直接驱动型机械手的变结构控制

针对直接驱动型机械手的随动控制问题,提出了一种基于滑动模态扰动观测器的变结构控制器.通过观测由系统的非线性、模型的不确定性和外来干扰所造成的广义扰动,将非线性、强耦合的机械手动力学系统线性化,并解耦为多个单输入、单输出线性系统.控制器的设计不再依赖于机械手的精确模型.在二连杆机械手上做的仿真研究表明,在负载大范围变化的条件下,采用滑动模态扰动观测器的控制系统,比全状态反馈的控制系统具有更好的鲁棒性.     

2自由度门式起重机器人的轨迹控制

为了解决2自由度门式起重机器人系统的吊运轨迹精确跟踪控制和反晃动的有效消除,在建立其非线性动力学模型的基础上,详细分析其所呈现的微分平坦性,指出这种微分平坦性对精确轨迹的生成带来了很大的便利;接着分析了其前馈控制器和基于微分平坦性的反馈轨迹跟踪控制器,指出其具有微分平坦性的动力学系统是非线性的,故其所对应的状态方程是非线性的,但可通过状态变换实现无反馈精确线性化,从而得到一个完全能观完全能控的线性系统;若对该线性系统施加一个误差线性反馈器,就得到输出解耦的闭环系统,这样通过调整反馈增益可使吊具的轨迹误差实现全局渐近收敛;仿真结果验证了理论研究结论的正确性,同时表明吊具在低速运动时,摩擦对起重机器人系统的驱动力输入的影响不大。     

考虑关键非线性特征的集成式电子液压制动系统主缸液压力精确控制

针对具有"电动机+减速机构"形式的解耦式电子液压制动系统（Electro-hydraulic brake system,EHB）展开研究。针对主缸液压力控制过程中出现的爬行、死区和振荡等问题,设计一种考虑关键非线性特征（摩擦、PV特性）的主缸液压力精确控制算法。基于LuGre模型对摩擦非线性进行补偿,设计了压力自适应控制器。针对压力闭环控制在系统死区工作点处出现的问题,采用基于死区补偿的非线性控制方法。结合以上两种方法的优点,设计基于LuGre摩擦模型前馈补偿和死区补偿的联合控制方法,能够在考虑系统关键非线性特征的基础上,精确控制主缸液压力。通过联合仿真（AMESim&Simulink）和硬件在环测试对比验证各闭环控制系统的时频域响应特性,联合控制方法提高了系统的压力动态跟踪精度和响应速度。     

基于状态反馈线性化的阀控非对称缸系统模型预测控制

针对使用PID方法对阀控非对称液压缸位置控制中出现的超调问题,以及传统非线性模型预测控制优化求解计算时间较长的问题,提出了一种基于状态反馈线性化的阀控非对称缸模型预测控制方案。首先建立了阀控系统状态空间模型,运用微分几何理论讨论系统可反馈线性化的充要条件,并将非线性系统映射为新坐标空间内的线性系统模型;设计了反馈线性化模型预测控制器(Feedback Linearization Model Predictive Controller, FLMPC),讨论了线性系统下的约束问题,其中由于系统仿真预测时域远小于系统响应时间,对模型预测控制的损失函数加以修正。结果证明,在相同输入情况下,反馈线性化系统与原系统的位置误差满足控制需要,且在保证被控对象快速稳定控制的条件下,对比该算法与非线性模型预测控制的单步计算时间,证明该算法能够缩短计算时间。     

自适应遗传算法在变风量空调系统解耦控制中的应用

变风量空调系统由于节能高效的优点受到了国内外的广泛关注,而其又具有多变量、非线性、强耦合等特点,为了优化系统提高稳定性,提出了一种基于自适应遗传算法的解耦控制策略。该策略采用机理分析和系统辨识的方法并结合实验数据建立被控对象耦合特性的数学模型;通过一种类前馈的补偿方法,设计了变风量空调系统解耦补偿器的传递函数矩阵;根据系统控制性能指标的要求,设计了变风量空调系统4个控制回路的PID控制器,并使用自适应遗传算法对PID控制算法的控制参数进行了整定。继而对实际系统中4个耦合回路进行仿真分析,实验结果表明类前馈解耦有效地提高了控制系统的稳定性和鲁棒性。     

基于ESO的高压直流输电系统非线性鲁棒控制

HVDC系统具有非线性、不确定性和多变量耦合等特点,基于精确反馈线性化方法(EFL)设计的控制器在实际运行中,其理论上预期的性能指标仍不能完全实现.为此,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的非线性鲁棒控制策略,将其运用于HVDC基本阀控系统,设计了整流侧定电流(CC)、逆变侧定熄弧角(CEA)控制器.仿真结果表明:当系统存在较强不确定性时,提出的控制器与传统的PID控制器和EFL控制器相比,具有良好的动态性能.     

遗传算法优化前馈PID控制电液系统研究

电液比例系统由于维护成本低、维护难度小、环境适应性强等优点,被广泛应用于远程控制和恶劣的工作环境。针对比例阀具有低带宽、大死区和流量非线性以及高非线性摩擦等特性,降低了系统的控制性能。为达到伺服系统控制性能,设计了一种前馈控制来补偿系统的非线性,利用PID位置反馈补偿系统未建模的影响,并采用实数编码遗传算法对控制器参数进行优化。阶跃响应和正弦响应结果表明:系统输出达到了伺服控制系统的精度,证明了所设计的控制器的可行性。     

一种简单的鲁棒控制器的设计

当今大部分船舶航向保持器的设计都采用Nomoto线性模型,忽略了船舶操纵运动的非线性因素,未能彻底解决船舶的航向控制问题.选择状态反馈精确线性化方法,将响应型船舶运动的非线性数学模型进行线性化,再利用鲁棒控制器进行控制,然后在Matlab的Simulink下进行系统仿真.仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的控制能力.     

双容水箱液位解耦控制系统的设计

针对双容液位系统关联和耦合问题,采用前馈补偿解耦控制完成静态解耦控制方案,并将解耦方案在计算机中通过编程实现,从而实现双容液位系统的解耦控制。实验结果表明,应用前馈补偿解耦方案控制效果良好,解决双容液位系统的相互关联及耦合,满足系统的控制要求。     

双馈感应发电机的微分几何变结构控制方法研究

为了实现变速恒频控制的双馈感应发电机风电系统的良好控制性能,从电机学基本原理出发,建立双馈感应发电机的动态数学模型.根据其数学模型的非线性特性,提出了微分几何变结构控制方法,运用微分几何精确线性化理论,把非线性系统转化成了一个线性系统.在此基础上应用非线性变结构控制理论进行设计控制器.用Matlab对系统进行仿真,结果表明:该控制方法能实现系统的有功功率和无功功率的解耦,进一步验证该控制策略的合理性及控制器设计的有效性和可行性.     

龙门移动式数控机床横梁磁悬浮控制系统研究

针对龙门移动式数控机床中的移动横梁,提出了采用磁悬浮技术,实现无摩擦驱动的新型控制方案。首先,建立了横梁磁悬浮系统的数学模型,利用反馈线性化方法,将非线性模型转化为线性模型,再采用PI状态反馈设计的方法,设计一个悬浮控制器。该反馈线性化是一种全局线性化的方法,优于传统的局部近似线性化的方法。仿真结果表明,该悬浮控制器可以保证全局稳定,使系统具有良好的鲁棒性。     

开式泵控非对称缸负载容腔独立控制耦合特性

为解决闭式泵控非对称缸系统的流量不对称的问题,设计了开式泵控非对称缸负载容腔独立控制系统,并针对其非对称缸两腔采用不同控制算法时的参数耦合问题进行研究。以位置-压力组合控制为例,建立该系统数学模型并分析其耦合特性,进而提出位置前馈补偿解耦方法。基于600kN开式泵控油压机实验平台,验证其耦合及解耦特性。结果表明：在位置正弦扰动下,当频率分别为1Hz、1.25Hz时,位置前馈补偿算法对其耦合作用的抑制率分别为16.4%和14.8%。     

基于QFT的开关阀控气动位置伺服系统鲁棒控制

考虑开关阀的滞后特性,建立了高速开关阀控气动位置控制系统的非线性模型,并在原模型的基础上,将系统模型处理为包含滞后环节的数学模型。针对该模型对象参数不确定、摄动量大和负载变化范围大等问题,采用包含小闭环的2自由度控制结构,用定量反馈理论,进行系统的鲁棒稳定性、干扰抑制和跟踪性能设计,设计了具有鲁棒性能的控制器,并且设计了有效的摩擦力补偿器。经过试验验证,系统不仅具有较好的稳定鲁棒性,还具有很好的动态性能和位置精度。     

Nonlinear robust control of hypersonic aircrafts with interactions between flight dynamics and propulsion systems

This paper addresses the nonlinear robust tracking controller design problem for hypersonic vehicles. This problem is challenging due to strong coupling between the aerodynamics and the propulsion system, and the uncertainties involved in the vehicle dynamics including parametric uncertainties, unmodeled model uncertainties, and external disturbances. By utilizing the feedback linearization technique, a linear tracking error system is established with prescribed references. For the linear model, a robust controller is proposed based on the signal compensation theory to guarantee that the tracking error dynamics is robustly stable. Numerical simulation results are given to show the advantages of the proposed nonlinear robust control method, compared to the robust loop-shaping control approach.     

基于滑模自抗扰的PMLSM电流偏差解耦控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)存在电流耦合以及在运行过程中易受参数变化的影响使系统鲁棒性降低,本文设计了一种基于滑模自抗扰的电流偏差解耦控制(SADRC-CDDC)方法.从参考电流与实际电流作差处引入两轴交叉耦合支路,建立含耦合项的电流控制方程,计算出耦合量并对系统进行补偿,设计电流偏差解耦控制器(CDDC),用...     

Feedback linearization based control of a variable air volume air conditioning system for cooling applications

Design of a nonlinear control system for a Variable Air Volume Air Conditioning (VAVAC) plant through feedback linearization is presented in this article. VAVAC systems attempt to reduce building energy consumption while maintaining the primary role of air conditioning. The temperature of the space is maintained at a constant level by establishing a balance between the cooling load generated in the space and the air supply delivered to meet the load. The dynamic model of a VAVAC plant is derived and formulated as a MIMO bilinear system. Feedback linearization is applied for decoupling and linearization of the nonlinear model. Simulation results for a laboratory scale plant are presented to demonstrate the potential of keeping comfort and maintaining energy optimal performance by this methodology. Results obtained with a conventional PI controller and a feedback linearizing controller are compared and the superiority of the proposed approach is clearly established.     

混合煤气管道多变量系统自抗扰解耦控制

针对煤气混合蝶阀串联系统具有强耦合、不确定性、干扰因素多、非线性等特点,应用自抗扰控制（ADRC）静态解耦和扩张状态观测器（ESO）动态解耦技术,给出一种适用于煤气混合蝶阀串联系统的ADRC解耦设计方案。为提高系统的响应速度,减少计算量,控制系统去掉跟踪微分器（TD）,并且ESO和NF（非线性反馈）采用线性函数的ADRC。仿真结果表明,该控制方案不仅解耦效果优良,而且具有较好的跟踪性能和抗扰动能力。     

基于电流解耦控制的光伏并网系统仿真分析

光伏并网发电是太阳能利用的重要途径,而并网逆变器结构的选择和控制策略的改进是其研究的重点。在PSCAD/EMTDC平台上搭建了单级三相光伏并网系统的仿真模型,仿真模型中的并网逆变器采用双闭环的控制策略,其中电流内环根据非线性控制理论中反馈线性化的思想,实现电流的解耦控制,电压功率外环采用PI控制。仿真结果表明:该控制策略不仅控制精度高,稳定工作域大,并且必要时能在一定范围内对配网的无功进行调节,提高配网稳定性。     

Model-based adaptive sliding mode control of the subcritical boiler-turbine system with uncertainties

As higher requirements are proposed for the load regulation and efficiency enhancement, the control performance of boiler-turbine systems has become much more important. In this paper, a novel robust control approach is proposed to improve the coordinated control performance for subcritical boiler-turbine units. To capture the key features of the boiler-turbine system, a nonlinear control-oriented model is established and validated with the history operation data of a 300 MW unit. To achieve system linearization and decoupling, an adaptive feedback linearization strategy is proposed, which could asymptotically eliminate the linearization error caused by the model uncertainties. Based on the linearized boiler-turbine system, a second-order sliding mode controller is designed with the super-twisting algorithm. Moreover, the closed-loop system is proved robustly stable with respect to uncertainties and disturbances. Simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed control scheme, which achieves excellent tracking performance, strong robustness and chattering reduction.