性。     

滑模变结构控制在凹版印刷机中的应用

为提高交流永磁同步电机伺服系统的控制精度,提出了一种基于比例切换控制策略的滑模变结构控制方法.先给出伺服系统模型,再设计滑模控制器,通过选取合适的滑模面得到系统比例切换控制输入.分别讨论了被控对象为时不变和时变情况下的系统响应情况,并与PI控制进行对比,以分析本文方法的优劣.仿真结果表明,所设计方法控制精度高,且具有较好的鲁棒性和快速性.     

Guaranteed performance in reaching mode of sliding mode controlled systems

Conventionally, the parameters of a sliding mode controller (SMC) are selected so as to reduce the time spent in the reaching mode. Although, an upper bound on the time to reach (reaching time) the sliding surface is easily derived, performance guarantee in the state/error space needs more consideration. This paper addresses the design of constant plus proportional rate reaching law-based SMC for second-order nonlinear systems. It is shown that this controller imposes a bounding second-order error-dynamics, and thus guarantees robust performance during the reaching phase. The choice of the controller parameters based on the time to reach a desirable level of output tracking error (OTE), rather than on the reaching time is proposed. Using the Lyapunov theory, it is shown that parameter selections, based on the reaching time criterion, may need substantially larger time to achieve the OTE. Simulation results are presented for a nonlinear spring-massdamper system. It is seen that parameter selections based on the proposed OTE criterion, result in substantially quicker tracking, while using similar levels of control effort.     

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.     

车辆半主动座椅悬架自适应模糊滑模控制

针对含有人体模型的五自由度半主动座椅悬架系统,设计一种基于趋近率的滑模控制器。通过引入自适应控制算法,对系统模型简化过程中产生的扰动及外界干扰进行估计,并在简化模型的基础上采用模糊算法,对滑模控制中趋近速率参数进行优化,在保证趋近速率的同时,提高系统的鲁棒性;采用双曲正切函数替代切换项中的符号函数使得系统在切换过程中更加连续,有效降低滑模控制中的抖振问题;根据Lyapunov稳定判据证明了系统的鲁棒稳定性。数值仿真表明,采用该控制器的座椅悬架较采用PID控制及被动控制的座椅悬架减振效果得到了明显改善,C级路面上时座椅悬架振动加速度值相较于PID控制与被动控制的座椅悬架分别下降25.1%与57.2%,冲击工况下分别下降16.9%与63.7%,并具有较好的跟踪性能。     

Glucose concentration regulation using the SDRE-based sliding mode control

Diabetes mellitus has become more common in recent years, and an artificial pancreas is a feasible treatment to control blood glucose of diabetic patients by injecting insulin. The artificial pancreas relies on a feedback control scheme. This paper presents a control approach, which integrates the state-dependent Riccati equation (SDRE) method, the SDRE estimation, and the sliding mode control. This approach can obtain the main advantages of these methods. Numerical simulation results show that the blood glucose of diabetic patients can be controlled to reach the basal level using the presented approach.     

共振式混凝土路面破碎车的自适应反推滑模控制

基于共振式混凝土路面破碎车共振机构的结构,给出了其共振频率和振幅的模型.建立了基于比例泵控马达的频率调节的非线性不确定性控制模型,设计了自适应反推滑模的控制算法,针对系统模型中的不确定性项,给出了各参数项的自适应律,基于Lyapunov函数,证明了频率输出跟踪的渐近收敛.仿真和车载测试结果表明,该方法具有较好的频率跟踪性能,能满足共振式路面破碎车的施工控制要求.     

基于滑模控制的Cuk光伏逆变器研究

针对小容量光伏发电系统发电容量较小、输出电压等级低且变化范围比较大,而传统的电压型桥式逆变器已经不能满足需要的情况,提出了一种基于滑模控制的新型双Cuk逆变器,并对其工作原理进行了详细的理论分析.该逆变器应用滑模控制方法实现了输出波形的正弦化,具有更好的输出特性.仿真表明该逆变器能够实现升降压逆变,可以工作在较宽的输入电压范围中,能够有效降低直流侧脉动对输出造成的影响,因此在小容量光伏发电系统中具有广泛的应用前景.     

超空泡航行体的增益自适应全程滑模控制器设计

超空泡航行体在实际巡航时具有其独特的运动特性,同时还存在着流体动力系数的摄动及尾部流体未知干扰等不确定因素,这些都给航行体的稳定控制带来了困难。改进了目前普遍采用的超空泡航行体的数学模型,设计了全程滑动模态面,采用自适应算法对系统不确定性及外界干扰上界进行了估计,设计了基于滑模理论的控制器,并进行了数学仿真。仿真结果表明：该系统响应快速,具有很好的鲁棒稳定性能。     

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.     

基于离散滑模控制的新型Buck-Boost矩阵变换器

摘要对目前矩阵变换器存在电压传输比低的缺陷进行了研究,提出了一种新型的杯为buck-boost矩阵变换器（BBMC）的电路拓扑结构。介绍了该拓扑结构的基本构成及其工作原理,分析推导了其电压传输比与占空比之间函数关系的解析表达式,阐述了离散滑模控制策略的基本设计方法,最后通过仿真对其有效性和可行性进行了验证。结果表明：该新型拓扑结构能实现输出电压和频率的任意调节,其电压传输比既可大于1,也司小于l,且直接输出高品质的正弦波而无需滤波环节,谐波含量小,从而有效解决了传统矩阵变换器申,压传输比低的难题,具有较好的应用价值。