非匹配不确定性下连铸结晶器振动位移系统准滑模控制

以伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统为研究对象,针对系统中同时存在的匹配建模误差和非匹配外界时变扰动不确定系统,提出一种基于干扰补偿器的鲁棒准滑模控制方案.首先,针对非匹配外界时变扰动不确定系统,采用一种改进的解耦干扰补偿器,保证估计误差有界收敛;其次,采用一种新型的混合趋近律,将幂次趋近律与等速趋近律相结合,减小滑模面趋近时间;再次,基于切换函数设计扩张状态观测器用于观测系统不确定项(包括干扰补偿器估计误差及系统的匹配不确定性),并构建趋近律参数与不确定项的定量关系,以降低抖振,提高系统的控制性能和鲁棒性;最后,通过理论分析证明了闭环系统离散准滑动模态的稳定可达性.仿真分析结果表明了所提出控制方案的有效性.     

基于干扰补偿趋近律的离散滑模多周期重复控制

针对离散时间系统的多周期干扰抑制问题,提出一种离散滑模多周期重复控制器设计方法.利用非线性幂次函数设计新型离散趋近律,将周期差分等效干扰以加权形式嵌入到趋近律中,构造带干扰补偿作用的离散趋近律,并据此设计离散滑模多周期重复控制器.为了进行控制器参数整定和表征闭环系统的收敛性能,推导准滑模域边界层的表达式.所提出控制方法既能够消除多周期干扰信号,也能够减小准滑模域边界层.数值仿真验证了所提出控制方法的有效性.     

基于ESO的Buck型变换器趋近律控制

针对Buck型变换器系统中存在的时变干扰,如输出负载波动,本文提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的趋近律控制方法。首先,对系统中存在的时变干扰进行建模,把抑制时变干扰问题转换为抑制匹配和非匹配扰动问题。其次,设计一种扩张状态观测器,用于估计匹配和非匹配扰动。然后,根据提出的新型指数幂次趋近律设计滑模控制器,结合ESO,有效抑制时变干扰对系统的影响,并通过Lyapunov稳定性定理分析观测器的收敛性和闭环控制系统的稳定性。最后,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于干扰观测器的机械臂改进趋近律的滑模控制

针对机械臂滑模控制中存在抖振的问题以及对外界干扰较为敏感的特性,设计了一种基于干扰观测器的机械臂改进趋近律的滑模控制策略。该策略在指数趋近律中引入饱和函数,提出了一种改进趋近律;根据系统动力学模型,对系统的不确定性和外部干扰采用干扰观测器进行观测;在此基础上设计系统滑模控制律,控制律对未观测的干扰进行补偿。仿真结果表明,控制策略能有效地抑制轨迹跟踪中的抖振问题,较好地克服外界干扰,保证系统的控制性能。     

多源扰动下光电跟踪系统连续非奇异终端滑模控制

针对多源扰动下的光电跟踪系统,提出一种基于有限时间扰动观测器的连续非奇异终端滑模控制方法.首先,通过扰动观测器在有限时间内估计出集总扰动并用于快速幂次趋近律的设计,利用非奇异快速终端滑模面和等效控制方法,得出连续有限时间控制律.采用Lyapunov稳定性方法进行了严格的有限时间收敛证明.其次,对2–DOF光电跟踪系统进行建模,分析影响控制精度的多源干扰因素,并进行控制律设计.最后,结合实际工作环境进行仿真与实验研究,论证算法的有效性.结果表明,提出的控制方法可使得系统输出即使在多源扰动存在情况下,也可在有限时间内快速收敛到平衡点,提高了光电跟踪系统的抗干扰能力与稳态控制精度.     

基于双幂次趋近律的滑模控制方法

针对滑模控制中传统趋近律存在抖振、收敛速度慢的问题, 提出一种基于特定双幂次趋近律的滑模控制方案. 双幂次趋近律具有全局快速的固定时间收敛特性, 收敛时间存在与滑模初值无关的上界. 当系统存在有界集总扰动时, 双幂次趋近律能使滑模及其一阶导数在有限时间收敛到稳态误差界内. 仿真分析验证了所提出方法的有效性.

     

非线性不确定系统的非奇异快速终端滑模控制

针对存在非匹配干扰的非线性系统,设计了一种基于干扰观测器和反步法的非奇异快速终端滑模控制.引入非线性干扰观测器估计系统的不确定性,利用反步的思想处理高阶非线性系统,从而可以将非线性干扰观测器估计的干扰值引入反步法的虚拟控制量中,同时设计一种新颖的非奇异快速终端滑模控制律保证系统的收敛速度和精度.利用Lyapunov函数从理论上证明了所设计的控制器可以保证闭环系统的有限时间收敛.最后通过数值仿真验证了所设计的控制方法的有效性.     

改进幂次趋近律的机械臂滑模控制律设计

针对机械臂滑模控制中存在的抖振问题,采用趋近律的方法来进行改善,在对机械臂的控制特点和常用的滑模趋近律进行分析的基础上,针对幂次趋近律的缺点,提出了一种改进的幂次趋近律,并对其趋近性能进行了分析;根据机械臂动力学模型和改进的幂次趋近律设计了相应的滑模控制策略,对其控制策略的位置跟踪特性和抖振消除能力等进行了验证;仿真结果表明,该控制策略不仅有效地抑制了机械臂滑模控制中的抖振问题,而且保证了机械臂系统对期望轨迹的快速跟踪性,具有更好的趋近特性和收敛特性。     

非匹配离散系统无抖振鲁棒准滑模控制

研究离散准滑动模态的鲁棒性恢复和抖振削弱问题。针对一类同时含有匹配建模误差和非匹配外界干扰不确定离散系统,设计一种基于解耦干扰补偿器的鲁棒准滑模控制方案。为保证系统的鲁棒性,针对非匹配外界干扰设计一种改进的解耦干扰补偿器,估计误差有界收敛。通过引入幂次函数设计鲁棒离散准滑模控制器,消除系统抖振,给出切换函数准滑模带,并证明了闭环系统离散准滑动模态的稳定可达性。最后通过仿真验证了所提出控制方案的有效性。     

Buck变换器的改进型互补滑模控制

针对Buck变换器系统中存在匹配和不匹配干扰的问题, 本文提出了一种基于干扰观测器(DOB)的改进型互补滑模控制(CSMC)策略. 首先, 建立存在多重干扰的Buck变换器数学模型, 将模型改写为标准二阶积分型控制对象, 将式中干扰统一为匹配干扰和不匹配干扰. 其次, 设计2个DOB分别估计匹配干扰和不匹配干扰, 实现有限时间内跟踪干扰信号, 以抵消各种不确定性对系统的影响. 然后, 设计互补滑模面, 提出基于等效控制的改进型互补滑模控制律, 保留边界层内鲁棒性的同时, 提升控制器的动态性能, 减小静态误差, 拓宽边界层参数选择范围. 最后, 基于李雅普诺夫理论证明所提出控制器的稳定性. 数字仿真表明, 提出的改进型CSMC控制器结合DOB的总体控制方案能够有效抑制系统匹配和不匹配干扰, 同时获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.     

A novel fixed-time sliding mode control for nonlinear manipulator systems based on adaptive disturbance observer

Considering that in the trajectory tracking control of a nonlinear robotic manipulator system, the control effect is easily limited by the initial state of the system, and the system has modeling error, unknown disturbance, and friction in the actual control, to overcome the above problems, a fixed-time sliding mode control (SMC) strategy based on adaptive disturbance observer (ADO) is developed in this paper. Firstly, feedforward compensation of the system is achieved by developing an ADO to accurately estimate the compound disturbances in the system. Second, a new fixed-time sliding mode (SM) surface is presented to overcome the singularity issue and accelerate the error convergence. In addition, to enhance the performance of the reaching phase, a variable exponential power reaching law (VEPRL) is developed, which can effectively adjust the convergence rate. Through rigorous theoretical analysis, it is shown that the system state can be stabilized at a fixed time, and an upper bound on the convergence time is also given. Finally, the effectiveness of the control method is verified by comparing it with different control schemes in simulation.     

基于模糊滑模控制器和两级滤波观测器的永磁 同步电机无位置传感器混合控制

针对传统带有滑模观测器的永磁同步电机控制系统中的转矩脉动大、抖振明显、反电动势估计精度差等 问题, 在速度环提出了基于双曲正弦函数的新型趋近率, 结合模糊控制思想对趋近率参数实现自整定, 设计了一种 基于新型趋近率的模糊积分滑模速度环控制器; 同时, 在滑模观测器中提出基于变截止频率低通滤波器和修正反 电动势观测器的两级滤波结构来抑制反电动势中的高频分量和纹波分量, 并对转子位置进行合理补偿, 设计了两级 滤波滑模观测器; 通过Lyapunov判据对本文提出的控制策略的稳定性进行了推导证明. 仿真结果表明, 与传统滑模 观测器相比, 本文控制器可使电机在启动和受到外部扰动时系统响应良好.     

带宽化扰动观测复合滑模的闭链机构协调控制

针对闭链机构关节协调控制问题,在耦合空间中提出了一种带宽化扰动观测器复合等速趋近律的滑模控制方法.扰动观测器保留扩张状态观测器的计算结构,使用观测误差的比例、积分、微分(P, I, D)估计扰动;它与滑模控制复合,不但放宽了滑模切换增益的边界条件,而且消除了抖振.使用等速趋近律,切换增益可根据执行器饱和限制条件计算获得,其他控制参数结合带宽参数化法整定.仿真和实验表明,带宽化扰动观测器复合滑模控制,可以在系统限制允许的范围内有效解决闭链机构协调控制问题,且具有参数物理意义明确,易整定的优点.     

基于混合滑模控制器和反正切观测器的SPMSM直接转矩控制

针对基于传统PI控制的表贴式永磁同步电机(SPMSM)直接转矩控制系统抖振和相位延迟等问题,在转速环节设计新型趋近律,采用模糊自适应方法,实现趋近律参数的动态调节,并通过Lyapunov方法证明稳定性.利用super-twisting滑模策略生成参考电压矢量,完成混合滑模控制器的设计,建立基于反正切函数的滑模观测器,并对转子位置进行合理补偿.仿真实验表明,与PI控制、基于指数趋近律的滑模控制器相比,所设计的控制器在电机空载起动和外加干扰情况下均能有效提高系统响应,显著降低抖振,与其他模型参考自适应观测器相比,所设计观测器能有效减小相位延迟,转子位置辨识结果更准确.     

Analysis and design of chattering‐free discrete‐time sliding mode control

In this paper, the disturbance observer–based chattering‐free discrete‐time sliding mode control (DSMC) approach is proposed for systems with external disturbances. The proposed disturbance observer, which makes full use of the state and input information at the current and last steps, improves the estimation accuracy and achieves accurate compensation for disturbances. Then, with the help of disturbance observer, a new reaching law, which contains not only a nonsmooth term with a dynamically adjusted gain parameter but also a second order difference of the disturbance, is proposed to reduce the range of the quasi‐sliding mode band and eliminate chattering. The proposed DSMC approach realizes the active disturbance rejection and strong robustness. Finally, a simulation example is presented to verify the effectiveness of the proposed method.     

可控励磁直线同步电动机的全局积分Terminal滑模控制

为提高可控励磁直线磁悬浮同步电动机进给系统的快速性与鲁棒性,提出全局积分Terminal滑模控制策略.构造新型的全局积分Terminal滑模面,对系统状态任意初值可在有限时间内收敛到零点,在趋近律中引入衰减因子,可减小系统抖振;在构造滑模面和趋近律的基础上设计全局积分Terminal滑模速度控制器;为进一步削弱滑模控制的抖振,减小切换增益,用径向基函数神经网络设计扰动观测器,并对扰动进行前馈补偿控制.仿真结果表明全局积分Terminal滑模控制策略能够明显改善系统的动态性能,缩短误差的收敛时间,提高系统抑制扰动的能力,削弱系统的抖振,增强系统的鲁棒性.     

Observer Based Control of a Missile Seeker System Using Sliding Modes

Control of the seeker is important for successful operation of a missile. This paper proposes robust sliding mode control (SMC) with sliding mode observer (SMO) for the seeker. The SMO is designed for the extended state system wherein the disturbance is considered as an additional state. Estimated disturbance is used to update the SMC law.     

TORA系统基于自调节滑模干扰补偿器的解耦滑模控制

针对欠驱动TORA系统,提出一种基于自调节滑模干扰补偿器的解耦滑模控制方法。所提出的控制方法无需系统不确定性上界的先验信息,对于系统不确定性具有良好的适应性。该控制方法包括设计一种自调节滑模干扰补偿器和一种新型的双幂次趋近律,所设计的自调节滑模干扰补偿器能够利用切换增益自适应算法准确逼近上界未知的系统不确定性,所提出的新型双幂次趋近律能够保证系统状态的快速趋近并抑制控制器的高频抖动。采用Lyapunov稳定性理论证明闭环控制系统的稳定性,并通过数值仿真实验验证所提出的控制方法的有效性。