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.     

无刷直流电动机模糊滑模变结构控制的研究

无刷直流电动机的参数强耦合、高度非线性特性增加了对其速度控制的难度,针对上述特点,为提高系统控制的精度和稳定性,设计了一种模糊滑模变结构速度控制器。在传统的滑模变结构控制基础上,引入模糊控制,建立基于等效控制和切换控制的模糊系统,通过隶属度函数的变化来有效地消弱单纯滑模变结构控制所带来的抖振现象,而不牺牲滑模变结构控制对系统参数摄动和外界扰动的强鲁棒性以及快速性等优点。在Matlab软件上仿真结果表明控制器具有良好的控制性能和鲁棒性能。     

四旋翼飞行器的自适应二阶滑模控制

针对四旋翼飞行器参数变化的姿态控制问题,将自适应光滑二阶滑模控制方法应用于四旋翼飞行器控制系统.对于参数变化引起的模型不确定性部分采用滑模干扰观测器进行补偿,对姿态系统设计自适应光滑二阶滑模控制器,有效地减弱传统滑模控制的抖振,控制器参数的在线调整提高了系统的控制精度.基于Lyapunov理论证明了系统的有限时间稳定.数字仿真和实验结果都验证了所提控制方法的有效性.     

基于二阶滑模控制理论的新型滚转稳定控制器

为了降低导弹飞行中不确定因素等对弹体滚转稳定的影响,设计两种新型基于二阶滑模控制理论的滚转稳定控制器,即基于二阶滑模控制理论的控制器与基于super-twisting算法的控制器.第一种控制器能够稳定地控制滚转角收敛至期望值,而第二种控制器不仅能够有效降低气动参数不确定性对弹体滚转控制造成的影响,而且能控制滚转角速度在有限时间内收敛至期望值,并有效抑制滑模算法固有的抖振现象.通过构造Lyapunov函数对所设计控制器的稳定性进行理论验证,将所设计的两种控制器与基于线性滑模控制理论的控制器和基于终端滑模控制理论的控制器进行仿真对比,并考虑不同攻角条件下气动参数的影响,以验证所设计的控制器的有效性、快速性和鲁棒性.     

悬臂式掘进机器人截割臂建模与二阶滑模控制器设计

根据悬臂式掘进机器人截割工艺和结构特点,建立了截割臂动力学模型.将一种基于有限状态结构的二阶滑模控制扩展到多输入多输出系统中,在无速度观测器的情况下,保证了滑模量及其导数在有限时间收敛到零.算法消弱了传统滑模控制中的抖动问题,提高了控制系统精度.利用提出的多输入多输出二阶滑模控制算法,设计了截割臂控制器.通过仿真和实验,证明了算法的有效性.     

电动汽车IPMSM滑模观测器速度控制方法

增程式电动汽车在实际运行中容易产生驱动电机内部参数不确定性和外部扰动的问题,制约了控制系统性能的进一步提升,针对此问题开展电动汽车内置式永磁同步电机速度跟踪控制的研究。为电动汽车驱动电机设计了常规的基于扰动上下界的滑模速度控制器。为了抑制抖振,采用滑模观测器对扰动进行观测,将观测结果前馈至控制器内部,对驱动电机中扰动进行补偿,以降低滑模控制器中的抖振。在ECE工况下对基于上下界的滑模控制和基于观测器的控制方案进行了仿真和实验,对速度的跟踪性能和抖振的削弱性能进行了对比,结果显示负载不发生变化时速度跟踪误差由±0.08 km/h缩小到±0.01 km/h,负载发生变化时,速度跟踪误差由11.3 km/h缩小到1.6 km/h。     

一类新的二阶滑模控制方法及其在倒立摆控制中的应用

二阶滑模作为高阶滑模的特殊情形, 不仅具有传统滑模鲁棒性强、对外界干扰不敏感的特点, 而且能够有效地消弱传统一阶滑模中存在的"抖振"现象. 本文设计了一种新的二阶滑模控制算法. 该算法的优点是假设不确定性是由非负函数限制而不是由常数限定. 因此, 该算法在实际应用中具有更广的应用范围. 此外, 算法中的加幂积分技术保证了系统在有限时间内稳定, 而不是传统二阶滑模中普遍存在的有限时间收敛, 并给出了严格的数学证明. 最后, 在倒立摆控制中的应用验证了该算法的有效性.     

轮式移动机器人轨迹跟踪控制研究

针对轮式移动机器人参数摄动和内外部扰动等问题,提出一种新型的基于自适应扩张状态观测器的滑模控制算法。采用自适应虚拟速度控制器估计系统未知参数,滑模控制器抑制参数摄动和内外部扰动,非线性扩张状态观测器观测系统扰动并减小控制输入的抖振,实现了轨迹跟踪误差的快速收敛。利用Lyapunov稳定性理论证明了控制算法的稳定收敛性。将所提算法与传统自适应反演滑模算法进行对比,对比结果表明了所提算法的有效性和鲁棒性。     

永磁同步电动机无传感器二阶滑模观测器仿真研究

针对永磁同步电动机无传感器控制采用传统滑模观测器引起的"抖振"现象,提出了一种基于二阶滑模控制方法的滑模观测器,并将其用于估算永磁同步电动机的转子位置和速度;采用Matlab/Simulink软件,分别在理想情况及存在参数摄动情况下,对永磁同步电动机采用传统滑模观测器和二阶滑模观测器控制时的转子位置和速度进行估算,结果表明该二阶滑模观测器在没有低通滤波器的情况下即可得到平滑的电动机速度和位置估算曲线,估算误差较传统滑模观测器小,且具有更高的观测精度和更好的鲁棒性。     

无刷直流电机的神经滑模变结构控制

针对工业控制中对无刷直流电机位置控制的高精度要求,研究了滑模变结构控制和神经网络相结合的控制方法.为了消除滑模变结构控制方法中存在的抖振缺点,提出了一种神经滑模控制方法.方法首先设计了一个二阶时变滑模面,使系统的初始状态就在滑模面上,可以增强系统的鲁棒性.然后,通过径向基函数神经网络学习电机的负载、干扰等参数,使滑模控制的切换控制项能随着负载参数的变化而变化,削弱了滑模变结构控制的抖振.对上述方法进行仿真,结果证明了上述方法的有效性,为无刷直流电机优化控制提供了有效手段.     

ON STABILITY AND PERFORMANCE OF INDUCTION MOTOR SPEED DRIVES WITH SLIDING MODE CURRENT CONTROL

A novel inner loop sliding mode current control scheme for induction motor speed drives is proposed in this paper. The controller design is based on the nonlinear mathematical model of an induction motor in a coordinate system oriented along the rotor flux. The parameters of the PI speed controller are taken into consideration in the inner loop sliding mode current control. Rigorous stability verification for the overall system is provided in this paper. The chattering in sliding mode control is attenuated using the reaching law design method. The experimental results show that the proposed approach exhibits robust tracking performance in the presence of motor parameter variations and load disturbances.     

永磁同步电机的高阶终端滑模控制方法

提出一种基于高阶终端滑模的永磁同步电机转速控制方法, 提高了系统的鲁棒性和响应速度. 根据矢量控制原理, 设计了非奇异终端滑模面, 使得电机转速、直轴电流、交轴电流在有限时间内达到给定值. 同时, 采用高阶滑模消除抖振, 保证系统的稳定性. 仿真结果表明, 和PI控制方法相比, 电机转速能够更快地跟踪给定值, 并且, 系统对于负载扰动具有较强的鲁棒性.     

基于模糊扰动观测器的PMSM积分滑模控制研究

为了克服传统永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)的滑模控制增益大容易产生抖振的问题,提出基于模糊观测器的PMSM积分滑模控制策略。采用新型趋近律设计积分滑模控制器取代传统的滑模控制器,提高系统的动态响应性能。结合模糊控制与自适应控制的特点,设计模糊扰动观测器,能够迅速有效地观测系统内部参数变化和外部扰动,并对积分滑模速度控制器进行前馈补偿,削弱系统抖振的同时提高了系统的鲁棒性。通过李雅普诺夫理论证明了该控制系统的稳定性。仿真及实验结果验证了该方法具有较强的鲁棒性,可以实现良好的跟踪效果并且无抖动。     

模糊自学习滑模变结构控制的研究及在直线AC伺服系统中的应用

滑模变结构控制（SMSVC）是一种特殊的非线性控制策略,它对参数变化,负载扰动以及系统的不确定性有强的鲁棒性。然而,系统的控制精度和稳定性受到由滑模开关控制所引起的抖振的影响,在本文给出的方法中,抖振可以通过在传统的滑模控制中引入模糊自学习加以有效的抑制,而对SMVSC的强鲁棒性不产生影响,对于直接驱动的AC直线伺服系统的仿真结果显示了这种方法是有效的。     

无刷直流电机转速伺服系统反步高阶滑模控制

针对无刷直流电机转速伺服系统高性能非线性鲁棒控制, 提出一种新型的多滑模反步高阶滑模非线性控制方法. 在控制律设计的每一步都引入二阶滑模Super-Twisting 算法, 无需计算变量导数, 消除了滑模抖振, 并在第1 级子系统虚拟控制律设计中提出一种改进的二阶滑模Super-Twisting 算法. 与传统双闭环PI 控制相比, 能够令系统的动静态性能更好, 转矩脉动更小, 鲁棒性更强; 与标准Super-Twisting 算法相比, 进一步提高了系统对阶跃负载扰动的抑制能力. 最后通过仿真分析表明了所提出方法的有效性.

     

Bio-inspired backstepping adaptive sliding mode control for parallel mechanism with actuation redundancy

This paper presents a bio-inspired backstepping adaptive sliding mode control strategy for a novel 3 degree of freedom (3-DOF) parallel mechanism with actuation redundancy. Based on the kinematic model and the dynamic model, a sliding mode controller is designed to assure the tracking performance, and an adaptive law is introduced to approximate the system uncertainty including parameters’ variation, external disturbances and un-modeled part. Furthermore, a bio-inspired model is introduced to solve the inherent chattering problem of sliding mode control and provide a chattering free control. The simulation and experimental results testify that the proposed bio-inspired backstepping adaptive sliding mode control can achieve better performance (the tracking accuracy, robustness, response speed, etc.) than the conventional slide mode control.     

基于新型趋近律的双定子电机控制系统研究

为了提高双定子永磁无刷(DS-PMBL)电机调速系统的动态品质,在纯指数趋近律的基础上,结合终端吸引因子与系统状态变量的幂函数,进而提出一种新型的趋近律,有效抑制了滑模控制抖振,显著提高滑模趋近速度.以该新型趋近律为基础,设计了DS-PMBL电机的数学模型与滑模速度跟踪控制器,采用id=0的矢量控制方法确定DS-PMBL电机的动态性能,并与常规指数趋近律进行仿真比较.结果表明,提出的改进控制系统与传统的控制方法相比,提高了滑模趋近速度,减小了抖振,明显地提高了系统的动态特性与鲁棒性.     

基于自回归小波神经网络的感应电动机滑模反推控制

为了提高感应电动机控制的鲁棒性, 提出了一种新颖的感应电动机解耦模型. 基于感应电动机的解耦模型, 利用滑模控制和反推控制设计电动机的虚拟转矩和磁链电压控制器. 滑模开关增益的大小是造成系统抖振的关键, 采用自回归小波神经网络(Self-recurrent wavelet neural networks, SRWNN)在线估计滑模开关增益的大小可以有效降低滑模控制造成的抖振. 仿真结果表明基于SRWNN在线估计滑模开关增益的滑模反推控制方案可以有效提高感应电动机控制的鲁棒性, 同时降低了滑模控制造成的抖振.     

基于模糊逻辑的连续滑模控制

针对一类具有不确定性的非线性系统，根据滑模控制原理，提出了一种基于模糊逻辑的连续滑模控制设计方法。由于使用了适当的模糊逻辑切换，避免了滑模控制所固有的颤动现象．仿真结果表明，本文设计的模糊控制，对模型不确定性和外来干扰具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能．