基于积分滑动流形的高阶滑模控制器设计

滑模变结构控制方法因其易实现,鲁棒性强等优点广泛应用于实际控制系统中,讨论了具有积分滑动流形的高阶滑模控制器的设计方法.通过设计含积分滑动流形的高阶滑模面,使系统状态在一阶乃至高阶滑模面上均能达到滑动模态.同时利用高阶滑模面为状态变量设计新的状态空间系统,将原先促使系统状态接近并停留在滑模面上的控制目标,拓展为使高阶滑模状态变量趋近于零的控制目标,并结合最优控制方法来设计等效控制量,利用积分流形设计切换控制的切换面,通过严格证明来证实控制器设计的稳定性.在仿真验证部分采用了一阶倒立摆模型,通过比较常规趋近律滑模控制方法和本文方法的仿真结果,可以得出本文方法在减小系统控制量抖振方面的重要作用和优异效果.     

基于滑模变结构的PMSM控制系统的研究

针对永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统中易受机械式传感器影响的问题,设计了一套基于滑模变结构控制(SMC)的永磁同步电机控制系统.由于永磁同步电机在运动时受到负载突变和系统参数变化会影响整个控制系统的稳定性,提出了具有开关结构的非线性滑模变结构控制的系统.首先分析了永磁同步电机在旋转坐标系下的数学模型,在此基础引入双闭环一阶滑模变结构控制系统,实现对PMSM的转速和转矩控制.仿真实验表明,滑模变结构控制系统不会受到外界变化的影响,永磁同步电机的转速和转矩都能稳定运行.滑模变结构控制系统响应更快,抗干扰能力大大提高,鲁棒性更强.     

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.     

高阶终端滑模控制在稳定平台中的应用

针对稳定平台伺服系统中干扰对跟踪精度的影响,提出一种高阶终端滑模控制算法。首先,提出一种基于super-twisting算法的高阶滑模干扰观测器的设计方法,实现对系统中干扰的快速估计与实时补偿。其次,提出一种基于Lyapunov函数的高阶终端滑模控制器,由到达条件推导而得,高阶终端滑模控制将不连续的切换项作用于变量的高阶微分,使系统在保持滑模控制强鲁棒性的同时又能较大程度地削弱滑模控制中的抖振,实现对未估计干扰的精细化补偿。通过Lyapunov稳定理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明了控制策略的有效性。     

Sliding Mode Control for Swing‐Up and Stabilization of the Cart‐Pole Underactuated System

This paper uses sliding mode control to accomplish the objectives of swing‐up and stabilization of the cart‐pole underactuated system. The features of underactuated systems prohibit direct application of conventional sliding mode control for fully‐actuated systems. In this paper, we design a novel sliding mode control for the cart‐pole underactuated system so that the control goals can be achieved. In addition, by simply changing the parameters of the sliding surface, we use only one sliding mode control scheme to swing up and to stabilize the cart‐pole system. Using the sliding mode dynamics and the internal dynamics, we show that the proposed sliding mode control can swing up the cart‐pole system from the stable equilibrium and can stabilize the system to the unstable equilibrium. Our simulation results on a cart‐pole system demonstrate the feasibility of the proposed sliding mode control. The proposed control schemes, the stability analysis, and the numerical simulation provide a useful guideline for designing the sliding mode control for the cart‐pole underactuated system.     

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。     

变增益分段滑模控制的PMSM位置伺服系统研究

滑模增益的选择直接影响系统抖振,利用位置信号误差、滑模面积分与滑模增益之间的非线性关系来设计滑模增益,再结合等效控制方法来削弱滑模抖振改善系统的鲁棒性。将单段滑模线控制扩展成在不同阶段PI与滑模分别起作用的两段控制方法应用于永磁同步电机位置控制。应用Matlab/Simulink建立了永磁同步电动机伺服系统的仿真模型,仿真结果表明该方案对系统参数不确定、外界扰动具有强鲁棒性。系统动静态品质优良,滑模控制的抖振得到明显抑制。     

基于滑模变结构的柔性倒立摆控制研究

针对柔性倒立摆稳摆控制比较困难且传统指数趋近率的滑模变结构控制易对系统造成抖振,基于机理建模方法建立柔性倒立摆数学模型,提出变指数趋近率的滑模变结构控制方法,设计了滑模变结构控制器,使系统具有较好的稳摆控制和鲁棒性。仿真结果表明,基于变指数趋近率的滑模变结构控制方法能够更好的实现倒立摆稳定控制,相比于传统指数趋近率的滑模控制器输出更加平滑,进而减小了控制器的负担。     

直线同步电动机磁悬浮系统的自适应模糊滑模控制

提出一种自适应模糊滑模控制方法用以提高可控励磁直线同步电动机(controllable excitation linear synchronous motor, CELSM)磁悬浮控制系统的性能.根据CELSM的特定结构和运行机理,建立CELSM磁悬浮系统的数学模型,包括励磁回路的电压方程、磁悬浮力方程和运动方程;设计积分滑模面和分段趋近律,系统状态轨迹可以根据距滑模面的距离自动切换趋近速度,以很小的斜率穿越滑模面,减小系统的抖振,推导出相应的滑模控制器;为了克服不确定性扰动对系统的影响,设计自适应律使自适应模糊系统对不确定性扰动进行实时估计,用该估计值进行前馈补偿控制,减小控制律中的切换增益和系统的抖振,进一步推导出自适应模糊滑模控制器;用Matlab对控制系统进行仿真,仿真结果表明,采用自适应模糊滑模控制的CELSM磁悬浮系统的性能得到改善.     

Fuzzy sliding mode control for an under-actuated system with mismatched uncertainties

This article presents a robust fuzzy sliding mode controller. The methodology of sliding mode control provides an easy way to control under-actuated nonlinear systems with uncertainties. The structure of the sliding surface is designed as follows. First, decouple the entire system into second-order systems so that each subsystem has a separate control target expressed in terms of a sliding surface. Second, from the sliding surface of subsystems, organize the main sliding surface system. Third, generate a control input for the main sliding surface to make whole subsystems move toward their sliding surface. A fuzzy controller is used to obtain a smooth boundary layer to the sliding surface. Finally, the fuzzy sliding mode controller presented is used to control an under-actuated nonlinear system, and confirms the validity of the proposed approach and its robustness to uncertainties.     

改进快速全局滑模控制方法

针对全局滑模控制的动态滑模面不能在有限时间内演化为线性滑模面的缺点, 提出一种改进的全局滑模控制方法, 其动态滑模面的衰减函数由3个指数函数项组成一阶可导函数, 并能在有限时间内衰减为零. 这样, 该方法不仅具有了全局滑模控制的全局鲁棒性, 而且能够使动态滑模面在有限时间内演化为线性滑模面, 从而加快了系统的响应速度. 利用该方法实现了二阶电力系统的混沌控制, 仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

基于Sigmoid函数的机器人鲁棒滑模跟踪控制系统设计

为了保证机器人能够在保持稳定的情况下,按照规划轨迹执行工作任务,从硬件和软件两个方面,设计了基于Sigmoid函数的机器人鲁棒滑模跟踪控制系统。装设机器人传感器与状态观测器,改装机器人鲁棒滑模跟踪控制器,完成系统硬件设计。综合机器人结构、运动机理和动力机制三个方面,构建机器人数学模型。根据状态数据采集结果与规划轨迹之间的偏差,计算机器人跟踪控制量。依据滑模运动与切换方程,利用Sigmoid函数生成机器人鲁棒滑模控制律,将生成控制指令作用在机器人执行元件上,实现系统的鲁棒滑模跟踪控制功能。实验结果表明,所设计控制系统的机器人移动轨迹与设定轨迹目标基本重合,其机器人姿态角跟踪控制误差较小,具有较好的鲁棒滑模跟踪控制效果,能够有效提高机器人鲁棒滑模跟踪控制精度。     

一类不确定时滞系统的自适应滑模控制

讨论了不确定时滞系统的鲁棒控制器设计问题。利用自适应滑模控制策略,直接克服系统不确定性的影响,保证了从任意初始位置出发的系统在有限时间内到滑模面;基于时滞系统鲁棒稳定控制的结论,导出了时滞依赖滑模控制的新结论。仿真实验证明了所提方法的有效性。     

Adaptive fuzzy terminal sliding mode controller for linear systems with mismatched time-varying uncertainties

A new design approach of an adaptive fuzzy terminal sliding mode controller for linear systems with mismatched time-varying uncertainties is presented in this paper. A fuzzy terminal sliding mode controller is designed to retain the advantages of the terminal sliding mode controller and to reduce the chattering occurred with the terminal sliding mode controller. The sufficient condition is provided for the uncertain system to be invariant on the sliding surface. The parameters of the output fuzzy sets in the fuzzy mechanism are adapted on-line to improve the performance of the fuzzy sliding mode control system. The bounds of the uncertainties are not required to be known in advance for the presented adaptive fuzzy sliding mode controller. The stability of the fuzzy control system is also guaranteed. Moreover, the chattering around the sliding surface in the sliding mode control can be reduced by the proposed design approach. Simulation results are included to illustrate the effectiveness of the proposed adaptive fuzzy terminal sliding mode controller.     

带终端滑模约束的非线性模型预测控制方法

将预测控制和滑模控制结合起来,提出一种非线性性模型预测控制方法。给出一种可行的双模控制方案,系统状态位于终端区外时采用提出的预测控制,在终端区内部采用高线设计的滑模控制。对系统终端滑模附加不等式约束,使得系统状态在预测时域的末端位于高线设计的滑动模态区内,从而使预测时域减小。仿真结果表明了算法的有效性。     

Reduced‐order design of high‐order sliding mode control system

To design an rth (r>2) order sliding mode control system, a sliding variable and its derivatives of up to (r ? 1) are in general required for the control implementation. This paper proposes a reduced‐order design algorithm using only the sliding variable and its derivatives of up to (r ? 2) as the extension of the second‐order asymptotic sliding mode control. For a linear time‐invariant continuous‐time system with disturbances, it is found that a high‐order sliding mode can be reached locally and asymptotically by a reduced‐order sliding mode control law if the sum of the system poles is less than the sum of the system zeros. The robust stability of the reduced‐order high‐order sliding mode control system, including the convergence to the high‐order sliding mode and the convergence to the origin is proved by two Lyapunov functions. Simulation results show the effectiveness of the proposed control algorithm. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

对数型终端滑模在高阶SISO非线性系统的应用

以起重机升降系统位置控制为目标,针对起重机负载位置在有干扰条件下控制不精确的问题,采用对数型快速终端滑模来设计控制律.基于对数型快速终端滑模方法的良好特性,同时采用一种新的滑模面设计方法,将此对数型快速终端滑模方法引入到高阶单输入单输出非线性系统,并设计了一种新的滑模变结构控制律,使系统状态变量能以较快的速度在有限时间...     

非匹配的不确定时滞离散系统的滑模控制

针对一类不确定离散时滞系统，研究了其滑模控制问题。所考虑的系统是变时滞的，并且含有非匹配的时变参数不确定项。通过非奇异矩阵变换将其转化为两部分，一部分满足传统的匹配争件；另一部分是非匹配，但是满足范数有界的条件。利用变结构控制方法，设计了满足到达条件的滑模控制器，使系统状态在有限时间内到达滑模面。并且在控制器的作用下保持在滑模面上，从而使系统具有稳定的滑动模态，克服了传统滑模控制方法中不确定项需满足匹配条件的保守性。     

基于滑模控制的光伏系统MPPT控制方案

结合光伏系统的工作原理和滑膜控制的特点,提出一种最大功率点跟踪(MPPT)控制方案。将滑模控制应用于该系统最大功率点的跟踪,包括改进变换电路,设计滑模变结构控制器。实验结果表明,该方案能快速跟踪太阳能电池的最大功率点,使系统稳定地工作在最大功率点附近,减小输出功率和电压的波动以及超调量,削弱滑模控制的稳态抖振。