基于干扰观测器的时滞非线性切换系统滑模控制方法

为实现更加精准的时滞非线性切换系统滑模控制,应用干扰观测器设计一种新的系统滑模控制方法。构建时滞非线性切换系统模型,针对系统在发生结构变化时会产生复合干扰变化的情况,设计了一种非线性切换干扰观测器,实施系统不连续干扰的估计。通过 Backstepping 方法结合干扰观测器,设计一种切换滑模控制器,依据标量非线性特性打造一个滑模面,通过滑模控制器算法使时滞非线性切换系统能够满足滑模面的实际可达性条件,完成切换滑模控制器设计,实现系统的滑模控制。对设计的滑模控制方法进行测试,实验中选择的时滞非线性切换系统为一种变后掠翼 NSV 。实验结果表明,该设计方法能够实现较为准确地切入信号跟踪,表现出了很好的切换复合干扰估计性能。     

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。     

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。     

基于非线性扰动观测器的永磁同步电机优化控制

为实现永磁同步电机控制的精确可控,提出一种永磁同步电机最优滑模速度控制方法,以非线性扰动观测器为基础,实现最优控制和滑模控制的有效结合,使电机控制过程中的超调现象和启动性能得到较大改善.针对随机扰动问题设计基于观测器(NDOB)的滑模观测器,经过对系统的前馈补偿有效降低了随机扰动影响.理论分析及仿真实验结果表明:该方法有效提高了系统的动态性能和鲁棒性.     

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.     

一类非完整系统的分层全局快速终端滑模控制

基于滑模变结构控制理论,提出了一种用于平面二自由度欠驱动机器人非完整系统的全局快速终端滑模变结构控制方法.该方法将系统的状态方程化为标准形式的单输入多输出的非线性系统方程,运用全局快速终端滑模方法分别构造子系统的滑模面,结合这两个滑模面构造一个总的滑模面,利用李雅普诺夫函数和准滑动模态设计方法求取系统总的控制量,以实现主动关节与被动关节的轨迹规划和削弱由于采用滑模变结构控制而产生的抖振.最后利用所提出的方法设计了控制系统并进行仿真,仿真结果证明了该控制方法的有效性与快速性.     

一类非完整系统的分层全局快速终端滑模控制

基于滑模变结构控制理论,提出了一种用于平面二自由度欠驱动机器人非完整系统的全局快速终端滑模变结构控制方法。该方法将系统的状态方程化为标准形式的单输入多输出的非线性系统方程,运用全局快速终端滑模方法分别构造子系统的滑模面,结合这两个滑模面构造一个总的滑模面,利用李雅普诺夫函数和准滑动模态设计方法求取系统总的控制量,以实现主动关节与被动关节的轨迹规划和削弱由于采用滑模变结构控制而产生的抖振。最后利用所提出的方法设计了控制系统并进行仿真,仿真结果证明了该控制方法的有效性与快速性。     

基于Terminal的船舶动力定位系统控制器设计

滑模变结构控制是一种特殊的非线性控制,它具有快速响应、实现简单、对扰动不灵敏、无需在线辨识等优点。船舶动力定位系统属于不确定、非线性的系统,本文对一船舶动力定位系统的数学模型进行了Terminal滑模控制器设计、通过Matlab中的Simulink进行仿真,仿真的结果验证了滑模变结构控制对船舶动力定位系统控制的有效性。     

基于MIMO滑模的气动伺服系统控制

针对非线性气动伺服系统的轨迹跟踪和柔顺控制问题,采用MIMO滑模控制器实现气动系统多输出的跟踪控制。对气动伺服系统基于流量控制策略的动力学进行建模,将其状态方程转换为严格反馈系统形式;设计用于轨迹跟踪和内腔压力跟踪的双滑模面,基于传统的滑模控制率构造用于气动系统的双控制输入,实现气动系统控制器的设计。基于Simulink搭建控制仿真平台,仿真结果验证了控制器对系统多输出的有效跟踪控制。     

基于滤波的转台伺服系统离散滑模控制

飞行仿真转台是航空、航天领域中进行半实物仿真和测试的关键设备,是一个高精度的复杂系统,分析了飞行仿真转台伺服系统的数学模型,给出了系统控制结构图.滑模控制是一种非线性控制方法,对参数变化和扰动具有完全的自适应性,将离散滑模控制引入到转台伺服系统的控制中,给出了离散滑模控制器的实现过程,通过引入卡尔曼滤波器改善了系统的控制品质,软件仿真结果表明所设计的离散滑模控制器能达到较好的控制品质,有效的减小了系统抖振,提升了系统的抗干扰能力.     

欠驱动机械臂滑模控制与实验研究*

针对非线性、强耦合的欠驱动两杆机械臂Pendubot,提出了一种在倒立不稳定平衡点邻域内局部线性化的基于Hurwitz稳定判据的滑模控制方法。首先定义一个分别由主动臂和欠驱动臂的角位置、角速度跟踪误差的线性组合滑模面。通过Lyapunov稳定性分析保证了系统的所有状态能够到达滑模面并保持在滑模面上,根据滑模面条件,降低原系统的阶数,再令降阶系统满足Hurwitz稳定判据,从而原系统渐进稳定,其所有状态变量最终收敛于平衡点,同时得到滑模面参数。仿真和实验结果表明,所设计的控制方法易于实现,能够抵抗一定的外界干扰,对模型的参数摄动不敏感、鲁棒性强。     

四辊卷板机侧辊位移跟踪控制

针对四辊卷板机侧辊位移跟踪控制存在负载变化、参数摄动和未建模动态等不确定性问题,提出一种基于非线性扰动观测器的自适应滑模控制策略。采用非线性扰动观测器在线获取并补偿等效扰动;针对引入非线性扰动观测器后的系统,采用反步法设计自适应滑模控制器,利用自适应律动态补偿扰动观测误差,以降低滑模控制器的切换增益。该设计方法放宽了滑模切换增益对系统不确定性上界的先验性要求,降低了外界干扰和系统不确定性对侧辊位移跟踪性能的影响。同时,采用李雅普洛夫方法证明了侧辊位移跟踪闭环控制系统的稳定性。根据工程实际参数进行仿真,结果表明,该控制策略对系统的不确定性,特别是负载变化具有较强的鲁棒性,可以满足侧辊位移快速、精确跟踪的要求。     

基于反演的机器人滑模变结构控制研究

基于滑模变结构控制理论,针对地面机器人这类非线性强耦合系统,提出了一种反演滑模变结构控制方法.该方法将复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的子系统,然后为每一个子系统设计李雅普洛夫函数和中间虚拟控制量,一直回推到整个系统,直到完成整个控制律的设计.最后利用所提出的方法设计了平面二自由度机器人的控制系统并进行了仿真,仿真结果表明该控制方法的有效性.     

滑模变结构控制在单级倒立摆系统中的应用研究

基于单级倒立摆的线性和非线性模型,分别设计了滑模变结构控制器,并对滑模运动方程的稳定性进行了分析.其中,为求取倒立摆非线性模型的等效控制和滑模运动,进行了单输入仿射非线性系统方面的研究.     

转台伺服摩擦系统模糊滑模控制仿真

滑模控制是一种非线性控制策略,能够根据当前状态实现自适应的变结构运动,能够实现伺服系统的快速响应,并克服低速状态下摩擦力矩的影响。鉴于常规滑模控制有严重的抖振现象,系统通过引入柔性的模糊控制,通过模糊控制算法改变其切换增益,实现不确定项的消除。以直流电动伺服系统为被控对象,建立了其数学模型和摩擦模型,实现了基于切换增益的模糊滑模控制器的设计,软件仿真结果表明论文所设计的滑模控制器能达到较好的控制品质,有效的克服系统抖振,实现系统低速摩擦补偿。     

一类多缸液压机的分散滑模控制

通过对一类锻造液压机的分析,在考虑多缸耦合情况下为其建立了非线性系统数学模型.将该模型视为非线性关联大系统,且将其转化为可控正则型,提出采用分散滑模控制理论对其进行滑模变结构控制.针对模型转换后控制方程中状态量与控制量同时具有关联性的特点,提出通过模拟求解一个多元一次方程组的方法,得到了基于指数趋近律的分散滑模控制律,有效解决了多缸耦合情况下控制律难于求解的问题.仿真结果表明,所设计的控制器使系统实现了高精度的位置跟踪,获得了较强的抗扰性,控制效果良好,且所提方法思路清晰,为同类模型的控制方案提供了参考.     

控制受限影响下不确定时滞系统的滑模控制

本文考虑不确定时滞系统的滑模控制问题,其中,系统的控制输入受到非线性限制(包括饱和、死区),同时,被控系统存在状态时滞和输入时滞。设计了一种新型的积分切换面,给出了该切换面上滑模动态渐近稳定的充分条件,同时,给出了控制输入受限情况下,滑模控制律的设计方法,并证明了所设计的滑模控制律能够保证状态轨迹在有限时间内被驱动到指定的切换面上。     

转台伺服系统的自适应模糊滑模逼近控制

在传统的转台伺服系统中加进了自适应模糊滑逼近模控制器。解决了传统的转台伺服控制方法易随电机参数变化而变化,抗负载扰动性能差,鲁棒性弱的缺点。自适应模糊滑模控制器作为一种非连续性控制,最大优点便是其滑动模态对加给系统的干扰具有完全的自适应性。系统再利用积分滑模面设计切换函数且将其模糊化,然后采用自适应模糊逼近方法,实现了对线性系统和非线性系统的高精度控制。仿真结果表明,自适应模糊滑模逼近控制不但具有良好的鲁棒性、较快的响应速度,而且在相似的控制效果下,可以极大的削弱滑模控制固有的抖振现象。     

基于RBF网络滑模的电动助力制动系统液压力控制

针对汽车电动助力制动系统（Electro-booster,EBooster）的液压力控制中液压负载的非线性和不一致性问题,提出一种基于径向基函数（Radial based function,RBF）神经网络的滑模变结构控制方法。设计EBooster系统压力控制架构,建立液压制动系统等效结构简化模型,据此设计基于RBF网络滑模变结构的液压力控制方法,通过设计RBF网络的自适应律来实现系统滑模控制参数的自适应调整,并利用李雅普诺夫函数方法分析算法的稳定性。最后搭建电动助力制动系统的快速原型试验平台来验证算法的有效性。试验结果表明,采用RBF神经网络滑模变结构的控制策略对电动助力制动系统液压力的控制误差在2%以内,具有良好的控制效果。研究成果为EBooster系统的压力控制提出一种具有良好自适应性的算法设计思路。     

一种滑模控制及其在气动力伺服系统上的应用研究

该文提出了一种结合边界饱和函数法的滑模控制方法并将其用于气动力伺服系统中,实现力的精确控制。首先用系统辨识的方法获取了系统比较准确的模型,并对模型的时变性进行了分析,然后使用边界饱和函数法设计了滑模控制器,克服由于比例压力阀的非线性和气缸内温度变化等原因造成的系统不稳定性,利用滑动模态的不变性,实现对干扰的完全自适应,最后对气动力伺服控制系统性能进行了仿真和实验研究,并和PID控制进行了比较。结果表明了该方法的可行性和有效性。