基于精确线性化的液压伺服系统滑模控制

本文基于非线性系统的微分几何理论和滑模控制方法提出了液压伺服系统的精确线性化滑模控制律,仿真表明该方法有较好的控制特性。     

基于高阶滑模的PMSM无传感器控制

针对传统永磁同步电机(PMSM)无传感器控制存在的超调量大、抖振明显,易受负载扰动影响的现象。提出一种基于高阶滑模的控制策略,结合超螺旋算法(STA)和任意阶算法设计出新型高阶滑模控制器,将新型的控制器分别应用于速度控制器、状态观测器和扭矩观测器,用饱和函数代替符号函数,同时采用积分滑模面和模糊控制对控制系统进行优化。系统使用状态观测器和锁相环(PLL)获取转子位置信息,并通过扭矩观测器将观测值前馈补偿至速度控制器。经过模拟仿真表明该高阶滑模控制系统可以有效地抑制超调和抖振,提升转子位置的估算精度,同时大大提升了系统的抗干扰性和鲁棒性。     

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。     

基于改进自适应高阶滑模的液压缸位移跟踪控制

电液伺服系统具有高度非线性、模型参数不确定等特点，给液压缸位移跟踪控制造成了困难。高阶滑模是一种变结构非线性控制方法，它可以实现系统的鲁棒控制，同时抑制系统的抖动，非常适用于电液伺服系统的控制。但高阶滑模也存在控制器的参数难以设置、系统响应速度慢的问题。对此，提出在自适应高阶滑模的基础上加入比例反馈的复合控制策略。针对高阶滑模的控制参数难以设置的问题，提出基于时滞控制理论的参数自适应调整算法，既保证了系统稳定又降低了控制信号的抖动幅值。在自适高阶滑模的基础上加入比例控制以提高系统的响应速度。建立了电液伺服系统的仿真模型，仿真结果表明：自适应高阶滑模使控制信号的振幅进一步减小，有效抑制了液压缸的抖动；加入比例控制之后，系统的响应速度大幅提升，位移跟踪误差也显著减小。     

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。     

基于干扰观测器的轧辊微孔系统滑模控制器的设计及应用北大核心CSCD

为了提高轧辊间隙结构下非线性控制性能,引入微分几何反馈技术来完成线性化解耦过程,根据干扰观测器实现滑模控制的功能,建立了基于干扰观测器的轧辊微孔系统滑模控制器设计,并开展应用验证。该控制系统可以达到理想的跟踪性能,能够有效补偿间隙导致的误差,表明本设计控制算法具备较强的可行性。对干扰观测器进行滑模控制仿真测试,根据实际测试结果判断滑膜控制器的有效性,能够实现精确的跟踪轨迹功能。应用验证表明:经过改造,辊轧机达到了更小的轧制误差,表明采用滑模控制方式有助于辊轧叶片达到更高的生产合格率,对提高板材的轧制质量具有重大的意义,实际的应用推广价值很大。     

基于前馈和滑模复合结构的飞行器电动舵机控制

针对飞行器电动舵机伺服系统的控制问题,提出了一种能够有效抑制传动机构非线性摩擦的控制方法,该方法由前馈补偿器、基于LQR的PID反馈控制器以及滑模控制器构成。前馈控制能够提高系统响应的快速性,PID反馈控制提高系统的抗干扰能力,针对非线性摩擦设计的滑模控制律,用来削弱非线性摩擦对舵机伺服的影响。在分析电动舵机伺服系统构成的基础上,给出了非线性摩擦的Stribeck模型;建立了系统数学模型,在此基础上分析得出前馈补偿器的结构和参数;引入参考给定量,建立基于误差的状态控制方程,设计了基于LQR的PID控制器以及抑制非线性摩擦扰动的滑模控制律。分别对含有滑模控制器和不含滑模控制器的控制方法进行了仿真实验,实验结果表明:含有滑模控制器的控制方法能够有效抑制非线性摩擦引起的速度抖动问题以及位置"平顶"现象。     

基于积分反步控制的永磁直线同步电动机滑模速度控制

文章考虑一种不确定载荷的永磁式同步直线电机驱动系统提出了一种改进鲁棒非线性控制器。该控制器是基于新的积分反步法设计的,这是一种对复杂非线性系统有用的鲁棒控制方法,通过引入积分以减少稳态误差。根据Lyapunov稳定理论对所提出的反馈控制律的稳定性进行验证。与传统的基于PID控制比较并给出了Matlab仿真的滑模速度观测器比较,这证明了该PMSLM驱动系统控制方法的可行性和有效性。     

基于扩张状态观测器的伺服加载模糊滑模控制

针对电动伺服加载测试台存在的间隙、摩擦等非线性控制问题,以滑模变结构控制（SMC）为主体进行了加载控制器设计。分析伺服加载测试台整体结构,提出一种基于扩张状态扰动观测器（ESO）的模糊滑模控制（FSMC）策略。该策略在使用ESO针对伺服加载系统的外部干扰进行观测的基础上,设计了模糊控制对滑动模态面和滑模趋近律进行自适应调节,提高了系统的动态实时跟随能力和干扰补偿能力,并减小SMC控制器稳定时的抖振现象。仿真结果表明：所设计的基于扩张状态观测器的模糊滑模控制器（FSMC-ESO）对比传统SMC及PID控制具有更好的快速响应性和鲁棒性。     

柔性机械臂非线性干扰观测器的高阶滑模控制

针对具有外界干扰及模型系统自身参数不确定性、不完全性的机械臂控制问题,挑选拉格朗日法营造柔性机械臂动力学仿真结构后,采用欧拉-伯努利梁理论,结合假设模态法进行机械臂运动描述。在非线性干扰观测器下,选取适当非线性增益函数对未知干扰进行准确估计,实现对高阶滑模控制器的有效补偿,以此降低外部干扰及系统的建模误差提高控制驱动的准确性。通过Lyapunov方法验证闭环系统稳定性、数值仿真验证设计方法有效性,结果表明,采用非线性干扰观测器同时运用高阶滑膜控制,有效削弱系统抖振。     

基于连续滑模控制的电液伺服系统轨迹追踪控制

为改善电液伺服系统的轨迹追踪精度,设计一种连续滑模控制器,用于对电液伺服系统进行轨迹追踪控制。在电液伺服系统的建模过程中,以控制阀阀芯位移为依据,得到了电磁线圈上的电压及电流方程。在液压流体的作用下,建立气缸内液压流体的流量方程。根据系统的轨迹误差,构造滑动面模型。在开环传递函数状态空间模型的基础上,建立控制律的连续方程,进而得出连续滑模控制器,以克服电液伺服系统的不确定性和扰动性,控制其对标定轨迹进行精确追踪。与干扰观测器对标定轨迹的追踪结果相比,该方法在追踪弧形及方波标定轨迹时,追踪精度分别提高了31.23%和39.98%。该方法能有效改善电液伺服系统的轨迹追踪精度。     

基于扩展观测器的永磁同步电机快速积分终端滑模控制

为了优化永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态性能，使用滑模控制的PMSM控制系统的非线性速度控制算法。提出一种新的快速积分终端滑模面(FITSMC),以提高传统积分终端滑模控制在速度误差远离平衡点时的跟踪误差收敛速度。针对高切换增益引起的大抖动现象，提出一种改进的抗干扰滑模速度控制器，该方法引入扩展状态观测器观测集中扰动，并在FITSMC中添加前馈补偿项。最后，通过仿真验证所提控制方法的有效性。结果表明：采用FITSMC替代传统的PI控制器，可以有效地降低动态速度跟踪误差。通过与传统方法进行比较，验证了所提方法(FITSMC+ESO)的优越性。     

一种球形滚动机器人纵向运动的控制策略研究

针对一种球形滚动机器人纵向运动的位置控制问题,提出一种基于有限时间滑模干扰观测器和双幂次组合函数趋近律的解耦滑模控制策略。所提出的控制策略不仅可以保证球形机器人的滚动性能,并且能够保持解耦滑模控制律的连续性。设计有限时间滑模干扰观测器对复合不确定性进行在线估计,并在此基础上得出机器人系统平衡摆角的估计。基于所得平衡摆角的估计,分别定义系统的各级滑模变量。借助所设计的有限时间滑模干扰观测器,基于第二级滑模变量和双幂次组合函数趋近律构造解耦滑模控制律。从理论上证明了所提出的控制策略能够确保各级滑模变量收敛至0,仿真实验结果验证了所提出的控制策略的控制性能和鲁棒性。     

基于CMAC滑模控制的双马达同步技术研究

以大型起重机双卷扬系统为研究对象,针对起升过程中存在的双马达同步误差问题,提出一种基于小脑神经网络(CMAC)滑模控制方法,充分利用CMAC响应速度快及滑模变结构控制(SMC)抗干扰能力强的特点,以解决传统控制方法鲁棒性差的问题;在控制过程中采用交叉耦合控制方式,并根据液压系统动态特性将液压泵出口压力差以及吊钩的倾斜角度作为控制指标进行仿真,最后以起升工况进行实验研究。结果表明:与传统方法相比,所提出的控制策略能有效提高两个马达的同步控制精度,抗干扰能力强,满足实际工况需要。     

基于全局最优滑模控制器的冗余自由度机械臂运动控制的研究

为了提高冗余自由度机械臂的运动准确性,进行基于全局最优滑模控制器的冗余自由度机械臂运动控制的研究。分析冗余自由度机械臂的机械结构,明确其结构组成及运动原理。通过各关节节点的旋转角度及连接臂长度,分别求取了相邻关节节点间的旋转关系式及关节结点相对基础坐标的移动矢量,并通过该移动矢量得出机械臂的动力学方程。通过机械臂的动力学方程,计算出单个关节节点的系统方程。利用角度误差构造滑模面,并在此基础上利用单个关节节点的系统方程,建立滑模控制器。为了获取滑模控制器中滑模加权因子和趋近加权因子的最优解,采用粒子群算法在解空间中对其进行全局搜索,从而得到全局最优化的滑模控制器,用于对冗余自由度机械臂的运动过程进行控制。实验中,采用此方法和干扰观测器方法对关节节点的运动过程及末端执行器的运动过程进行了控制,从控制结果可知:在控制关节节点及末端执行器运动时,此方法比干扰观测器方法的控制准确度分别提高了17.12%和13.49%,表明此方法能有效保障冗余自由度机械臂的运动准确性。     

基于观测器的压边装置自适应滑模同步控制

为了提高并联旋压机压边装置在外部扰动未知条件下的位置控制性能及抗干扰能力,提出了一种基于扰动观测器的自适应滑模同步控制方法。首先,针对电液比例位置控制系统存在未知扰动及部分参数无法预知的问题,设计了一种非线性扰动观测器,用以对扰动和未知参数进行估计和补偿。在此基础上设计了一种基于交叉耦合策略的滑模同步控制器,用以降低单液压缸位置误差及双液压缸同步误差,保证系统鲁棒性。此外,引入了一种滑模自适应趋近律,用以缩短滑模趋近时间,降低系统抖振。最后利用Lyapunov函数证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器能够实现精确的同步位置控制,在持续扰动作用下仍然具有良好的性能。     

一种自适应扰动观测器的机械手滑模控制研究

针对在未知载荷下的机械手控制不确定性问题,基于非线性扰动观测器与滑模控制方法,提出一种非线性观测器增益的通用设计方法.通过设计一种自适应算法的非线性扰动观测器,逼近机械手的未知载荷引起的不确定性,来估计由未知恒定载荷所引起的外力,扩大了观测器扰动的适用范围.在一定条件下,利用Lyapunov方法证明了观测器的稳定性.通...     

基于线性扩张状态观测器的机械臂变负载滑模控制

大型串联机械臂液压控制系统存在变负载及外干扰问题,机械臂不同工作姿态的等效质量会造成液压缸系统固有频率变化,影响系统动态特性,为此提出一种基于线性扩张状态观测器的滑动模态控制策略(LESOSMC)。以破拆机器人机械臂为研究对象,仿真试验结果表明:LESOSMC在机械臂处于不同姿态时,保持了很好的动态特性和稳态精度,对周期正弦信号也具有良好的跟踪性能。LESOSMC在机械臂变负载控制中具有良好的鲁棒性,满足重载液压机械臂关节位置控制的要求,为解决液压重载机械臂关节液压缸的位置控制提供了有效的工程方法。