基于分数阶微积分的机械臂迭代滑模控制策略研究

为提高工业机械臂的控制性能,将分数阶微积分理论与迭代学习控制及滑模控制相结合,提出一种有效的分数阶迭代滑模控制策略.在控制器的设计过程中,分别采用分数阶趋近律与分数阶滑模控制律两种方法将分数阶微积分引入到迭代滑模控制中,提出分数阶迭代滑模控制策略.并使用李雅普诺夫理论分析系统的稳定性.然后以一个两关节机械臂为例,通过MATLAB仿真对所提出的控制策略进行了验证.实验表明:分数阶迭代滑模控制策略可以有效提高关节的跟踪速度和跟踪精度,减小跟踪误差,具有较强的鲁棒性,并有效地抑制了滑模控制的抖振现象.     

非奇异快速终端滑模的分数阶迭代学习控制策略研究

针对传统迭代学习控制所存在的鲁棒性差的问题以及传统滑模控制收敛速度慢与奇异性的问题,利用分数阶微积分理论、迭代学习控制以及滑模控制算法,提出一种非奇异快速终端滑模的分数阶迭代学习控制策略。在控制器的设计过程中,首先,对于迭代学习控制鲁棒性差的问题,设计了PD~α型分数阶迭代学习控制策略;其次,对于传统滑模控制收敛速度慢和奇异性的问题,设计了奇异快速终端滑模控制。最后,利用李雅普诺夫函数进行了稳定性证明,并通过仿真实验得出结论：与传统迭代学习控制以及滑模控制相比,所设计的控制策略在一定程度上提高了系统的鲁棒性,加快了系统收敛速度,具有更好的收敛速度和精度。     

多关节机械臂的分数阶滑模变结构神经网络自适应控制

在分数阶滑模控制方法的基础,设计了新型的滑模函数趋近律,提升了多关节机械臂轨迹跟踪控制系统的鲁棒性和响应速度.机械臂在建模过程中存在多种建模误差,工作过程中存在外界干扰等不确定因素,因此采用神经网络对各种不确定项进行逼近,对径向基函数神经网络自适应控制中存在的误差,提出了神经网络误差的自适应补偿项,减小了径向基函数神经...     

基于迭代学习的工业机械臂抗干扰控制方法

为了克服工业机械臂的未知负载力矩和摩擦等干扰因素的影响,采用迭代学习算法设计了滑模控制律。首先建立了工业机械臂数学模型,然后设计了二阶非奇异快速终端滑模面,同时提出了滑模控制律,最后利用迭代学习方法来改善滑模控制律的抖振现象,并进行了收敛性分析。仿真结果表明：设计的基于迭代学习的滑模控制律能够有效消除各种干扰因素的影响,实现对工业机械臂运动轨迹的精确控制,最大跟踪误差仅为0.3mm,在实测验证中的最大跟踪误差也仅为0.17mm,平均运行时长仅为1.73s,大幅提升了对工业机械臂的控制精准度。     

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。     

机械臂的分数阶交叉耦合同步策略研究

为了对机械臂各关节间进行高精度同步控制,以提高运动轨迹跟踪精度,针对机械臂单关节,提出了分数阶微积分与滑模控制相结合的位置跟踪控制策略,考虑机械臂各关节之间存在的耦合关系,提出了分数阶滑模交叉耦合控制策略。并对所提的控制策略的渐进稳定性进行了理论证明。以二关节机械臂为研究对象进行了实验验证,结果表明:利用本文提出的位置跟踪控制策略使二关节机械臂角位移调整时间分别为0.53 s、0.58 s,优于传统滑模控制策略的1.31 s、1.24 s,其位置误差的均方根误差相比传统滑模控制策略分别减小了1.6×10-4、6.51×10-4。本文所设计的分数阶滑模交叉耦合控制器使机械臂得到的输出响应的上升时间和稳定时间优于PD交叉耦合控制策略和滑模交叉耦合控制策略,且同步误差的均方根误差分别为0.022 5、0.031 6,优于PD交叉耦合的0.133、0.926和滑模交叉耦合的0.057 3、0.052 3。实验结果说明了本文所提出控制方法的有效性。     

模糊分数阶滑模控制的主动横向稳定杆算法

汽车转向出现横向侧倾时,主动横向稳定杆能够实时计算并输出相应的力矩,抑制悬架弹簧变形,从而使车辆拥有良好的侧倾运动性能。基于滑模变结构控制理论的主动横向稳定杆相较于PID算法及模糊控制算法拥有更好降低车辆横向倾斜的能力,但是在系统状态到达滑模面时总伴随着抖振现象。对此,在控制器滑模面定义过程中引入了分数阶微积分理论,利用模糊规则实现对切换增益参数的自适应调整。通过进行Carsim-Simulink联合仿真,验证了该算法对汽车侧倾角有较好的控制效果,并抑制了抖振现象。     

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.     

Application of full order sliding mode control based on different areas power system with load frequency control

In the traditional sliding mode control method, there always exist the singularity due to the reduced order of the control method. In order to eliminate the singularity, I propose a new full order sliding mode control method in this article, which has been firstly applied to load frequency control. The full order sliding mode control method includes the terminal sliding mode control (TSM) and the linear sliding mode control (LSM). TSM has the good characteristic of eliminating the singularity due to the avoidance of derivative of terms with fractional power factors. While the LSM is easy to design and has fast time convergence comparing to TSM. The model is based on the system with different kinds of turbine or the same kind of turbine, which contains the nonlinearities. The control purpose is to adjust the frequency deviation to zero. Through the simulation results, it is shown that the frequency deviation can be kept to zero in the condition of different load disturbances by the two approaches, which approves the robustness of the proposed methods. In addition, we compare the two methods with the traditional sliding mode control (SMC), which proves the superiority of the two methods in terms of chattering and response time.     

Feedback attitude sliding mode regulation control of spacecraft using arm motion

The problem of spacecraft attitude regulation based on the reaction of arm motion has attracted extensive attentions from both engineering and academic fields.Most of the solutions of the manipulator’s motion tracking problem just achieve asymptotical stabilization performance,so that these controllers cannot realize precise attitude regulation because of the existence of non-holonomic constraints.Thus,sliding mode control algorithms are adopted to stabilize the tracking error with zero transient process.Due to the switching effects of the variable structure controller,once the tracking error reaches the designed hyper-plane,it will be restricted to this plane permanently even with the existence of external disturbances.Thus,precise attitude regulation can be achieved.Furthermore,taking the non-zero initial tracking errors and chattering phenomenon into consideration,saturation functions are used to replace sign functions to smooth the control torques.The relations between the upper bounds of tracking errors and the controller parameters are derived to reveal physical characteristic of the controller.Mathematical models of free-floating space manipulator are established and simulations are conducted in the end.The results show that the spacecraft’s attitude can be regulated to the position as desired by using the proposed algorithm,the steady state error is 0.000 2 rad.In addition,the joint tracking trajectory is smooth,the joint tracking errors converges to zero quickly with a satisfactory continuous joint control input.The proposed research provides a feasible solution for spacecraft attitude regulation by using arm motion,and improves the precision of the spacecraft attitude regulation.     

Buck 变换器导通模式转换滑模 PI 混合控制策略

为了满足Buck变换器由待机或轻载向较大负载状态快速转换的需求,基于对传统平均电流控制Buck变换器的动态性能分析,提出了一种改进的适用于断续导通模式/连续导通模式过程的滑模PI混合控制策略。该策略电压外环依据系统状态和导通模式分别采用PI控制器和滑模控制器,其中稳态工况应用PI控制器,负载增大动态工况根据导通模式转换为滑模控制器,并通过统一校正的平均电感电流实现导通模式的准确判断。该混合控制策略可以有效结合PI控制与滑模控制各自的稳态与动态性能优势。仿真和实验结果表明,相比于传统平均电流控制,本策略动态响应时间缩短约65%,电压跌落减小35%以上。     

An adaptive sliding mode control technology for weld seam tracking

A novel adaptive sliding mode control algorithm is derived to deal with seam tracking control problem of welding robotic manipulator, during the process of large-scale structure component welding. The proposed algorithm does not require the precise dynamic model, and is more practical. Its robustness is verified by the Lyapunov stability theory. The analytical results show that the proposed algorithm enables better high-precision tracking performance with chattering-free than traditional sliding mode control algorithm under various disturbances.     

基于滑模学习算法自适应线性单元的开关磁阻电机速度控制研究

针对开关磁阻电机(SRM)速度控制问题,为了获得更好的速度控制鲁棒性,将基于滑模学习算法(SMLA)的自适应线性单元(Adaline)应用到SRM的转矩和磁链辨识,提出了一种新的SRM速度控制方案。将Adaline与传统的PD控制器相结合作为速度控制器,电流和转子位置作为反馈量对SRM进行了电磁转矩和磁链的辨识,以直接转矩控制(DTC)部分负责磁链计算、扇区计算等,并在阶跃和正弦两种输入情况下对系统进行了仿真。研究结果表明,基于SMLA的Adaline不仅能够以较好的快速性和鲁棒性辨识SRM的电磁转矩和磁链,而且能够结合传统的比例微分(PD)控制器实现SRM的速度控制,且在速度控制过程中不需用到电机的任何参数。     

基于滑模控制的虚拟NOx传感器建模与仿真

为解决降低汽车尾气排放的对大气有污染的NOx的含量,对NOx的含量进行检测以便转化控制等问题,将滑膜控制理论应用到虚拟NOx传感器的设计中,开展了滑模控制的基本原理分析,建立了滑模控制理论与虚拟NOx传感器设计之间的关系,提出用Matlab的Simulink模块来搭建所设计的虚拟NOx传感器的模型的方法,并进行仿真。最后将仿真结果与理想信号进行了比较试验。研究结果表明,该虚拟NOx传感器的显示信号和理想信号高度吻合,说明该虚拟NOx传感器在理论上是可行的。     

基于交流伺服电机驱动的并联机器人动态滑模控制

并联机器人具有刚度大、承载能力强、误差小等特点,针对以交流伺服电机驱动的并联机器人机构--GPM-200并联机构,建立了控制系统模型,并在其工作空间中进行了轨迹规划,而后设计了一种动态滑模控制算法,在Matlab/Simulink上进行了仿真实验,结果表明:该算法鲁棒性好,且系统抗干扰能力强,对系统参数变化不敏感,具有良好的跟踪性能,实现了对该并联机器人的高精度实时控制.     

Composite fuzzy sliding mode control of nonlinear singularly perturbed systems

This paper deals with the robust asymptotic stabilization for a class of nonlinear singularly perturbed systems using the fuzzy sliding mode control technique. In the proposed approach the original system is decomposed into two subsystems as slow and fast models by the singularly perturbed method. The composite fuzzy sliding mode controller is designed for stabilizing the full order system by combining separately designed slow and fast fuzzy sliding mode controllers. The two-time scale design approach minimizes the effect of boundary layer system on the full order system. A stability analysis allows us to provide sufficient conditions for the asymptotic stability of the full order closed-loop system. The simulation results show improved system performance of the proposed controller as compared to existing methods. The experimentation results validate the effectiveness of the proposed controller.