考虑控制饱和的连铸结晶器振动位移系统预设性能控制

针对伺服电机驱动的连铸结晶器控制系统执行器输入饱和和状态受限问题,同时考虑系统存在负载扰动、参数摄动等不确定性问题,提出一种基于扩张状态观测器的跟踪误差预设性能反步控制策略.首先,针对执行器输入饱和问题,建立系统的数学模型;然后,采用一种线性扩张状态观测器实时观测系统时变负载扰动、参数摄动等不确定性,并对观测误差的收敛性进行分析;接着,针对伺服电机电流饱和与跟踪误差预设性能控制问题,通过引入辅助状态变量确保系统跟踪误差限定在允许范围内,设计基于扩张状态观测器的反步(Backstepping)控制器;最后,根据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性,并通过系统仿真验证所提出控制策略的有效性.     

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。     

基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模 动态面输出反馈控制

针对三自由度全驱动船舶速度向量不可测问题,考虑船舶模型参数和外部环境扰动均未知的情况,提出一种基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模动态面输出反馈控制方法.该方法设计神经网络自适应观测器估计船舶速度向量,且利用神经网络逼近模型参数不确定项,综合考虑船舶位置和速度误差之间关系构造递归滑模面,再采用动态面控制技术设计轨迹跟踪控制律和参数自适应律,并引入低频增益学习方法消除外界扰动导致的高频振荡控制信号.选取李雅普诺夫函数证明了该控制律能够保证轨迹跟踪闭环系统内所有信号的一致最终有界性.最后,基于一艘供给船进行仿真验证,结果表明,船舶轨迹跟踪响应速度快,所设计控制器对系统模型参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性.     

时变终端滑模自适应有限时间控制算法

为实现非线性系统输出对期望轨迹的有限时间内精确跟踪，提出一种有限时间鲁棒控制算法。通过设计一种无到达过程的时变终端滑模面，在保证有限时间收敛的基础上，消除了传统滑模控制中固有的稳态误差，实现系统输出对期望轨迹的精确跟踪。设计了自适应更新律补偿由参数摄动导致的系统扰动，增强系统对内部未知参数摄动的鲁棒性。对比仿真结果表明：时变终端滑模控制比线性滑模控制的轨迹跟踪时间快41.5%；线性滑模控制器下的轨迹跟踪稳态误差为0.005，时变滑模控制器使轨迹跟踪的稳态误差降为0，实现精确跟踪。     

基于自适应滑模电流控制算法的仿真研究

针对永磁同步直线电机具有的非线性,扰动敏感的特点,提出基于自适应滑模电流控制算法的滑模控制.通过在电流环引入自适应律,进行在线估计系统内部参数摄动以及模型不确定性扰动,来改善永磁同步直线电机驱动系统中的电流环响应速度、追踪性能,并将正弦饱和函数代替常规sign函数,来削弱系统抖振,提高系统的鲁棒性和稳定性.同时设计二阶扩张观测器预测系统的负载扰动,二阶扩张观测器中利用提出的新型sigfal函数,改善了传统扩张观测器的预测精度和稳定性,然后将预测值前馈到电流环对其进行补偿,来减小滑模控制增益.仿真结果证明,所提出的方法可以提高永磁同步直线电机驱动系统的抗干扰性和动态响应性能.     

基于降阶扩张状态观测器的逆变系统重复控制设计

针对具有参数不确定性和负载扰动的单相全桥LC型逆变器,提出一种基于降阶扩张状态观测器（ROESO）的重复控制系统设计方法。首先,根据电路定理推导出逆变器的数学模型,并针对该模型利用系统可测量输出电压构造ROESO,用以实时估计由系统参数不确定性和外部干扰组成的总扰动。在此基础上,嵌入改进型重复控制器,构造复合重复控制规律,实现对扰动的有效抑制和对周期性参考输入的高精度跟踪。然后,利用小增益定理推导出系统的全局稳定性条件,并给出控制器参数整定方法和系统设计步骤。最后,通过仿真验证所提方法的有效性和优越性。     

直流降压变换器的降阶扩张状态观测器与滑模控制设计与实现

本文针对直流降压变换器的负载电阻扰动和输入电压变化等系统不确定因素对输出电压的影响,提出了基于降阶扩张状态观测器的滑模控制方法(SMC+RESO).首先设计降阶扩张状态观测器对系统状态,负载电阻扰动和输入电压变化进行估计,然后基于估计值利用滑模控制技术设计控制器,实现对直流降压变换器系统给定电压跟踪的快速性和准确性.值得注意的是,不同于文[1]所提出的基于扩张状态观测器的滑模控制方法(SMC+ESO),本文所提出的方法采用降阶扩张状态观测器,实现简单,且无需电流传感器,减小了实际应用的成本.利用Lyapunov稳定性定理从理论上证明了所设计的控制器可以保证闭环系统的稳定性.仿真和实验结果表明,与已有的基于扩张状态观测器的滑模控制方法相比,所提出的控制方法更好地改善了系统的跟踪性能和对干扰和不确定性的鲁棒性能,且减少了成本,但是牺牲了系统稳态性能.     

基于变速趋近律的Buck型变换器抗扰动控制

针对带有输入电压波动、输出负载突变以及电感电容参数摄动等匹配和非匹配扰动的Buck型变换器系统,提出一种基于变速趋近律和扰动观测器的抗扰动控制方法.设计反余切型辅助函数构造变速趋近律,通过改变系统状态的收敛速度,保证系统具有较快的瞬态响应速度和较小的控制器抖振.通过对系统模型进行低通滤波,设计一种新型扰动观测器估计系统匹配和非匹配扰动.该观测器只包含一个设计参数,且无需对系统状态量求导,可以避免因求导带来的系统噪声放大问题.最后,基于李雅普诺夫稳定性理论给出观测误差和输出电压误差的收敛性分析,并通过仿真和实验对比验证所提方法的有效性.     

含摩擦非线性系统的自适应滑模控制

针对摩擦非线性的扰动抑制和输出反馈控制问题,提出一种高阶滑模扩张状态观测器(ESO),实时获得系统的状态信号.在此基础上,设计神经网络自适应权值调节律,以得到控制信号设计参数与输出跟踪性能之间的关系;同时,给出保证系统动态性能的观测器状态初值与自适应调节律参数初值的充要条件.最后,通过稳定性证明和仿真算例验证了所提出控制算法的有效性.     

滑模控制在全桥式逆变器中的应用

提出了基于滑模控制的全桥式电压型逆变器的控制方法,解决了逆变器的电流基准不易测量的问题,并且在负载突变情况下,输出电压表现出对扰动的不敏感性和较强的鲁棒性以及良好的动态特性。给出了该滑模控制全桥式电压型逆变器在无刷双馈电机串级调速中的应用。应用表明,基于滑模控制的全桥式电压型逆变器输出电压能够快速跟踪参考信号。     

基于滑模控制的独立光伏发电系统控制策略

针对独立运行的光伏发电系统,提出了基于滑模控制的最大功率跟踪(MPPT)策略;针对光伏微源输出功率随机性引起的逆变器输入侧直流母线电压波动,通过储能控制实现电压稳定;针对负载变化引起的系统输出电压波动,设计了系统输出电压电流双闭环控制器。通过MatLab/Simulink对提出控制策略进行了仿真验证。分析结果表明,所提出滑模控制策略可实现光伏电池的MPPT;储能控制策略可有效抑制光伏微源输出功率波动引起的直流母线电压波动;输出电压控制策略能稳定系统电压,确保安全可靠运行。     

采用ESO的Boost变换器改进滑模控制

本文针对Boost变换器的负载电阻扰动和输入电压变化等系统不确定因素对输出电压的影响,提出了一种基于扩张状态观测器的改进滑模控制算法.首先,设计扩张状态观测器对系统状态、负载电阻和输入电压值进行估计,然后基于得到的估计值采用改进滑模控制算法设计系统控制器.通过理论分析,证明了Boost变换器闭环控制系统的稳定性.仿真和实验结果表明,与传统的滑模控制算法相比,本文所提出的控制算法更好地改善了系统的跟踪性能,提升了系统的鲁棒性.     

Design of Second Order Sliding Mode and Sliding Mode Algorithms: A Practical Insight to DC-DC Buck Converter

This paper presents a simple and systematic approach to design second order sliding mode controller for buck converters. The second order sliding mode control (SOSMC) based on twisting algorithm has been implemented to control buck switch mode converter. The idea behind this strategy is to suppress chattering and maintain robustness and finite time convergence properties of the output voltage error to the equilibrium point under the load variations and parametric uncertainties. In addition, the influence of the twisting algorithm on the performance of closed-loop system is investigated and compared with other algorithms of first order sliding mode control such as adaptive sliding mode control (ASMC), nonsingular terminal sliding mode control (NTSMC).In comparative evaluation, the transient response of the output voltage with the step change in the load and the start-up response of the output voltage with the step change in the input voltage of buck converter were compared. Experimental results were obtained from a hardware setup constructed in laboratory. Finally, for all of the surveyed control methods, the theoretical considerations, numerical simulations, and experimental measurements from a laboratory prototype are compared for different operating points. It is shown that the proposed twisting method presents an improvement in steady state error and settling time of output voltage during load changes.      

基于RBF网络自适应的Buck变换器终端滑模控制

对于Buck变换器系统,考虑到实际应用中负载变动引起系统参数的不确定性,且不确定性上界无法测量的情况,本文拟采用RBF神经网络对不确定性上界进行自适应学习。针对Buck变换器输出电压的控制问题,为了避免普通滑模控制跟踪误差渐进收敛的问题,改善其动态响应速度和稳态性能,本文拟设计一种基于RBF神经网络的上界自适应的终端滑模控制器,并通过Simulink仿真验证这种方法的可行性。     

Robust and adaptive variable structure output feedback control of uncertain systems with input nonlinearity

This brief proposes a robust control algorithm for stabilization of a three-axis stabilized flexible spacecraft in the presence of parametric uncertainty, external disturbances and control input nonlinearity/dead-zone. The designed controller based on adaptive variable structure output feedback control satisfies the global reaching condition of sliding mode and ensures that the system state globally converges to the sliding mode. A modified version of the proposed control law is also designed for adapting the unknown upper bounds of the lumped uncertainties and perturbations. The stability of the system under the modified control law is established. Numerical simulations show that the precise attitude pointing and vibration suppression can be accomplished using the derived robust or adaptive controller.     

Sliding mode control of boost and buck-boost power converters using method of stable system centre

Nonminimum phase tracking control is studied for boost and buck-boost power converters. The sliding mode controller is designed to track directly a causal voltage tracking profile given by an exogenous system. The nonminimum phase output tracking problem is reduced to a state tracking problem. Bounded state tracking profiles are generated by equations of stable system centre. Numerical examples demonstrate the effectiveness of the sliding mode control design.     

Sliding mode control of boost and buck‐boost power converters using the dynamic sliding manifold

Non‐minimum phase tracking control is studied for boost and buck‐boost power converters. A sliding mode control algorithm is developed to track directly a causal voltage tracking profile given by an exogenous system. The approximate causal output non‐minimum phase asymptotic tracking in non‐linear boost and buck‐boost power converters is addressed via sliding mode control using a dynamic sliding manifold (DSM). Use of DSM allows the stabilization of the internal dynamics when the output tracking error tends asymptotically to zero in the sliding mode. The sliding mode controller with DSM links features of conventional sliding mode control (insensitivity to matched non‐linearities and disturbances) and a conventional dynamic compensator (accommodation to unmatched disturbances). Numerical examples demonstrate the effectiveness of the sliding mode controller even for a known time‐varying load. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

高超声速飞行器有限时间饱和跟踪控制

针对高超声速飞行器纵向模型存在外界干扰和模型参数不确定性情形下的有限时间跟踪问题进行了研究分析.针对外界干扰上界已知,基于快速积分滑模理论,设计了有限时间快速积分滑模控制器.当外界干扰上界未知时,结合具有低通滤波器性能的自适应算法,通过引入辅助系统设计了实际有限时间自适应快速积分滑模控制器,能够处理输入饱和问题.对所设计的两个控制器利用李雅普诺夫理论给出了严格理论证明,得到整个闭环系统分别为有限时间稳定的、实际有限时间稳定的,并能够保证系统其它状态变量在较短的时间内趋于稳态值.对不同类型参考信号进行了数字仿真,进一步验证了所设计两个控制器的有效性和鲁棒性.     

基于Buck变换器的新型滑模控制策略

为获得比较理想的直流输出电压,优化变换器的动态性能,基于Buck变换器采用新型滑模变结构控制策略,阐述其工作原理,并结合状态方程,推导出滑模面的存在条件和到达条件,然后对电路参数及控制系数进行设计.仿真结果表明采用这种新型滑模控制策略的Buck变换器对系统扰动和负载变化具有很强的鲁棒性,系统具有良好的动态响应.     

Passivity-based control for a DC/DC high-gain transformerless boost converter

In this work, an adaptive passivity-based controller for a DC-DC high-gain transformerlessdouble-inductor boost converter is fully detailed. The proposed current-mode control scheme results in two feedback loops, a current controller for tracking the inductor current considering damping injection and energy shaping, and a voltage loop composed by a proportional-integral action to guarantee output voltage regulation. Furthermore, a parametric uncertainty estimator using immersion-invariance approach is designed to improve the robustness of the current loop. As a result, a multi-loop adaptive nonlinear energy-based controller, which ensures regional asymptotic stability via Lyapunov analysis is accomplished. In addition, considering practical conditions, real-time numerical simulations, using a 1 kW case-study converter, are carried out in order to assess the effectiveness of the proposed control scheme. Results for output voltage regulation, current tracking, and parametric uncertainty estimation under input voltage and load step changes are shown.