永磁同步电机伺服系统模糊分数阶滑模控制

针对传统整数阶滑模控制系统中的抖震问题,结合分数阶理论、模糊逻辑推理和滑模控制技术的优点,提出了模糊分数阶滑模控制策略.将传统滑模控制器中的整数阶切换面推广到分数阶并设计了全控制域滑模面,保证系统在整个控制域都具有较强的鲁棒性.采用模糊逻辑推理算法,实现了开关切换增益的自整定.仿真和实验验证了模糊分数阶滑模控制系统不但能有效地削减抖震,而且能保持滑模控制器对系统外部扰动的全局鲁棒性.     

集成神经网络与自适应算法的分数阶滑模控制

针对被控对象的参数时变和外部扰动问题,本文融合神经网络的万能逼近能力和自适应控制技术,并结合分数阶微积分理论,提出了基于神经网络和自适应控制算法的分数阶滑模控制策略.本文采用等效控制的方法设计滑模控制律,并利用神经网络的万能逼近能力估测控制律的变化,结合自适应控制算法和分数阶微积分理论抑制传统滑模控制系统的抖震,同时根据Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性,最后给出了实验结果.实验结果表明,本文提出的基于神经网络和自适应控制算法的分数阶滑模控制系统,能保持滑模控制器对系统外部扰动和参数变化鲁棒性的同时,也能有效地抑制抖震,使得系统获得较高的控制性能.     

航天器近距离相对轨道的滑模控制

基于滑模控制原理,研究了近距离追踪航天器与目标航天器交会对接时,相对运动轨道的控制问题.首先,建立非线性航天器相对运动模型;其次,利用滑模控制原理和分数阶导数的相关性质,设计了整数阶PD控制器和分数阶PD~α控制器;最后,分别运用整数阶和分数阶控制器对未扰和受扰系统实施控制.数值仿真结果表明,整数阶与分数阶控制器均能实现对未扰和受扰系统的控制,验证了方法的有效性.同时发现,在时效性上,分数阶控制器明显优于整数阶控制器;在能效性上,达到相同控制目标时,分数阶控制器的能量消耗大于整数阶控制器.     

非线性系统的反演自适应动态滑模控制

为削弱非线性系统中由滑模控制引起的抖振现象,提出自适应动态滑模控制方案.动态滑模方法是通过设计新的切换函数或将常规滑模变结构控制中的切换函数s通过微分环节构成新的切换函数,该切换函数与系统控制输入的一阶或高阶导数有关,可将不连续项转移到控制的一阶或高阶导数中去,得到在时间上本质连续的动态滑模控制律.该方案利用自适应技术和反演法,设计动态滑模控制器,有效地削弱了系统的抖振.最后仿真结果证明了该方案是正确的.     

不确定欠驱动系统的高阶自适应Super-Twisting滑模控制

为实现一类不确定欠驱动系统在未知干扰情况下的鲁棒控制,针对传统滑模控制中存在的抖振问题,提出一种基于二次型Lyapunov函数的二阶Super-Twisting自适应滑模控制策略.首先,控制器的不连续项采用二阶Super-Twisting算法,将不连续控制作用在滑模量的二阶导数.然后,针对滑模面受不确定干扰影响的情况,为调节参数设计一种自适应律方法,该方法不受传统二阶滑模控制中干扰项的一阶导数边界已知的条件限制,保证滑模面在有干扰情况下的收敛,削弱控制器输入的抖振现象.最后,以两轮自平衡车为实验对象验证该方法,并与传统滑模及普通二阶滑模方法做仿真对比.仿真结果表明文中所提的二阶自适应滑模控制方法在控制效果和降低抖振方面表现更优.     

分数阶与整数阶混沌系统的同步与反同步

为了建立起整数阶与分数阶系统的桥梁,推进分数阶系统的应用,本文采用了滑模控制理论研究了一类整数阶与分数阶混沌系统的同步与反同步.文中,设计了一个新的滑模控制器,该控制器适用于一类系统,具有较好的鲁棒性,并且给出了严格的数学证明.本文实现了整数阶Sprott系统和分数阶Chen系统的同步和整数阶吕系统和分数阶Liu系统的反同步.这两个例子有效的证明了所提理论的可行性和正确性.同时,也将同步与反同步的概念统一在一起.     

一类3阶非线性系统的非奇异终端滑模控制

针对传统非奇异终端滑模控制方法不适用于3阶系统的问题,提出一类具有不确定和外干扰的3阶非线性系统的新型非奇异终端滑模控制方法.该方案首先结合backstepping控制中的动态面方法和传统2阶非奇异终端滑模控制构造非奇异3阶终端滑模面,首次提出采用高阶滑模微分器估计值代替控制器中的负指数项.采用非线性干扰观测器任意精度地估计不确定和干扰,设计控制器中的补偿项.采用终端吸引子函数做趋近律避免抖振的同时能保证有限时间趋近滑模面.基于有限时间稳定李雅普诺夫定理证明了被控状态将在有限时间内收敛到任意小的闭球内.所提出方案快于传统的递阶线性滑模控制和其他非奇异终端滑模控制.仿真中与其他滑模控制方案对比,总误差减小18%以上,超调及收敛时间也显著下降.     

分数阶PI^λD^μ控制器控制性能的研究

现实控制系统研究中存在很多分数阶系统,因此对系统提出了分数阶PI~λD~μ控制器,控制器将传统整数阶PID控制器的微分与积分阶数扩展到分数,增加了两个参数微分阶数μ和积分阶数λ.为了对比研究分数阶系统分别在分数阶PI~λD~μ控制器控制下和在整数阶PID控制器控制下的系统性能,针对一个典型的分数阶系统,分别设计两类控制器,再进行性能比较.实验仿真结果表明,与整数阶PID控制器相比,该系统在分数阶PI~λD~μ控制器控制下整个闭环系统具备较好的动、静态性能,并且鲁棒性较强,说明分数阶PI~λD~μ控制器控制性能的优越性以及当被控系统为分数阶系统时应该设计分数阶PI~λD~μ控制器.     

分数阶微积分在滑模控制中的应用研究

针对滑模控制所存在的抖振问题以及趋近问题,将分数阶微积分理论与滑模控制策略的优点相互结合,提出一种有效的分数阶趋近律.在控制器的设计过程中,将分数阶微积分引入到滑模控制中提出分数阶趋近律,并运用Lyapunov理论进行证明,从而确保系统的稳定性.将提出的控制方法应用于二关节机械臂上,进行仿真验证.结果表明:所提出的分数...     

R(o)ssler混沌系统的自适应滑模控制

为了实现对R(o)ssler混沌系统的控制,使得系统的状态变量在有限时间内达到平衡点,将R(o)ssler混沌系统作为控制对象,提出了一种自适应滑模变结构控制策略,主要包括滑模面设计和自适应滑模控制率的设计.设计了一种比例积分滑模面,并通过李雅普诺夫稳定性理论证明了滑模动态方程的稳定性,为解决滑模控制器抖振问题设计了参数自适应的趋近律,有效地消除了滑模控制器的抖振.仿真结果显示,经自适应滑模控制后的R(o)ssler混沌系统状态能快速稳定地收敛到平衡点,并消除了控制器的抖振.结果证明该方法有效地实现了R(o)ssler混沌系统的控制,并具有良好的动态性能.     

Chattering free full-order sliding-mode control

In conventional sliding-mode control systems, the sliding-mode motion is of reduced order. Two main problems hindering the application of the sliding-mode control are the singularity in terminal sliding-mode control systems and the chattering in both the conventional linear sliding-mode and the terminal sliding-mode control systems. This paper proposes a chattering-free full-order terminal-sliding-mode control scheme. Since the derivatives of terms with fractional powers do not appear in the control law, the control singularities are avoided. A continuous control strategy is developed to achieve the chattering free sliding-mode control. During the ideal sliding-mode motion, the systems behave as a desirable full-order dynamics rather than a desirable reduced-order dynamics. A systematic design method of full-order sliding-mode control for nonlinear systems is presented, which allows both the chattering and singularity problems to be resolved. Simulations validate the proposed chattering free full-order sliding-mode control.     

不确定非线性系统的高阶滑模控制器设计

针对一类不确定非线性SISO系统,结合系统有限时间稳定理论与积分滑模控制理论,提出了一种新的高阶滑模控制器设计方法,改善了现有高阶滑模控制中存在的缺陷.积分滑模保证了系统初始时刻就具有抗扰能力,同时采用有限时间稳定观测器实现了高阶滑模的输出反馈控制.仿真结果表明该控制器可使系统在有限时间内收敛,并有效地减小了系统抖振.     

A novel fractional order fuzzy PID controller and its optimal time domain tuning based on integral performance indices

A novel fractional order (FO) fuzzy Proportional-Integral-Derivative (PID) controller has been proposed in this paper which works on the closed loop error and its fractional derivative as the input and has a fractional integrator in its output. The fractional order differ-integrations in the proposed fuzzy logic controller (FLC) are kept as design variables along with the input–output scaling factors (SF) and are optimized with Genetic Algorithm (GA) while minimizing several integral error indices along with the control signal as the objective function. Simulations studies are carried out to control a delayed nonlinear process and an open loop unstable process with time delay. The closed loop performances and controller efforts in each case are compared with conventional PID, fuzzy PID and PI^λD^μ controller subjected to different integral performance indices. Simulation results show that the proposed fractional order fuzzy PID controller outperforms the others in most cases.     

Super-twisting second-order sliding mode control for a synchronous reluctance motor

This article presents the design and implementation of a super-twisting second-order sliding-mode controller (SOSMC) for a synchronous reluctance motor. Second-order sliding-mode control is an effective tool for the control of uncertain nonlinear systems since it overcomes the main drawbacks of the classical sliding-mode control, i.e., the large control effort and the chattering phenomenon. Its real implementation implies simple control laws, and ensures an improvement in the sliding accuracy with respect to conventional sliding-mode control. This article proposes a novel scheme that is based on the technique of super-twisting second-order sliding-mode control. First, SOSMC is derived mathematically, and then the performance of the proposed method is verified by simulations. The proposed SOSMC shows robustness for variations in the motor parameters and an improvement in the chattering phenomenon.     

Design of a chatter-free terminal sliding mode controller for nonlinear fractional-order dynamical systems

This paper investigates the problem of robust control of nonlinear fractional-order dynamical systems in the presence of uncertainties. First, a novel switching surface is proposed and its finite-time stability to the origin is proved. Subsequently, using the sliding mode theory, a robust fractional control law is proposed to ensure the existence of the sliding motion in finite time. We use a fractional Lyapunov stability theory to prove the stability of the system in a given finite time. In order to avoid the chattering, which is inherent in conventional sliding mode controllers, we transfer the sign function of the control input into the fractional derivative of the control signal. The proposed chattering-free sliding mode technique is then applied for stabilisation of a broad class of three-dimensional fractional-order chaotic systems via a single variable driving control input. Simulation results reveal that the proposed fractional sliding mode controller works well for chaos control of fractional-order hyperchaotic Chen, chaotic Lorenz and chaotic Arneodo systems with no-chatter control inputs.     

基于神经网络的PMSM自适应滑模控制

结合滑模控制和神经网络各自的优点,对永磁同步电机(PMSM)提出了一种基于神经网络的PMSM自适应滑模控制方案.首先设计了带积分操作的滑模变结构位置控制器,通过递归神经网络的在线学习来实时估计系统参数变化和外部负载扰动等不确定性的界限,减小滑模控制器的控制量.进而,在滑模控制器中又引入饱和函数取代符号函数,进一步减弱"抖振"现象.理论分析和实验仿真对比研究的结果表明所提出方法具有优越的动态性能和鲁棒性.     

基于离散模糊滑模的飞行器角度跟踪控制

为解决某型飞行器的角度跟踪控制问题,设计了离散模糊滑模角度跟踪控制算法.以飞行器在空间的姿态运动方程为基础建立了其短周期运动模型.基于离散时间模糊滑模算法,设计了双入双出的模糊控制器,将滑模切换函数及其变化率作为模糊控制器的输入,以模糊控制器的二维输出信号为依据调整滑模趋近律的参数,该算法在减小了系统的抖振同时,保持了...     

飞翼布局无人机分数阶积分滑模姿态控制

针对存在复合干扰的飞翼布局无人机(UAV)姿态控制问题,提出了一种基于分数阶积分滑模与双幂次趋近律的姿态跟踪控制方案.结合分数阶微积分及滑模变结构控制理论,设计了分数阶积分滑模面.为解决传统趋近律收敛时间长和抖振严重等不足,提出一种具有二阶滑模特性且有限时间收敛的双幂次趋近律.在名义控制律的基础上,设计super twisting滑模干扰观测器,实现对复合干扰的估计和补偿,增强内外环控制器应对复合干扰的鲁棒性.为充分利用冗余操纵面与解决非线性舵效问题,在飞行控制系统中引入了非线性控制分配环节.仿真结果验证了所提方案的有效性.