基于不完全微分反演变结构控制的液压系统位置控制

液压伺服系统位置控制的结构和非结构的不确定性阻碍了其控制精度的提高。对于结构的不确定性,可以采用非线性自适应控制,以实现渐近跟踪性能。但在液压系统中,经常会出现如非线性摩擦此类非结构的不确定性,导致跟踪精度的降低。提出一种不完全微分反演变结构控制器,实现基于摩擦补偿的液压伺服系统的位置控制。该控制器以反演设计为基础,融入滑模变结构控制,利用滑模变结构在滑动模态下对控制系统参数变化和外部干扰的完全不变性,解决系统结构的不确定性问题;结合摩擦补偿,解决系统非结构的不确定性问题;引入不完全微分,弱化控制器的微分效应,减小纯微分突变信号带来的干扰,不完全微分产生的滤波效应可以抑制滑模变结构存在的抖振。从理论上证明了在各种不确定性存在的情况下系统的渐近跟踪性能,仿真实验验证了所提出的控制策略的高精度跟踪性能。     

基于Haar小波的双直线电机自适应滑模控制北大核心

针对双直线电机伺服系统的同步控制精度易受耦合干扰、负载扰动和模型不确定性等因素影响,提出了一种基于Haar小波逼近的自适应滑模同步控制方法。采用滑模位置控制器克服扰动对伺服系统的影响,提高抗干扰性能;为削弱滑模控制引起的系统抖振,采用Haar小波基函数逼近系统动态模型中的时变非线性函数,进一步提高系统鲁棒性;同时采用自适应算法在线整定逼近函数的权值,并基于Lyapunov稳定理论证明了控制系统的渐进收敛性。实验结果表明,基于Haar小波的自适应滑模控制与滑模控制相比,不仅提高了系统的跟踪精度和同步精度,还增强了系统的鲁棒性。     

基于轮廓误差补偿的机械臂自适应非奇异终端滑模控制

针对机械臂外部干扰、执行器故障等不确定因素对末端轮廓跟踪精度的影响,提出一种基于交叉耦合的自适应非奇异终端滑模控制方法。基于机械臂动力学模型,采用Lyapunov函数设计系统的非奇异终端滑模控制律;为解决滑模控制器设计过程依赖于不确定性上界这一局限性,引入自适应技术估计系统集总不确定性,有效抑制滑模控制的高频抖振现象;根据有限时间稳定性理论证明闭环控制系统的有限时间稳定。结合交叉耦合控制技术与抛物线过渡轨迹规划技术,设计交叉耦合轮廓补偿与参考位置预补偿相互协调的统一框架;提高机械臂各关节间的协调性,以更好地削弱系统不确定性对末端轮廓跟踪精度的影响。结果表明：所设计的控制器能够在机械臂系统存在不确定性因素下实现末端轮廓精确跟踪,并能有效抑制系统抖振现象。     

X-Y数控工作台的摩擦和扰动补偿方法研究

为提高数控机床伺服系统的控制精度,对X-Y数控工作台高精度控制中的摩擦补偿和外部扰动的补偿进行了研究。建立了基于动态Lu Gre摩擦的伺服系统模型,提出了设计一个非线性双观测器来估计Lu Gre模型内部的不可测的状态,并通过自适应鲁棒控制器来实现未知的摩擦和负载转矩的补偿,同时设计神经网络观测器补偿外部扰动;利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,有效地解决非线性摩擦和扰动的影响,提高系统的跟踪精度和鲁棒性。     

基于ESO的电液位置伺服系统自适应反步滑模控制

针对阀控电液位置伺服系统具有的不确定参数、外部干扰、系统状态不可测问题,在反步控制的基础上,同时引入滑模控制理论,提出一种带有ESO(扩展状态观测器)的自适应反步滑模控制策略。建立系统的非线性状态空间方程,基于系统模型设计出一种ESO,对速度值以及外干扰进行有效估计,同时引入自适应算法对系统不确定参数进行在线估计,设计出不确定参数的自适应律,通过Lyapunov稳定性定理证明所设计的控制器的稳定性。最后,仿真研究表明所设计的控制器能够对速度以及外干扰进行有效估计,并且具有较高品质的位置跟踪能力。     

基于扩张状态观测器的双永磁同步电机同步抗扰控制北大核心

对于双永磁同步电机系统中由于参数摄动和随机摩擦扰动引发的转速失同步现象,提出了一种新的双永磁同步电机滑模控制方法。首先,设计了扩张状态观测器去估计系统状态与实时扰动,并结合滑模跟踪控制器来提高电机在扰动作用下的跟踪性能;其次,将交叉耦合结构与滑模同步控制器结合,对电机转速的同步误差进行抗扰控制并且提升系统的同步性能。仿真结果表明,扩张状态观测器能准确估计电机系统机械角、转速及系统总扰动;设计的滑模控制器能够有效提高电机系统在扰动作用下的跟踪与同步控制性能。     

动压缸电液伺服压力系统自适应反步双滑模控制

给出了轨道路基测试装置液压原理图、动压缸电液伺服压力系统数学模型和AMESim模型。将动压缸电液伺服压力系统拆分为动压缸位移子系统和动压缸输出压力子系统两部分,在此基础上,设计了一种自适应反步滑模控制方法:采用双滑模结构,分别构造动压缸位移子系统滑模自适应控制和动压缸输出压力子系统反步滑模自适应控制,给出了不确定参数的自适应律,并对该方法的稳定性进行了证明。最后将该方法作用于动压缸电液伺服压力系统AMESim模型上,仿真结果表明:该方法不仅可以有效地估计系统中参数,实现对目标期望变量精确地跟踪,具有比积分滑模自适应控制(ISAC)更好的控制性能和跟踪性能;而且可以有效地减小参数不确定性对跟踪性能的影响,具有较好的鲁棒性能。     

基于扰动观测器的PMSM系统自适应反步滑模控制

针对负载转矩波动和系统参数变化的永磁同步电机(PMSM)系统的控制问题,提出了一种带有非线性扰动观测器的自适应反步滑模位置跟踪控制方法。首先,设计了自适应反步滑模控制器,以确保电机位置快速收敛到期望值,并设计了自适应收敛增益,以减小电机位置响应下的大的过冲;其次,设计非线性扰动观测器估计未知扰动,并为自适应反步滑模控制提供前馈补偿,以提高系统的鲁棒性,并减少稳态位置误差。仿真结果表明,该方法可以有效减少过冲,很好地实现了PMSM系统的快速位置跟踪控制,具有良好的抗扰动性能。     

基于SSA的关节电机无模型自适应滑模控制北大核心

针对永磁同步电机驱动的外骨骼关节伺服系统跟踪精度低、易受参数摄动、外部扰动等不确定因素影响的问题,提出了基于SSA的无模型自适应终端滑模位置控制方法。首先,建立关节电机新型超局部模型,改进指数趋近律引入终端滑模面对系统位置-转速环进行控制;其次,引入自适应律对新型超局部模型中不确定参数部分进行估计,并利用Lyapunov稳定性定理证明该控制方法的可行性;最后,与PD控制以及传统滑模控制进行仿真对比实验,结果表明所提方法加强了系统鲁棒性和抗干扰能力,提高了系统动态和稳态性能。     

基于状态观测器的空间机器人滑模容错控制北大核心

研究了具有执行器故障的漂浮基空间机器人系统无速度反馈的关节轨迹跟踪控制问题,设计了基于状态观测器的神经网络积分滑模容错控制方案。首先,根据执行器故障类型建立执行器故障的数学模型,并结合拉格朗日法建立了执行器故障的空间机器人系统动力学方程;其次,为实现控制器的无速度反馈,设计了状态观测器对系统速度进行估计,并结合神经网络提高估计精度;再次,根据滑模控制理论设计了积分滑模控制器,通过神经网络补偿执行器故障的影响,并设计自适应律补偿神经网络的估计误差,保证了控制器的连续性与非奇异性,使系统获得良好的轨迹跟踪精度和容错能力;最后,通过李雅普诺夫方法证明了控制方案的稳定性,并通过MATLAB数值仿真运算,验证了控制方案有效性。     

仿人智能与滑模控制相融合的液压无模型控制

针对电液伺服位置系统是一个多变量、强耦合、非线性控制系统,考虑到现有基于模型的控制方法对系统动力学模型的依赖性,以及未建模动态对系统控制性能的影响,设计了一种仿人智能控制与滑模控制相融合的液压系统无模型控制。为了提高系统的响应速度和稳态精度,将仿人智能控制的偏差与偏差变化率的乘积融入到滑模控制,设计一种全新的滑模函数,与无模型控制器结合,提出改进的无模型控制器。在相同条件下,通过无模型自适应控制、无模型自适应滑模控制与所提出的仿人智能控制与滑模控制相融合无模型控制进行仿真比较,结果表明,所设计的控制器收敛快,稳态误差小,且提高对扰动和模型变化的适应性。     

机械臂液压伺服系统的自适应模糊滑模控制

针对机械臂液压伺服位置系统存在非线性特性和参数不确定性,提出了一种自适应模糊滑模控制方法。利用参数自适应算法估计系统未知参数,有效地克服了系统不确定性的影响,提高了系统的鲁棒性;采用非连续投影算法保证了参数估计的有界性;引入模糊系统代替切换控制项,有效地消弱了抖振。仿真研究结果表明:所设计的自适应模糊滑模控制器能够快速准确地跟踪指令,并且对参数变化具有较强的鲁棒性,与PID控制器相比,系统跟踪误差小,响应速度快,跟踪性能好。     

基于自适应滑模控制的液压支架试验台同步控制特性分析

为提高液压支架试验台同步控制系统的同步控制性能,提出一种基于模糊理论和滑模控制的自适应滑模控制方法,对液压支架试验台的主从同步控制性能进行研究。分析液压支架试验台同步控制系统工作原理和理论模型;在AMESim-MATLAB环境下建立仿真模型,并对比分析采用模糊PID和自适应滑模控制的系统的同步动态性能。结果表明：采用自适应滑模控制的液压支架试验台同步控制系统的伺服跟踪能力和稳态性能比模糊PID控制的系统更好,验证了自适应滑模控制在液压支架试验台同步控制系统中应用的可行性。     

基于AFSA-ACA自适应模糊滑模的采煤机滚筒液压调高控制

为研究采煤机滚筒在不同复杂工况下的位置跟踪控制,以液压机构的工作原理为基础,建立了滚筒液压调高机构的数学模型。基于自适应模糊微分积分滑模鲁棒性强的优点,提出了在鱼群-蚁群融合算法优化滑模控制器参数条件下的滚筒位置跟踪控制方案,并分析了滚筒在采用一般滑模控制器及自适应模糊微分积分滑模控制器下位置跟踪的特点。仿真结果表明:采用结合融合算法优化的自适应模糊微分积分滑模控制器的滚筒调高机构对内部参数摄动及外部时变干扰具有较好的鲁棒性,能够实现位置跟踪控制。     

采用神经网络模糊滑模控制的液压驱动活塞位置控制研究

针对液压驱动活塞运动轨迹和压力精度跟踪误差较大问题,设计了神经网络模糊滑模控制,并对控制精度进行仿真验证。创建了液压缸驱动平面简图,推导出液压缸腔室内部参数变化方程式。分析了液压缸驱动压力和位置的变化,采用线性模型建立输入和输出变换方程式。引用滑模控制方法,采用神经网络算法对滑模控制进行逼近,通过模糊切换规则对滑模控制进行自适应调整。采用MATLAB对液压缸活塞轨迹和腔室压力跟踪进行仿真验证,并且与滑模控制输出效果进行比较和分析。结果表明:采用滑模控制方法,液压缸活塞运动轨迹和腔室压力跟踪误差较大;而采用神经网络模糊滑模控制方法,液压缸活塞运动轨迹和腔室压力跟踪误差较小。采用神经网络模糊滑模控制方法,液压缸控制系统自适应调节能力较强,从而提高了活塞运动轨迹和腔室压力跟踪精度。     

具有自适应增益的电液位置伺服系统超螺旋滑模控制

电液位置伺服系统是复杂的非线性控制对象,存在各种建模不确定性,使得设计高性能的控制器以满足系统伺服精度要求更加困难。针对考虑各种建模不确定性的电液位置伺服系统,设计了一种具有自适应增益的超螺旋滑模控制方法。利用已知的系统模型信息,在传统超螺旋滑模控制算法中引入基于模型的前馈控制律,提升系统伺服精度。采用自适应律实时更新控制器增益,无需先获知系统建模不确定性的确切界,避免了传统算法中由人为设定与该界相关的控制增益造成的保守性。基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统全局稳定,系统跟踪误差可在有限时间内渐近收敛到零附近任意小的范围内,且收敛的速度和稳态误差的界可通过参数进行调节。仿真结果表明,所提出的控制方法可有效地抑制建模不确定性对系统的不利影响,显著提高其跟踪精度,且所得到的控制输入是连续的,更利于实际应用。     

直流电机无抖动滑模位置控制

针对直流电机伺服系统中普遍存在的参数不确定性以及不确定性非线性等各种扰动,提出了一种基于扰动补偿的无抖动终端滑模位置控制策略,实现了直流电机伺服系统的高精度位置跟踪控制。系统模型考虑了非线性摩擦特性以及外干扰等建模不确定性。所提出的全状态控制器对连续非线性摩擦进行了前馈补偿,进一步改善了系统的低速伺服性能;通过扩张状态观测器对未建模干扰等不确定性进行估计并前馈补偿,提高了系统对外干扰的鲁棒性。同时,所设计的控制器还能保证系统状态在有限时间内趋于平衡状态,提高了系统的快速跟踪性能。最终,通过对比的仿真结果对其进一步工程应用具有实际指导意义。     

加工中心双直线电机自适应模糊滑模同步控制

针对龙门移动式加工中心X轴驱动过程中两套直线电机伺服系统的位置不同步问题,采用了自适应模糊滑模控制方法对两直线电机的位置和速度误差进行补偿,设计了自适应模糊滑模同步控制器.该同步补偿方法充分利用了滑模控制的快速响应及对被控对象变化不敏感的特性.在用模糊控制削弱了滑模的抖振的同时,设计一个自适应调节律来估计最优的调节量,以较小的控制量保证较好的跟踪性能,既保证了系统的稳定性又易于工程实现.通过Simulink仿真验证了该方法的可行性并与模糊滑模控制进行了比较,结果表明该方法提高了同步控制精度.     

基于自适应滑模控制的随车起重机控制特性分析

为提高随车起重机的工作效率、改善控制性能、降低操作过程工作强度,对随车起重机液压控制系统的控制性能进行分析,提出一种自适应滑模控制方法。通过分析随车起重机液压控制系统工作原理和数学模型,设计了自适应滑模控制器;对比分析自适应滑模控制和PID控制系统的控制特性。结果表明：采用自适应滑模控制的随车起重机液压控制系统具有良好的稳定性、动态控制性能和伺服跟踪性能。     

基于双观测器的多电机卷绕系统切换滑模控制

针对多电机卷绕系统存在的强耦合、张力控制精度低、易受扰动影响等问题,提出一种基于非线性扰动观测器和张力观测器的切换滑模控制方法。以永磁同步电机作为系统的驱动机构,设计非奇异快速终端滑模控制器来实现对电机转速的控制,并设计非线性扰动观测器来估计系统的参数摄动,将估计值用于前馈补偿;对于系统的张力环,采用带有切换函数的自适应滑模控制器,切换函数可以使系统状态更快到达滑模面;并设计张力观测器来精确观测张力大小。仿真实验结果表明：与传统的控制策略相比,所设计的控制策略提高了系统的响应速度、跟踪精度和鲁棒性。