基于Hamilton理论的可逆冷带轧机速度张力系统无张力计控制

基于反馈耗散Hamilton理论研究了可逆冷带轧机速度张力系统的无张力计控制问题. 首先,对系统速度张力外环(主轧机速度环和左、右卷取机张力控制环)进行预反馈控制, 并采用反馈耗散Hamilton理论完成了速度张力外环控制器的设计. 其次, 为了实现系统的无张力计控制及对摄动参数的自适应估计, 基于"扩张系统+反馈"方法完成了系统速度张力外环自适应状态观测器的设计. 再次, 为了实现可逆冷带轧机主轧机速度和左、右卷取机张力间的协调控制及对外扰不确定项的干扰抑制, 基于backstepping方法完成了系统电流内环鲁棒控制器的设计. 理论分析表明, 所提出的控制方法能够保证闭环系统的鲁棒稳定性. 最后, 基于某1422mm可逆冷带轧机速度张力系统的实际数据进行仿真, 并同串级PI控制方法相比较, 结果验证了本文所提方法的有效性.     

可逆冷带轧机速度张力系统的耗散Hamilton 控制

研究基于侵入与不变流形(I&I)自适应方法和非线性干扰观测器(NDO)的可逆冷带轧机速度张力系统耗散Hamilton控制问题。首先采用I&I自适应方法估计系统的摄动参数;其次,通过预反馈建立系统速度张力外环的耗散Hamilton模型,并利用互联和阻尼配置以及能量整形方法设计耗散Hamilton控制器;再次,选用NDO对系统电流内环的外扰进行观测,并引入设计的积分滑模控制器中进行补偿;最后将该方法应用于某1422 mm可逆冷带轧机速度张力系统中进行仿真,结果验证了所提出方法的有效性。     

可逆冷带轧机速度张力系统的动态滑模解耦控制

为削弱可逆冷带轧机速度张力系统中各变量间的非线性耦合影响,本文提出了一种基于幂指数趋近律的微分几何动态滑模解耦控制方法.首先,应用微分几何理论,通过非线性状态反馈和坐标变换,实现了可逆冷带轧机速度张力非线性耦合系统的输入/输出动态解耦和线性化.其次,针对解耦后得到的各独立线性子系统,综合考虑可逆冷带轧机速度张力系统的负载扰动、参数摄动和未建模动态等不确定部分的影响,基于幂指数趋近律设计了动态滑模控制器.理论分析表明,所提出的控制方法能够保证闭环系统渐近稳定,并能有效削弱系统抖振.最后,对某1422mm可逆冷带轧机速度张力非线性耦合系统进行仿真,并同其他解耦控制方法相比较,结果验证了所提出方法的有效性.     

基于非奇异快速终端滑模的轧机液压伺服位置系统反步控制

针对具有非线性、参数不确定性和未知负载扰动的非对称缸轧机液压伺服位置系统,提出一种基于模糊自适应观测器和非奇异快速终端滑模面的反步控制方法.首先,基于非奇异快速终端滑模面和双幂次趋近律完成非对称缸轧机液压伺服位置系统反步控制器的设计,并通过构造二阶滑模滤波器对虚拟控制量的微分信号进行估计,有效地避免了反步控制中的微分爆炸现象;然后,选用模糊自适应观测器对系统的不确定项进行逼近估计,并将输出的估计值引入到设计的控制器中进行补偿,有效地提高了系统的跟踪控制精度,且分析表明,所提出的控制方法能够保证闭环系统全局渐近稳定;最后,基于某650mm可逆冷带轧机液压伺服位置系统的实际参数进行仿真研究,并与常规线性滑模控制方法相比较,结果验证了所提出方法能够有效提高系统在整个全局过程的收敛速度和鲁棒稳定性.     

可逆冷带轧机速度张力多变量耦合系统的建模及分散控制

针对具有多变量、非线性、强耦合和不确定性的可逆冷带轧机速度张力系统,提出了一种基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的全局积分滑模自适应反步分散控制方法.首先,采用机理建模方法,建立了相对完备的可逆冷带轧机速度张力多变量耦合系统的数学模型.其次,将各子系统的耦合项和不确定项看成外扰,通过构造的ESO对其进行动态观测,并分别引入所设计的全局积分滑模自适应反步控制器中进行补偿,速度张力系统实现了有效的动态解耦和协调控制.理论分析表明,所提出的控制方法能够保证滑模面的渐近稳定和闭环系统的渐近跟踪性能.最后,基于某1422mm可逆冷带轧机速度张力系统的实际数据进行仿真,结果验证了所提方法的有效性.     

可逆冷带轧机速度张力系统的模糊自适应动态面反步控制

研究了基于动态面反步控制和模糊自适应逼近的可逆冷带轧机速度张力系统直接反馈线性化(direct feedback linearization,DFL)动态解耦控制问题.首先,通过构造非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)削弱了模型中非匹配不确定项对系统性能的影响,进而应用DFL理论实现了速度张力非线性耦合系统的动态解耦和线性化;其次,将反步控制与动态面控制相结合完成了解耦后速度张力各线性子系统控制器的设计,且有效避免了反步控制中的"微分爆炸"现象;再次,采用模糊自适应方法对所设计控制器中的匹配不确定项进行了逼近估计,有效地提高了速度张力系统的跟踪控制精度;稳定性分析结果表明,可逆冷带轧机速度张力系统是一致最终有界的.最后,基于工业现场的实际数据进行仿真对比研究,仿真结果验证了本文所提方法的有效性.     

基于扰动观测器补偿的机械臂非奇异快速终端滑模控制

针对机械臂系统在实际应用中存在的建模误差及未知扰动问题, 设计了一种基于扰动观测器的改进型非 奇异快速终端滑模控制策略. 通过扰动观测器准确估计系统存在的总扰动, 并设计恰当的非线性增益函数使扰动观 测误差指数收敛, 实现了对控制器的前馈补偿. 考虑到终端滑模存在的奇异性问题, 结合扰动观测器设计了非奇异 快速终端滑模控制器, 在保证跟踪误差有限时间收敛的同时抑制了滑模控制固有的抖振现象. 同时在控制器设计过 程中, 用fal函数代替sig函数有利于削弱滑模控制抖振, 提高系统稳定性及跟踪精度. 最后, 利用MATLAB软件进行 实验仿真, 验证了所设计控制器的有效性.     

基于高阶滑模速度控制器的异步电机模型预测转矩控制

针对三相异步电机驱动系统,提出一种基于高阶滑模速度控制器的模型预测转矩控制策略.为了降低负载扰动对系统运行性能的影响,设计一种基于二阶Super-Twisting滑模技术的速度环控制器,以代替传统PI速度控制器,并应用Lyapunov稳定性理论对其稳定性和鲁棒性进行分析,得到使速度控制系统收敛的参数范围.为了提升转矩控制精度,基于异步电机的数学模型,采用模型预测转矩控制理论,以转矩和定子磁链为控制目标设计评价函数,得到最优输出电压矢量驱动电机运行.仿真结果表明,所提出的控制方法能有效提升系统对负载扰动的鲁棒性,并有效降低转矩波动,使电机具有良好的动态和静态运行性能.     

可逆冷带轧机速度张力系统的分散重叠控制

针对可逆冷带轧机速度张力系统的耦合和协调控制问题,提出了速度张力分散重叠控制方法.该方法首先利用包含原理和重叠结构分解,扩展原系统的状态空间,得到多个解耦的重叠子系统,并应用线性二次型(LQ)最优控制和顺序设计方法,设计各子系统的控制律.其次,将所设计的控制律收缩至原系统的状态空间,得到原系统的控制器.最后对某1422mm可逆冷带轧机的速度张力控制系统进行了仿真研究.结果表明,本文所提出的速度张力分散重叠控制方法能有效弱化速度与张力间的耦合,实现主轧机与左、右卷取机间的协调控制,同时改善了张力控制系统的动态性能,保证了轧机升降速时的张力控制精度.     

基于ESO的永磁同步电机伺服系统快速终端滑模控制

为了优化永磁同步电机(PMSM)伺服系统的控制性能, 本文提出了一种基于非奇异快速终端滑模控制(NFTSMC)和扩张状态观测器(ESO)的复合控制策略. 论文首先建立了考虑集总扰动的永磁同步电机数学模型, 根据所定义的非奇异终端滑模面和趋近律, 设计了位置跟踪控制器, 所设计的控制器采用非级联结构替代了传统的位置环和速度环控制器, 并通过李亚普诺夫定理证明了稳定性和有限时间内收敛. 为了进一步提高系统的抗扰动性能, 本文引入了扩张状态观测器来估计系统扰动并将其应用于前馈补偿. 然后, 文章对系统整体进行了稳定性证明. 最后,文章完成了基于所设计控制器的仿真和实验验证. 结果表明, 该控制器具有良好的位置跟踪性能且收敛速度快, 对外部干扰具有强鲁棒性.     

Decoupling control based on terminal sliding mode and wavelet network for the speed and tension system of reversible cold strip rolling mill

To weaken the nonlinear coupling influences among the variables in the speed and tension system of reversible cold strip rolling mill, a novel dynamic decoupling control strategy is proposed based on nonsingular fast terminal sliding mode (NFTSM) and wavelet neural network (WNN). First, nonlinear disturbance observers are developed to counteract the mismatched uncertainties, and then input/output dynamic decoupling and linearisation for the speed and tension nonlinear coupling system are realised by utilising the inverse system theory. Second, nonsingular fast terminal sliding mode controller (NFTSMC) for each pseudo linear subsystem is presented based on backstepping and two-power reaching law, so as to improve the global convergence speed and robust stability of the system. Third, adaptive WNNs are used to approximate the uncertain items of the system, so as to improve the control precision of the speed and tension of reversible cold strip rolling mill. Theoretical analyses show that the NFTSMs satisfy reachability condition, the system error variables can converge to equilibrium point in finite time, and the resulting closed-loop system is globally asymptotically stable. Finally, simulation research is carried out on the speed and tension system of a 1422 mm reversible cold strip rolling mill by using the actual data, and results show the superiority of the proposed control strategy in comparison with the strategies of cascade PI, linear sliding mode control and internal model control.     

Neural Network Dynamic Surface Backstepping Control for the Speed and Tension System of Reversible Cold Strip Rolling Mill

To weaken the influences of uncertainties and system coupling items on the coordinated tracking control performance of the speed and tension system of a reversible cold strip rolling mill, a control strategy is proposed based on nonlinear disturbance observers (NDOs), dynamic surface backstepping control, and neural network adaptive approximation. First, the transformation form of the system model is given, and then NDOs are developed to counteract the unmatched uncertainties. Next, controllers for the speed and tension system are presented by combining backstepping with dynamic surface control. Again, the neural network adaptive method is used to approximate the matched uncertainties of the system, and the approximation values are introduced into the designed controllers for compensation. Finally, simulation research is carried out on the speed and tension system of a 1422 mm reversible cold strip rolling mill by using the actual data, and the results show the validity of the proposed control strategy in comparison with the decentralized overlapping control strategy.     

冷带轧机两侧压下位置系统鲁棒动态输出反馈同步控制

冷带轧机操作侧和传动侧位置子系统的内部参数和外界负载不一致, 并且均存在一定的不确定性, 这会造成两侧压下位置系统动静态性能不同和压下位置的不同步, 从而影响被轧带材两侧的厚度和板形质量. 为了解决这一问题, 需要在轧机两侧位置控制系统中增加同步闭环控制器. 本文在考虑两侧位置子系统存在参数不确定性和外部负载扰动不确定性的情况下, 设计了压下位置鲁棒动态输出反馈同步控制器, 并从理论上验证了所设计控制系统的稳定性. 仿真和实验研究结果证明了所设计同步控制器的有效性.     

基于扩张状态观测器的四旋翼无人机快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制

针对受多源干扰影响的四旋翼无人机系统的轨迹跟踪控制问题进行研究,充分考虑位置回路和姿态回路动态特性,提出一种全回路复合快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制方案.首先,通过变换将轨迹跟踪问题转化为位置回路和姿态回路的指令跟踪控制问题;然后,将各通道之间的耦合以及多源干扰影响视作集总干扰,并基于扩张状态观测器对其进行估计;接着,基于干扰估计信息和快速非奇异终端滑模控制算法,分别在位置回路和姿态回路构造复合快速非奇异终端滑模控制器;最后,基于位置回路和姿态回路虚拟控制量解得无人机真实控制量旋翼转速.仿真结果表明,所提出控制方案显著提升了四旋翼无人机轨迹跟踪的响应速度和抗干扰性能.     

感应电机高阶终端滑模磁链观测器的研究

提出了基于高阶非奇异终端滑模的感应电机转子磁链观测方法,用于实现感应电机的按转子磁链定向控制. 设计了非奇异终端滑模面及观测器的控制策略,利用所设计的控制策略推导出电机转子磁链信息. 为了抑制常规滑模存在的抖振现象,设计了定子电流观测器的高阶滑模控制律,可将控制信号直接用于电机转子磁链的估计. 较常规滑模观测器,所提方法具有较高的观测精度,并对电机参数变化具有良好的鲁棒性.仿真结果验证了方法的有效性.     

交会对接模拟系统姿态位置耦合有限时间控制

针对航天器交会对接模拟系统的姿态同步和位置跟踪控制问题,在存在外界扰动和系统不确定性的情况下,基于改进的快速非奇异终端滑模面和改进的自适应律,采用双闭环控制结构分别设计内环和外环有限时间姿态位置耦合控制器.所提出的自适应律不仅能有效地抑制扰动和不确定性且能保证控制器是连续的.李雅普诺夫理论推导和仿真结果表明,所提出的控制方法能保证系统内环和外环跟踪误差的有限时间稳定性和准确收敛性.     

Nonsingular terminal sliding mode based finite-time control for spacecraft attitude tracking

This paper studies finite-time attitude tracking control problem of a rigid spacecraft system with external disturbances and inertia uncertainties. Firstly, a new finite-time attitude tracking control law is designed using nonsingular terminal sliding mode concepts. In the absence and presence of external disturbances and inertia uncertainties, this controller can drive the attitude and angular velocity tracking errors to reach zero in finite time. Secondly, a finite-time disturbance observer is introduced to estimate the disturbance, and a composite controller is developed which consists of a feedback control based on nonsingular terminal sliding mode method and compensation term based on finite-time disturbance observer. Finite-time convergence of attitude tracking errors and the stability of the closed-loop system is ensured by the Lyapunov approach. Numerical simulations on attitude control of spacecraft are also given to demonstrate the performance of the proposed controllers.