基于滑模变结构的穿梭车牵引控制器设计与仿真

设计提出了一种基于滑模控制的新型穿梭车牵引系统控制器模型.外环采用PI控制器实现速度调节,内环采用滑模控制器实现转矩调节,状态观测器对负载转矩进行间接测量用以实现转矩补偿.滑模控制器的设计采用了指数趋近律和线性切换函数,在加速了趋近运动的同时简化了控制算法.仿真实验表明,引入了带有负载转矩补偿功能的滑模转矩控制器使系统抵抗大范围负载扰动的能力有了显著提升.     

基于卡尔曼滤波器的交流伺服系统自适应滑模控制

为了减小负载转矩扰动和系统参数摄动对永磁同步电机控制系统的影响,提出了一种基于卡尔曼滤波器的自适应滑模速度控制器。该控制器由自适应律估计参数摄动项,用卡尔曼滤波器估计外部扰动项。设计了含积分作用的滑模面,以保证电机转速的无静差跟踪;采用了指数趋近律,以提高趋近速度并削弱抖振。卡尔曼滤波器估计得到的系统外部扰动前馈补偿至控制器的输出,用于有效降低滑模控制器的不连续切换项造成的系统抖振。实验结果显示:跟踪设定的600r/min转速时,控制器稳态转速精度达到±1r/min。电机在以600r/min稳速运行时,设计的控制器在1.6N·m的外部转矩扰动下的最大转速波动比传统PI控制器的转速波动减小了2%。仿真分析和实验数据表明基于卡尔曼滤波器的自适应滑模控制器对交流伺服控制系统具有较强的抗扰动性、鲁棒性以及良好的稳态性能。     

基于扰动观测器的永磁同步电机电流环自适应滑模控制

针对扰动对永磁同步电机转速伺服系统性能的影响,提出了基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法。设计了自适应律在线估计系统的内部参数摄动以补偿模型不确定性扰动。同时,设计了滑模扰动观测器实时估计系统外部负载扰动,并将观测值前馈补偿到电流环自适应滑模控制器,在提高系统鲁棒性的同时降低滑模控制系统的抖振。实验结果显示,采用基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法,系统可快速、准确、无超调地跟踪900r/min的速度指令,调节时间为0.08s,稳态误差为±5r/min。加入0.6N·m的负载扰动,该控制方法的最大转速波动为21r/min,比PI控制方法的转速波动减小了3.4%。仿真和实验结果表明,基于扰动观测器的电流环自适应控制方法提高了永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能,同时可有效抑制滑模控制系统的抖振。     

基于鲁棒迭代学习控制的永磁同步电机转矩脉动抑制

为了提高永磁同步电机转速伺服系统的性能,抑制转矩脉动对控制系统的影响,提出了滑模控制与迭代学习控制相结合的鲁棒迭代学习控制方法(RILC)。设计了迭代学习控制器抑制周期性转矩脉动,提出了滑模控制器提高系统的抗扰动性能,保证系统强鲁棒性及响应快速性。实验结果显示,电机以900r/min的速度运行时,采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由0.89降低到0.56;加入0.5N·m的负载扰动后,转速波动最大值为22r/min,比PI-迭代学习控制法得到的值减小了1.8%。电机以60r/min运行时,采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由4.87降低到0.45;加入0.5N·m的负载扰动的,转速波动最大值为24r/min,比PI-迭代学习控制法得到的值减小了23%。得到的结果表明,鲁棒迭代学习控制方法可有效抑制转矩脉动,同时可提高永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能。     

采用扩展滑模观测器的数控机床永磁同步电机鲁棒控制方法

为了实现对数控机床永磁同步电机转速的高精度控制,考虑负载转矩扰动、电路和磁路扰动等因素,采用扩展滑模观测器设计了鲁棒控制方法.首先建立了带有复合干扰的永磁同步电机模型,然后将复合干扰作为扩展状态,设计了扩展滑模观测器,实现了对转速、转动加速度和复合干扰的精确估计,并进行了收敛性和稳定性分析,最后提出了一种新型滑模趋近律...     

基于滑膜算法的电梯控制和节能方法设计

为克服电梯曳引电动机的非线性、负载扰动、外部干扰和参数扰动等问题,以及电梯再生能量利用率低的问题,提出一种基于滑模控制算法的电梯曳引电动机控制和节能设计方法。设计中电梯控制模块采用滑模控制技术和矢量控制技术完成对电梯曳引机的有效控制;位置补偿控制器采用前馈补偿法来实现;速度控制器采用滑模控制算法来实现速度环的控制。电梯节能模块使用超级电容组,采用超级电容节能技术,运用RBF神经网络算法和滑模控制算法实现节能功能。利用FPGA高速运行优势,使用流水线技术实现滑模控制和矢量控制算法。经仿真测试,表明该方法提高了对曳引电动机的控制精度和稳定性;能循环使用电梯再生能量,提高了能量利用率,有效解决了存在的问题。     

基于滑模扰动观测器的PMSM增量式模型预测控制

针对永磁同步电机模型预测控制在强扰动下的控制性能降低,及非增量式预测模型存在静态误差等问题,提出一种基于滑模扰动观测器的永磁同步电机转速-电流单环增量式模型预测控制方法。首先,基于永磁同步电机在同步旋转坐标下的数学模型和模型预测控制的原理,设计了转速-电流单环增量式模型预测控制器以消除静态误差。然后,设计电流限幅器,以保证电机工作于电流约束内。最后,设计滑模扰动观测器对负载扰动进行观测,用于前馈补偿控制,并证明观测器的稳定性。仿真结果显示,所设计的观测器能快速、准确地观测到负载转矩的变化,所提出的单环控制器具有良好的动态性能。与传统PI控制及非增量式模型预测控制进行仿真对比,所提方法具有超调小、抗干扰能力强等优点。     

基于分数阶滑模观测器的PMSM分数阶积分滑模控制（英文）

针对永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor, PMSM)运行过程中内部参数变化和外部负载扰动影响控制性能的问题,提出了一种基于分数阶滑模观测器的PMSM分数阶积分滑模控制(Fractional order integral sliding mode control, FOISMC)策略。基于FOISMC技术,设计了分数阶积分滑模转速调节器,给出了能保证系统全局鲁棒性的全程积分滑模面设计方法。基于分数阶理论和滑模控制理论构造了分数阶滑模观测器,实现了对速度和转子位置角的高精度估计。利用滑模负载观测器对负载转矩进行了实时观测,并将观测到的负载转矩传递到转速控制器中,提高了系统抗负载扰动的能力。仿真实验验证了所提方法的可行性和有效性。     

一种改进趋近律的PMSM非奇异终端滑模控制

为了提高永磁同步电机（PMSM）伺服控制系统的响应速度和鲁棒性,文章提出了一种基于终端滑模的永磁同步电机控制方法。首先对传统滑模面收敛性进行分析,引入了非奇异终端滑模面;其次在传统趋近律的基础上提出了一种新型趋近律,并设计了基于新型的趋近律的电流-转速控制器;最后设计了滑模观测器对电机存在的扰动进行前馈补偿,并进行转速观测。通过软件仿真和实验证明,所提出的新型控制算法较好地抑制了永磁同步电机在接近平衡点时的抖振问题,且具有较低的超调量、良好的抗扰动能力和较快的响应速度,验证了所提方法的可行性和有效性。     

直联压缩机两种不同控制方法的比较研究

建立了空压机的负载数学模型,对其负载进行了分析。建立了永磁同步电机的数学模型,给出了一种用于交流永磁同步电机速度控制的滑模控制器。根据永磁同步电机的控制特点和空压机负载特点进行Simulink仿真,仿真结果表明,加滑模控制器时,电机转速波动较小。最后,对用永磁同步电机驱动直联便携式空压机做实验。实验结果表明,与常规的PI控制策略相比,滑模变结构控制改善了系统的动态性能,有较强的鲁棒性。永磁同步电机驱动空压机效率高,转速波动小。     

基于矢量控制的BLDCM新型滑模控制器

针对反电动势为正弦波的直流无刷电机控制效率问题,研究了其控制方式,采用了矢量控制方法代替传统的方波控制,以提高电机运行效率,设计了一种新的指数趋近律积分型滑模控制器(sliding mode control,SMC),提高了直流无刷电机控制系统的抗干扰性及速度跟踪性。在滑模控制中引入新的趋近律可有效地抑制抖振问题,提高了滑模面的趋近速度,同时使得系统的超调得到显著的降低。采用了边界层可变的正弦饱和函数替代开关函数进一步削弱抖振,并对其进行了理论分析。最后根据所设计的控制方式通过Simulink进行了仿真验证。研究结果表明,所设计的速度控制器较传统的滑模控制器及积分型滑模控制器具有更好的抑制抖振和速度跟踪性能。     

基于最大转矩电流比的永磁同步电机自适应滑模控制

针对永磁同步电机伺服系统在外部扰动力矩下的速度跟踪控制问题,提出了一种基于最大转矩电流比的自适应滑模控制器。为了简化计算,采用牛顿-拉夫逊迭代法实现最大转矩电流比对电机交直轴电流的分配,并在此基础上改进了自适应滑模速度控制器。为减少滑模控制中的抖振,设计了自适应滑模切换增益。通过仿真实验对比可知,所提控制方式有效提升了系统的动态响应能力、稳态性能和抗扰动能力。     

导引头稳定平台的扰动补偿及改进滑模控制

为提高导引头稳定平台抗扰性,提出了一种导引头稳定平台的扰动补偿及改进滑模控制策略。首先根据扰动特点将扰动分为摩擦力矩和"剩余扰动"两部分,基于Stribeck摩擦模型辨识摩擦参数,并进行摩擦力矩补偿;采用扩张高增益观测器对"剩余扰动"进行估计,并给出了扩张高增益观测器的收敛条件。然后设计了改进滑模控制器作为稳定回路的控制器实现伺服控制,采用Lyapunov函数证明其稳定性。最后,搭建测试系统分别进行了稳定平台性能测试和导引头性能测试,用于验证跟踪和抗扰效果。实验结果表明,跟踪1(°)/s的梯形波时,提出的控制器有效地补偿了摩擦,同时稳态精度提高了0.032 8(°)/s;给定三轴转台典型幅值和频率扰动下,采用提出的控制器时系统隔离度至少提高了0.57%。表明提出的控制器改善了系统抗扰性。     

基于电磁直线执行器的电子凸轮轨迹跟踪控制

提出了一种基于电磁直线执行器的电子凸轮,通过对给定轨迹的跟踪来实现所需要的直线运动规律,以取代传统的机械凸轮机构。采用迭代学习控制算法控制电子凸轮实现对目标轨迹的跟踪,并进而应用迭代加模糊滑模控制的算法提高电子凸轮的收敛速度与鲁棒性。模糊滑模迭代控制是将误差函数输入滑模控制器中,然后以滑模函数作为模糊控制器的输入,最后通过模糊控制器的输出来控制迭代算法中的增量。通过仿真以及试验验证表明,基于电磁直线执行器的电子凸轮能够有效取代传统的机械凸轮机构,模糊滑模迭代控制算法能够满足电子凸轮对轨迹跟踪精度、响应速度、收敛速度与鲁棒性的要求。     

基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略

针对传统带有滑模观测器的永磁同步电机控制系统中转矩脉动大、抖振明显、反电动势估计精度差等问题,提出基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略.首先,在速度环提出基于双曲正弦函数的新型趋近率,结合模糊控制思想对趋近率参数实现自整定,设计了一种基于新型趋近率的模糊积分滑模速度环控制器,并且对新型趋近率的抖振抑制效果给出严格分析.其次,提出基于变截止频率低通滤波器和修正反电动势观测器的两级滤波结构,抑制反电动势中的高频分量和测量噪声,并对转子位置进行合理补偿,继而设计了两级滤波滑模观测器;通过Lyapunov判据对本文提出控制策略的稳定性进行了推导证明.仿真和实验结果表明,与传统滑模观测器相比,改进的控制器使电机在启动和受到外部扰动时系统响应良好,有效改善了转矩脉动、抖振、反电动势的估计精度等问题.     

带ESO的ANFTSMC控制PMSM的新型MPTC无传感器控制策略

针对电动汽车中永磁同步电机传统控制策略对电机控制性能差的问题,提出了一种新型的自适应非奇异快速终端滑模模型预测转矩控制策略.设计了新型自适应指数趋近率,用性质更佳的双曲正切函数tanh()替换传统的切换函数sgn(),并构造了带ESO扰动观测的新型ANFTSMC作为系统转速控制器,消弱了抖振,提高了系统鲁棒性.为实现调速系统的无传感器控制,构造了基于tanh(Fal)的ESO转速观测器.与传统基于Fal函数的ESO相比,观测误差较小,观测精度较高.同时,针对预测转矩控制策略,提出了新型的目标函数构造方法,避免了权重系数的设计,并对传统电压矢量选择方法进行了改进与优化,减少了算法的计算量,结合所设计的新型控制器可有效提高系统的快速性,增加算法的实用性.     

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。     

干扰观测器与滑模控制结合的机械臂跟踪控制

为了提高机械臂轨迹跟踪的精度和速度,提出了干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪控制方法.建立了机械臂动力学模型,设计了机械臂轨迹跟踪控制方案.将机械臂受到的扰动分为可观测部分和不可观测部分,对于可观测部分,设计了干扰观测器用于估计扰动大小,依据扰动观测值对控制力矩进行补偿,主动消除可观测部分扰动的影响;对于不可观测部分,设计了非线性滑模控制器,用于减小不可观测扰动造成的跟踪误差与抖动.经仿真验证,与传统滑模控制和非线性滑模控制相比,干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪误差减小了一个数量级以上,且跟踪速度最快.     

复合滑模控制在精密PMLSM激光切割运动平台的应用

针对永磁直线同步电机激光切割运动平台的位置伺服控制低抖振、高精度、强鲁棒的要求,在传统双幂次滑模趋近律的基础上,提出一种变边界层的双幂次滑模趋近律带滑模扰动观测器的复合趋近律滑摸控制方法。变边界层方法是对控制系统的控制精度要求和降低抖振的权衡,而所提出的方法又继承了传统双幂次滑模趋近律方法的有限时间收敛特性。为了降低控制系统设计的保守性,设计了一种基于超螺旋算法的滑模扰动观测器对系统的未知扰动进行估计,并在此算法中添加一个幂指数,通过仿真实验证明了提高幂指数的数值可加快未知扰动的估计值的收敛速度。结合Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的稳定性。最后,搭建了用于激光切割的永磁直线同步电机平移试验台对所提出的控制器进行测试。实验结果表明:本文所提出的控制器的位置跟踪误差不超过1μm,且误差波动较小,能够满足伺服控制系统的要求。     

具有负载柔性的液压伺服系统整形滑模控制

针对柔性臂等具有一定结构柔性的负载对液压伺服系统控制性能的影响,提出了一种基于输入整形器和代理滑模控制的复合控制策略。首先,为了克服负载连接刚度所引起的振动对最终控制性能的影响,采用输入整形器对期望信号进行修正;其次,将扰动观测器和代理滑模相结合并根据无源性理论及Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性。该方法一方面可以避免高增益PID控制在跟踪方波等误差变化较大的信号时的超调及振荡等问题;另一方面从理论上取消了不连续符号函数,从而避免了滑模抖振问题。此外,利用基于辅助变量的扰动观测器以及动态面控制可以弥补传统代理滑模控制在扰动抑制方面的不足,并克服状态变量的微分信号对测量噪声的放大作用;基于以上研究,得到一种整形滑模控制方法,并且通过理论及仿真证明了该方法的有效性。