Lyapunov方法在广义系统变结构控制中的应用

利用广义Lyapunov方法首次研究广义系统的变结构控制问题,对具有单输入的广义线性系统,多输入的广义线性系统,分别选取适当的切换流形及设计其变结构控制以保证其闭环系统E－渐近稳定,实现滑动模运动。     

移动机器人的滑模轨迹跟踪控制

采用变结构控制方法对移动机器人的轨迹跟踪问题进行研究。多输入非线性系统变结构控制器设计的关键之一是寻求切换函数使得滑动模态渐近稳定。本文在后退(backstepping)方法的思想基础上设计了变结构控制的切换函数,并由此构造了具有全局渐近稳定性的滑模跟踪控制器。仿真结果验证了该方法的有效性。     

船舶推进轴系变结构控制

以船舶主推进轴系为研究对象,在变结构控制理论和设计方法的基础上,对主推进轴系的变结构控制方法进行研究。考虑到推进轴系在螺旋桨处的位移响应最大,在螺旋桨部位设置主动控制作动器,对推进轴系进行振动控制,并以主推进系统的弹性体动力学模型为基础,建立系统的变结构控制方法。采用单位向量控制形式的最终滑动模态控制器,并采用二次型最优控制理论设计最终滑动模态的切换函数。最后以一个带有六个弹性支撑的推进轴为例进行仿真计算。实例分析指出:变结构控制对于推进轴系的振动控制具有显著的效果。     

变模温与型腔气体反压辅助微孔发泡注塑技术及其产品内外泡孔结构演变

建立了一种变模温和型腔气体反压协同控制的微孔发泡注塑技术,研制了相应的变模温控制系统与型腔气体反压控制系统,构建了变模温与型腔气体反压辅助微孔发泡注塑试验线,并对变模温与型腔气体反压作用下的产品内外泡孔结构演变进行了研究。结果表明,变模温与型腔气体反压辅助工艺单独施加于微孔发泡注塑技术时,对其产品内外泡孔结构均具有双重影响:变模温可以改善产品大部分的表面形貌,但其对填充过程中的熔体发泡影响不大;型腔气体反压可以基本抑制填充过程中的熔体发泡,但却对产品内部泡孔密度有比较明显的降低影响。通过变模温与型腔气体反压的协同控制,可以实现微孔发泡注塑产品表面气泡形貌和内部泡孔结构的良好调控。     

两自由度碰撞振动系统的两参数非光滑分岔EI北大核心CSCD

考虑塑性碰撞工况的两自由度振动系统,分析系统非光滑分岔的条件,辨识系统在两参数平面的周期运动模式及存在域,研究相邻周期运动的分岔特征及存在于(1,0,0)运动与(1,1,0)运动之间的迟滞域和亚谐包含域的动力学,揭示碰撞振动系统的余维一穿越、切换和多滑动分岔及余维二滑动分岔行为。塑性碰撞工况下,非黏滞型和黏滞型单冲击周期运动经穿越滑动分岔相互转迁。在亚谐包含域的边界线上存在一个窄迟滞域群,相邻迟滞域的连接点为二重擦边分岔点和倍化⁃鞍结分岔点。碰撞振动系统的切换滑动分岔和多滑动分岔都表现为隆起分岔,但是隆起在黏滞相的发生位置不同。两参数平面内,两条不同类型滑动分岔线的横截相交点为余维二滑动分岔点。     

含变质量构件的轴向运动梁的横向振动主动控制

轴向运动结构是一类广泛使用的工程传送元件,而在传送过程中常常包含质量运动或者质量变化,质量的运动或改变和轴向运动间相互耦合作用,使结构的振动更加突出。为满足轴向运动机构高精度准定位的需求,围绕含变质量构件的机械臂结构,开展变质量-轴向运动耦合作用结构的振动主动控制研究。首先基于Galerkin法和模态叠加法建立了变质量-轴向运动压电梁的控制方程,然后针对系统的时变特性,设计LQG控制器对系统进行振动主动控制,并分析了多种工况下结构的振动抑制问题,最后采用Choi-Williams分布将信号在时频域上分解,分析了控制前后系统的时频特性。数值分析表明,施加LQG控制后,系统的横向振动在相关频率内都得到了有效的抑制,使用Choi-Williams分布可以准确反映系统振动频率与振动能量随时间的变化规律。通过研究含时变参数的轴向运动结构的运动特性和振动主动控制,对于智能机械臂结构设计具有一定指导意义。     

基于双向压电控制器的带分布参数体系地震响应控制

针对带分布参数智能隔震结构,设计出隔震与控制功能于一体的双向滑动压电变摩擦控制装置,该控制装置可以在两个垂直方向滑动产生控制力,同时具有隔震的功能。进一步推导出设置双向滑动压电变摩擦控制装置控制力与输入电压的关系方程。结合双向滑动压电变摩擦控制装置产生控制力的条件,推导出适用于双向滑动压电变摩擦控制装置的半主动控制算法。最后将该控制装置与基于全维状态观测器的序列最优模态控制算法的半主动控制算法结合,用于带分布参数隔震体系的智能控制,仿真结果表明,该控制系统具有良好的控制性能。     

一类摩擦振子的纯滑动运动分析

摘要：简单的摩擦振子蕴藏着复杂的粘滑运动。纯滑动运动分析是摩擦振子粘滑运动分析的基础。当摩擦振子中存在粘性阻尼时，其运动复杂程度大大增加。本文首先给出了其纯滑动运动的精确解，得到了振动幅值的解析表达式。研究发现，对于不同的粘性阻尼比，纯滑动运动的精确解具有相似的结构，可以给出一个统一的解析表达式。并分析了粘滑运动与纯滑动运动的边界，即所谓的ssb(stick-slip boundary)曲线。得到了ssb曲线的曲线方程，为进一步分析粘滑运动打下了基础。最后对解的稳定性进行了分析。     

地震作用下刚体滑动位移的计算与比较——基于Coulomb摩擦模型

首先对滑动干摩擦模型的研究现状进行了系统的论述。推导了基于Coulomb摩擦模型时刚体在简谐地面运动时滑动位移的解析方程;讨论了滑动状态与粘结状态过渡时刻的求解精度对刚体与地面相对位移的影响;对基于摩擦力－位移模型和基于Coulomb摩擦模型下刚体在简谐地面运动作用下滑动位移的差异进行了对比。然后采用Newmark线性加速度法推导了基于Coulomb摩擦模型刚体在任一地震加速度作用下滑动位移的数值求解方法;对比了基于摩擦力－位移模型和基于Coulomb摩擦模型下刚体在任一地面运动作用下滑动位移的差异。     

基于卡尔曼滤波滑模控制的伺服系统设计仿真

应用变结构控制策略时,由于系统存在时间滞后、空间滞后、死区等不利条件,会导致系统运行到相平面中滑动面时出现不期望的抖振现象.本文分析了抖振对系统性能的影响及产生原因,针对伺服控制系统存在随机干扰和随机噪声的特性,提出一种基于卡尔曼滤波的指数趋近律滑模变结构控制算法,很好地抑制了抖振.仿真算例表明,与普通滑模控制算法相比,基于该算法的控制器无论在抖振抑制上还是在伺服系统动态品质改善上都具有良好效果.     

智能滑模变结构控制在定长控制系统中的应用

提出了一种基于智能滑模变结构的定长自动控制系统设计方法，利用模糊神经网络在线调整滑模变结构参数，在定长控制系统中的应用表明了该方法的优越性和实用性。     

Necessary and sufficient invariance conditions in mismatched uncertain variable structure systems

Abstract

This paper investigates new invariance conditions in mismatched uncertain variable structure systems associated with a new sliding mode control, at the same time, retaining the benefits achieved in conventional variable structure systems design, namely, fast response, good robustness, and stability. Based on new equivalent state idea and two sets of switching surfaces, necessary and sufficient invariance conditions are derived such that matched and mismatched uncertainties completely vanish from the sliding mode dynamics. In terms of linear matrix inequalities, we give explicit formulas of linear switching surfaces to guarantee that the system in the new sliding mode is quadratically stable. Additionally, we give a control law to perform the new sliding mode. Finally, a numerical example is given to illustrate the effectiveness of the proposed approach.     

Sliding mode control for unmatched uncertain systems with totally invariant property and exponential stability

Abstract

Some sliding mode controllers for unmatched uncertain systems are proposed. They are based on the concept of totally invariant controllers, introduced by Shyu and Hung (1997), in which the system, in the sliding mode, is invariant to the matched uncertainty over all time. In this paper, we extend this idea to a class of unmatched uncertain variable structure systems. New sliding mode controllers are derived to guarantee the existence of the sliding mode. Totally invariant property and exponential stability are assured.     

Application of variable‐structure system in dc‐motor velocity‐control

Abstract

The most important characteristic of variable‐structure system (VSS) is its insensitivity to parameter variations in the sliding mode. In this paper three methods of VSS are used to implement DC‐motor velocity‐control. The conventional VSS uses only a sliding line. The adaptive VSS uses multiple switching lines. The modern method uses a sliding curve. The modern method makes a system trajectory following the sliding curve which has been set up in the controller from the initial state to the origin in the phase plane. Hence it is insensitive to parameter variations from the initial state to the steady state. If parameter variations are the most critical factors, then the modern VSS is the right method to be considered to overcome the problem of parameter variations.     

基于灰色预测与滑模变结构的ABS仿真分析

为研究汽车制动防抱死系统(antilock brake system,ABS)的超前性、实时性与鲁棒性,结合灰色预测和滑模变结构控制方法,提出基于灰色预测GM(1,1)模型与滑模变结构控制的ABS综合控制算法,建立仿真模型进行数据的对比分析.结果表明:相对于单滑模或bang-bang控制,灰色预测与滑模变结构综合控制方法使汽车ABS超前运行,缩短了制动时间与制动距离;有助于缓解滑模变结构方法自身带来的抖动缺陷.因此,灰色预测与滑模变结构综合控制方法有助于提升ABS的响应速度、实时鲁棒性与人体舒适性.     

红外目标模拟器中分离镜的滑模变结构控制

针对红外目标模拟器中分离镜伺服系统的抗干扰控制问题,本文利用变结构控制响应快速,对系统参数变化和外部扰动不灵敏的特点设计了一个滑模变结构控制器.采用指数趋近律与饱和函数相结合的方法对滑模控制器的抖振进行了有效抑制.采用机理分析方法建立了分离镜系统的数学模型.在仿真过程中,利用S函数描述摩擦模型,简化了仿真建模,提高了仿真速度.通过数字仿真并与传统PID控制方法相比较,证明滑模控制器对于分离镜伺服系统的参数摄动和外部干扰具有良好的鲁棒性,可以保证和提高整个红外制导仿真实验系统的仿真精度和实验结果的置信度.     

卫星姿态滑模变结构控制的广义逆方法

对于卫星姿态滑模变结构控制问题,文献[1]提出了反馈线性化方法,但在病态情形中给出的确定逆矩阵方法涉及一个参数,如果参数过大,则控制精度较差;如果参数过小,则控制能量消耗较大.针对这一问题本文提出了利用广义逆矩阵求解控制律的方法,这种方法不仅控制精度高,而且能够大幅度地节约控制能量.     

滑模变结构控制在凹版印刷机中的应用

为提高交流永磁同步电机伺服系统的控制精度,提出了一种基于比例切换控制策略的滑模变结构控制方法.先给出伺服系统模型,再设计滑模控制器,通过选取合适的滑模面得到系统比例切换控制输入.分别讨论了被控对象为时不变和时变情况下的系统响应情况,并与PI控制进行对比,以分析本文方法的优劣.仿真结果表明,所设计方法控制精度高,且具有较好的鲁棒性和快速性.     

电液伺服系统的微分与积分滑模变结构控制

针对电液系统的非线性特性及其参数不确定性,在电液伺服系统的速度跟踪控制中,提出了一种非线性微分与积分滑模变结构控制(DI-SVSC)策略。在滑模控制中引入积分控制项,消除了传统滑模变结构控制需要被跟踪信号导数已知的假设,利用一非线性微分控制消除了系统的抖振现象。在积分滑模控制与非线性微分控制中,分别给出了切换函数、非线性微分系数及控制器的设计方法。仿真结果显示,该控制方法具有较强的鲁棒性及良好的跟踪性能。     

新型变倾斜参数S型函数的积分滑模水下机器人控制方法研究

研究了水下机器人轨迹的滑模跟踪控制。针对滑模抖动对系统稳定性的影响,设计了一种基于变倾斜参数sigmoid函数的积分滑模切换函数。基于这个函数设计的控制器在避免抖振现象的同时,保持了高控制精度,且能抑制传统积分滑模控制器常见的超调现象。该控制方法有效性已通过理论证明和仿真实验得到了验证。