机器人全局PID模糊滑模跟踪控制与仿真研究

为解决机器人跟踪控制过程中采用PID控制算法会出现抖动和误差的问题,提出了一种机器人全局PID模糊滑模跟踪控制算法.通过将PID滑模控制和模糊控制相结合,设计了全局PID模糊滑模控制;基于模糊规则,对滑模控制增益进行自适应调整,从而消除建模误差和干扰,削弱了控制时产生的抖振,在线调整控制器参数和估计误差,并通过积分来消除外界干扰,因此提高了控制精度.仿真结果表明,与常规的PID算法相比,该方法在处理控制抖动和消除误差以及干扰方面具有极高的鲁棒性.     

永磁球形电机的少保守性滑模控制

永磁球形电机轨迹跟踪控制方法常常利用高增益的控制输出来保证系统的鲁棒性及跟踪控制的快速性.但这种保守控制会带来较大的控制作用,甚至导致执行器饱和.为了减少控制的保守性,本文设计了一种带有非线性干扰观测器的模糊滑模控制器来解决球形电机的轨迹跟踪问题.利用干扰观测器对不确定性、摩擦、外界干扰、负载扰动等进行估计,并在控制输入端进行补偿实现对干扰的抑制.并利用滑模控制器抵消干扰观测器的干扰观测误差及不可观测部分的干扰,为了减少滑模的抖振,本文利用模糊逻辑对该部分进行逼近,并利用模糊的输出增益代替滑模的切换增益.此外通过Lyapunov方程证明了本文控制器的稳定性.仿真结果表明在存在模型不确定性及各种干扰的情况下,本文的轨迹跟踪控制具有良好的动静态性能和少保守性.     

磁悬浮准滑模目标跟踪控制器设计

磁悬浮控制问题中,由于模型不确定性的存在,需要设计不依赖系统精确模型的控制方案.滑模变结构控制不完全依赖对象模型,具有响应快、结构简单的优势,但切换控制引起的抖振问题需要设法削弱,以保证闭环系统的鲁棒稳定性.首先以机理分析的方法建立单自由度悬浮系统的线性化模型,然后采用滑模控制方法设计了目标位置跟踪控制器.为了有效削弱系统输出的抖振现象,在滑模滑动控制阶段采用连续饱和函数的方式实现滑模面平稳切换.以46g小球在目标位置悬浮控制进行仿真以及多方案对比分析,结果表明,所得滑模控制器具有较好的目标跟踪性能.在输出端施加给定量2.5％幅度的随机干扰,系统显示出较强的鲁棒性.     

永磁同步电动机新型自适应滑模控制

永磁同步电动机(PMSM)是多变量、强耦合、非线性时变系统, 对外界干扰及内部参数摄动较为敏感, 为提高系统的鲁棒性, 本文提出一种基于非线性滑模面的自适应滑模变结构控制方法. 根据复合非线性反馈控制理论, 为PMSM滑模控制系统设计非线性滑模面, 通过实时改变控制系统的阻尼系数来提高PMSM伺服系统的瞬态响应性能. 在PMSM伺服系统外界扰动及内部参数摄动的上下界未知的情况下, 采用自适应参数校正律来调节控制增益的大小, 改善了系统的抖振现象. 此外, 对电机的电流及转速进行了饱和限制, 使得所设计的伺服控制系统可用于大范围的位移跟踪. 仿真结果表明, 与基于线性滑模面的控制器相比较, 本文所设计的基于非线性滑模面的自适应滑模控制器使得电机转子位移能够更快且无超调的到达给定值, 且系统的抖振现象明显减弱.     

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.     

基于自适应模糊滑模控制的船舶航向控制器设计

针对船舶运动系统中固有的非线性、模型不确定性和风、浪、流等的干扰.提出了自适应模糊滑模控制(AFSMC)策略解决船舶的航向控制问题.通过采用模糊逻辑系统逼近系统未知函数,将滑模控制技术与自适应模糊控制技术相结合,设计了船舶航向AFSMC控制器.在滑模边界层内应用PI (proportional-integral)控制代替滑模控制中的切换项,削弱了滑模控制带来的抖振现象.借助李亚普诺夫函数证明了船舶运动系统中的信号都一致有界并利用Barbalat引理证明了跟踪误差渐近收敛到零.在参数摄动和外界干扰情况下进行了航向保持与改变仿真试验,采用AFSMC控制器得到了与无摄动和无干扰情况下相似的输出响应.实验结果表明,所提控制器能有效地处理系统不确定性和外界干扰,控制性能良好,具有很强的鲁棒性.     

基于自适应模糊滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制

针对传统滑模观测器(SMO)存在的抖振及相位延迟问题,提出一种自适应模糊滑模观测器来实现永磁同步电机(PMSM)无传感器控制.根据Lyapunov稳定性定理构建自适应模糊滑模观测器,以保证系统的稳定性.通过分析滑模增益对系统抖振的影响设计模糊控制系统,从而实现对滑模增益的动态调整,削弱抖振现象,提高系统的鲁棒性.建立反电动势观测器代替低通滤波器,避免相位延迟,从而提高系统的稳定性及准确跟踪性.仿真结果验证了所提出方法的可行性.     

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。     

Buck变换器的降阶扩张状态观测器与无抖振滑模控制（英文）

针对脉宽调制型Buck变换器的内外干扰和滑模控制的抖振等问题,本文提出了一种基于降阶扩张状态观测器和无抖振滑模的新型控制策略.首先,建立新型的跟踪误差状态空间模型,将匹配和不匹配干扰定义为统一的匹配干扰;然后,设计降阶扩张状态观测器提高跟踪误差微分和系统干扰的估计速度,并抵消负载和输入端的电压变化、系统参数不确定性对控制系统的影响;其次,利用跟踪误差微分的估计值设计滑模控制器抑制干扰估计误差,使得切换项近似为零,实现滑模技术的无抖振控制,提高Buck变换器系统电压跟踪的快速性和准确性.利用李雅普诺夫稳定判据从理论上证明了所提控制器的闭环稳定性.最后,仿真结果表明所提方法通过抑制抖振和内外干扰有效改善Buck变换器的鲁棒性和动态性能.     

多关节机器人的模糊神经滑模控制

针对含有建模误差和不确定干扰的多关节机器人轨迹跟踪控制,提出了一种模糊神经滑模控制方法.该方法采用全局快速终端滑模面,保证了系统能够从任意初始状态在有限时间内到达滑模面和平衡点.采用模糊神经网络自适应地补偿系统的建模误差和外界干扰,保证了滑模控制在滑模面的运动.文中利用李亚普诺夫稳定性判据推导出了控制器的控制律和模糊神经网络的目标函数,通过模糊神经网络的在线学习.削弱了滑模控制的抖振.仿真结果表明了其有效性.