基于高阶滑模方法的永磁同步电机控制系统研究

设计并实现一种采用定子电流和转子磁链为状态量的高阶滑模观测器,该观测器以四阶状态方程为基础,可以直接输出转子磁链的观测值。为避免因引入低通滤波器而产生的磁链相位变化,提出一种矢量状态方程滤波方法,以电流的观测偏差为滑模面,将等效控制信号直接输入到磁链方程中,通过磁链方程对抖振信号进行滤波。仿真结果表明,在没有对观测值进行精确补偿的情况下,对存在于反电势和转子磁链中的转子信息采集,所设计的扩展滑模观测器能够在较低速运行时准确的估算出转子位置和速度。无传感器矢量控制系统具有鲁棒性强、调速范围宽的特点,且具有更高的可行性和有效性。     

二阶滑模控制方法及其对环形倒立摆的控制应用

在传统滑模控制中,由于滑动模态的设计与对象参数及扰动无关,这就使得传统滑模控制具有快速回应、对参数变化及扰动不敏感和鲁棒性强等优点。但是也正是由于传统滑模控制的特性,在控制中会产生抖振现象,这在实际应用中是有害的。二阶滑模是目前高阶滑模中运用较广泛的一种方法,能够有效地削弱传统一阶滑模控制产生的抖振。通过Lagrange方程推导出环形倒立摆系统的数学模型,并且用二阶滑模控制超螺旋算法对非线性模型进行稳定控制。仿真结果表明二阶滑模控制的有效性。     

考虑控制输入约束的电磁阀式半主动悬架滑模控制

针对悬架控制系统中的输入约束和切换抖振问题,综合考虑悬架系统非线性,提出一种电磁阀式半主动悬架系统的考虑输入约束的模糊切换增益调节滑模控制方法。建立了1/4车辆悬架非线性模型,并利用电磁阀减振器力-速度特性试验建立了电磁阀减振器非线性力学模型。将模糊控制与滑模控制结合设计滑模控制律,降低系统抖振,同时引入辅助系统解决控制输入约束问题。仿真结果表明,所提出的滑模控制器可有效降低控制输入约束和切换抖振对悬架系统性能的影响,改善车辆乘坐舒适性。     

超声电机驱动的CMG框架系统滑模控制

针对超声电机驱动的控制力矩陀螺框架伺服系统具有强非线性、参数摄动和多源扰动力矩等问题,在系统建模和分析的基础上,采用了一种混合积分滑模变结构控制器,在保证框架速度控制快速响应的同时,提高了系统在多源强耦合扰动力矩下的鲁棒性。针对滑模抖振问题,引入了一种滑模观测器补偿框架系统的多源扰动力矩,减小系统不确定项的影响,进而减小滑模切换增益,达到抑制抖振的目的。仿真和实验结果表明,提出的控制力矩陀螺框架速度控制策略可有效抑制滑模控制系统的抖振现象,在多源扰动力矩的影响下,框架系统具有较强的鲁棒性。     

RBF神经网络滑模变结构控制在并联机器人中的应用

并联机器人系统结构复杂,具有强耦合、非线性等特点。滑模变结构控制对参数不确定性和外部扰动具有强鲁棒性,不需要被控对象精确数学模型且基于该方法的控制器设计过程是自然解耦过程,适用于并联机器人控制,但是滑模控制普遍存在抖振问题。鉴于此,该文提出RBF神经网络与滑模控制相结合的控制方法,利用RBF神经网络对滑模控制器切换项的增益进行调节,可以有效地降低滑模控制的抖振,获得较好的控制效果。仿真结果表明,该控制方法跟踪性能好,系统误差小,具有较强的鲁棒性,可以满足并联机器人的控制要求。     

RBF神经网络的主动前轮转向滑模控制

针对汽车主动前轮转向控制存在的非线性和参数时变不确定性,传统的滑模控制会产生"抖振"现象。为此,提出了一种基于RBF神经网络的主动前轮转向滑模控制策略。基于RBF神经网络对其切换增益进行实时调节,以抑制滑模变结构控制带来的"抖振"现象。利用CarSim和Matlab/Simulink联合仿真平台,对该控制策略进行仿真验证。研究结果表明:提出的RBF神经网络的滑模控制能够有效抑制"抖振"现象,相对于传统的滑模控制具有更强的鲁棒性和更高的控制效果,提高车辆转向时的操纵稳定性。     

基于幂次函数的自平衡双轮电动车分层滑模控制

针对倒立摆原理的自平衡系统,提出一种基于幂次函数法的分层滑模变结构控制方法。为解决滑模控制在本质上的不连续开关特性而引起系统抖振的问题,采用了在切换函数中运用幂次函数的非线性特性来设计非线性控制器,同时与传统的分层滑模控制方法进行了仿真对比。仿真结果表明了该方法的有效性,并且控制器超调量小,很好地抑制了抖振现象,被控系统表现出了良好的动态品质。     

汽车ABS滑移率的模糊滑模控制研究

汽车防抱死系统(ABS)是汽车制动过程中的一项基本安全措施,滑移率控制是汽车防抱死控制的重要部分。汽车制动时路况时时变化,汽车滑移率的动力学模型是一个时变、非线性、不确定系统。针对这一特点,将滑模控制运动到汽车防抱死制动控制中,设计了汽车滑移率的等效滑模控制器。为了消除滑模控制切换项带来的抖振,使切换控制项在保证鲁棒性能的同时尽可能小,利用模糊规则,对切换项进行模糊化,建立基于模糊切换控制的等效滑模控制器。仿真结果表明,滑模控制方法具有很好的鲁棒性能,加入模糊规则的等效滑模方法能很好的消除抖振现象。     

永磁同步电机积分滑模观测器控制

对永磁同步电机观测器控制进行研究,针对传统滑模观测器存在控制精度低、系统抖振较大的不足,设计了一种永磁同步电机积分滑模观测器控制。积分滑模控制具有控制精度高、系统抖振小的特点。积分滑模观测器可以有效提高电机控制精度,增强控制系统抗干扰能力。采用饱和函数代替符号函数进行滑模控制律设计,降低控制系统固有抖振,使滑模控制动态性能提高。通过仿真验证了积分滑模观测器控制策略的可行性。     

交流永磁伺服系统的分数阶滑模控制研究

某型火箭炮交流永磁伺服系统的转动惯量、系统的模型参数以及外部干扰等,在火箭炮发射过程控制中是时变的,因此导致数学模型参数严重不确定,是一个典型的非线性、时变不确定系统。如何确保系统在如此恶劣的工况,依然拥有良好的性能,即具备较强的鲁棒性是控制领域的一大难题。现代控制理论中的滑模控制具有实现简单、鲁棒性强的优势,已经得到了广泛应用。但是对于抖振仍无能为力,该文将一种分数阶滑模控制策略应用到系统控制中,利用分数阶系统随时间缓慢衰减的特性减小抖振。实验结果表明,与常规PID控制器相比,该控制器可削减抖振,减小误差,同时具有较强的鲁棒性。     

基于神经网络的非线性系统反演模糊滑模控制

用径向基神经网络逼近系统中的非线性部分,实现了对未知非线性连续函数的估计,降低了非线性系统控制器对精确建模的要求,并依据反演的方法设计了滑模控制律,实现了被控对象对期望轨迹的跟踪,在此基础上设计了模糊滑模控制率,降低了系统控制输入的抖振,通过仿真验证了该控制方法的有效性。     

基于双滑模控制的PMSS直接转矩调速系统设计

针对永磁同步电主轴传统直接转矩控制策略存在较大的磁链和转矩脉动,系统在低速段难以精确控制,以及由于磁链和转矩脉动引起的噪声和抖动等问题,该文提出了基于双滑模变结构控制的永磁同步电主轴直接转矩调速控制方案。提出通过转矩和磁链的2个滑模控制器来代替传统直接转矩中的2个滞环控制器,其输出实现了空间电压矢量调制,保证了逆变器开关频率恒定,减小了磁链和转矩脉动;分析滑模变结构控制所产生抖振缺陷的机理,选择适当的趋近律在保证系统鲁棒性的前提下有效抑制了抖振。实验和仿真结果表明,该调速系统具有动态响应快,磁链和转矩脉动小以及较强的鲁棒性等优点。     

模糊变机构控制在蛇型弯管机中的应用

基于弯管工艺的要求,对控制系统采用速度与位置双重控制策略;针对电液伺服系统非线性、慢时变的特性,在常规的变结构控制中引入模糊控制,有效地削弱滑模切换控制所产生的抖振,而不牺牲滑模控制系统对参数变化和外干扰不确定的强鲁棒性,实现了系统快速、准确的定位要求。该控制策略在实践中取得了良好的控制效果。     

基于滑模变结构的陀螺稳定平台非线性解耦控制

为了消除陀螺稳定平台系统中各框架间的非线性耦合影响,设计了一种滑模非线性解耦控制算法.分析了高精度三轴陀螺稳定平台框架间的非线性耦合特性,建立了系统的动力学模型.利用非线性微分几何方法对系统进行了输入输出解耦控制设计,结合模型跟踪滑模变结构控制方法消除了系统解耦控制中的非线性扰动因素.针对滑模控制中的抖动问题,设计了带有边界层的积分滑模控制器,有效减弱了控制器的抖振现象,提高了系统解耦精度.在某型号电视导引头稳定平台系统中测试表明了该解耦控制方法的有效性和可行性.同PID方法和不带边界层的滑模控制方法相比较,该解耦方法的解耦效果明显优于其他两种方法.     

模糊分数阶滑模控制的BLDCM控制系统

针对整数阶滑模控制在无刷直流电机系统中容易引起的抖振现象,以及无刷直流电机系统的非线性、实时性,设计一种模糊分数阶滑模控制器。在整数阶滑模控制器的基础上,在滑模切换函数中加入分数阶微积分算子,结合系统二阶状态方程和指数趋近律,设计了分数阶滑模控制器,并且通过Lyapunov稳定性原理和分数阶微积分理论证明了系统的稳定性。仿真及试验的结果表明,对比传统的整数阶滑模控制,所提方法可以有效减弱无刷直流电机系统的抖振,具有更好的动静态控制性能。     

基于模糊幂次趋近律的漂浮基空间机器人快速滑模控制

针对空间机械臂轨迹跟踪控制过程中的抖振抑制问题,讨论了一种基于模糊幂次趋近律的快速滑模变结构控制方法。首先运用拉格朗日第二类方程,建立了空间机械臂系统的动力学模型。然后对机械臂的传统滑模面进行改进,设计了一种快速非线性滑模面。利用模糊控制理论,设计了一种模糊幂次趋近律,使机械臂抖振抑制的效果明显,同时也保证了系统的轨迹跟踪控制效果。通过Lyapunov稳定性分析定理,验证了系统的稳定性和收敛性。最后用仿真实验结果证明了所设计控制方法的有效性和可行性。     

机械臂关节空间轨迹的神经网络滑模跟踪控制

为了提高机械臂对给定轨迹的跟踪精度且削弱滑模控制抖振问题,提出了基于RBF神经网络滑模控制的轨迹跟踪方法。建立了多连杆机械臂系统的运动学和动力学模型。首先忽略由建模误差和系统扰动产生的系统不确定项,建立了全局PID滑模控制器,设计了由等效控制律和切换控制律组成的全局滑模控制律;而后使用单隐含层RBF神经网络逼近系统不确定项,使用神经网络对不确定项的逼近值补偿建模误差和系统扰动,达到提高控制精度的目的。经仿真验证,在机械臂初始位置误差较大的情况下,神经网络滑模控制器的调节时间、超调量、驱动力矩抖振远小于全局PID滑模控制器,证明了神经网络滑模控制器在机械臂轨迹跟踪控制中的有效性。     

含齿隙伺服系统的反步自适应模糊滑模控制

针对具有齿隙非线性和参数摄动的某机械传动回转位置伺服系统,提出一种基于反演法的自适应模糊滑模控制策略。首先,在两质量系统中,引入近似死区模型,建立含齿隙的系统动力学模型。然后,通过反演法逐步选择Lyapunov函数,结合滑模控制补偿系统中的参数不确定和齿隙非线性。通过模糊推理机制将不连续切换项线性处理,消除传统滑模控制中的抖振现象。对比试验表明,基于反演法的自适应模糊滑模控制较PID控制更能有效削弱大、小齿轮间传递力矩的波动,并具有更高的位置跟踪精度和对系统参数变化的鲁棒性。     

数控机床用磁悬浮系统非线性时变滑模变结构控制

为实现数控机床横梁磁悬浮系统悬浮气隙的精确控制,采用了非线性时变滑模变结构控制策略。首先,通过设计一种带有指数项的滑模面,使系统在任意初始状态下的状态变量都直接处于系统的滑模面上,实现对参数摄动和外部干扰的全局鲁棒性;然后,在此基础上设计了一种时变滑模控制器,并通过李亚普诺夫定理证明了该控制律的稳定性。仿真实验结果表明,非线性时变滑模变结构控制方法在保证系统全局稳定的前提下提高了滑模面的收敛速度,有效地削弱了抖振。     

整体叶盘高效强力铣集成制造单元的精度补偿控制

针对非线性摩擦对整体叶盘高效强力铣集成制造单元定位精度的影响,提出一种基于模糊切换增益调节的滑模控制方法.通过事先给定系统的期望运动轨迹,设计出滑模控制的切换函数,以保证系统的初始状态在滑模面内.采用模糊推理系统,根据滑模到达条件对切换增益进行动态调整,并利用切换增益消除干扰项,从而消除抖振.仿真分析和实验结果均表明,基于模糊切换增益调节的滑模控制具有控制精度高、鲁棒性强、抑制干扰能力强等优点,能够提高叶片型面尺寸精度和表面一致性,降低表面粗糙度,减小残余应力并提高加工效率.