一种鲁棒无抖颤滑模控制的Buck-Boost变换器

利用风、光、氢等新能源发电过程中,经常遇到能量输入和功率输出的随机性,这对电源变换器鲁棒性设计提出了更高要求。针对传统滑模控制变换器由于自身控制律的离散型存在不可避免的抖颤问题,基于一种Super-Twisting控制算法设计无抖颤滑模变换器,其核心思想是将离散控制律转移至更高阶的滑模面,从本质上消除抖颤的影响。以电源变换器Buck-Boost为例,针对新能源发电中存在的间歇性扰动问题,与典型PI控制效果进行对比试验。仿真结果表明:1)动态滑模控制变换器在输入、输出大扰动下具有很强的鲁棒性;2)在频响跟踪方面具有快速收敛性,其变换器频响可以达到20 Hz以上,远优于传统PI控制。     

一种基于STD的Buck变换器滑模控制

针对新能源用DC-DC Buck变换器常规滑模控制需要同时检测变换器输出电压和滤波电容电流,提出一种基于super-twisting微分器(STD)的滑模控制器。与常规滑模控制器相比,所提出的控制方法只需检测变换器输出电压,无需测量电容电流,因此可以将电流传感器从控制环路中移除,从而简化控制系统。仿真实验结果表明,与常规滑模控制器相比,所提出的STD滑模控制具有更小的稳态误差,同时保留了对输入电压扰动和输出负载扰动的强鲁棒性。     

滑模控制器控制降压型直流-直流转换器

针对脉冲宽度调制器控制降压型直流-直流（DC-DC）变换器采用常规的比例积分微分（PID）控制方法存在抖动和延迟等问题,提出一种基于滑模修正PID控制策略的DC-DC变换器实现方法.在分析滑模控制理论的基础上,利用线性矩阵等式方法来建立DC-DC转换器的状态空间数学模型,设计滑模PID控制器,构造全局滑模面调整PID控制器输出参数,并用李雅普诺夫函数验证了滑模PID控制器的可靠性.在电感电流连续工作模式下,用不确定性负载的线性平均模型进行了仿真.结果显示：证明所提出的滑模PID控制器不但提高系统对不确定负载的适应性,而且增强了系统在大信号扰动时的鲁棒性,使转换器输出电压有优越的鲁棒性及良好控制性能.     

滑模控制器控制降压型直流\|直流转换器

针对脉冲宽度调制器控制降压型直流\|直流（DC\|DC）变换器采用常规的比例积分微分（PID）控制方法存在抖动和延迟等问题,提出一种基于滑模修正PID控制策略的DC\|DC变换器实现方法.在分析滑模控制理论的基础上,利用线性矩阵等式方法来建立DC\|DC转换器的状态空间数学模型,设计滑模PID控制器,构造全局滑模面调整PID控制器输出参数,并用李雅普诺夫函数验证了滑模PID控制器的可靠性.在电感电流连续工作模式下,用不确定性负载的线性平均模型进行了仿真.结果显示:证明所提出的滑模PID控制器不但提高系统对不确定负载的适应性,而且增强了系统在大信号扰动时的鲁棒性,使转换器输出电压有优越的鲁棒性及良好控制性能.     

一种鲁棒高阶滑模Super-Twisting算法的全桥逆变器

利用高阶滑模super-twisting算法设计一种全桥逆变电路的控制器。该算法的核心思想是将离散控制律转移至更高阶的滑模面,从本质上消除一介滑模的抖颤影响。为了验证算法的可行性和有效性,利用MATLAB仿真软件对控制系统进行了对比实验,结果表明:1)在稳态性能下,相比于典型PI控制高阶滑模控制具有更好的跟踪效果。2)在输入和负载的扰动情况下,高阶滑模控制显示出强鲁棒性,对输入和负载的扰动不敏感。     

磁悬浮平台电磁悬浮系统的模糊滑模控制

为实现开环不稳定且高度非线性的磁悬浮平台悬浮气隙的精确控制,采用模糊滑模控制方案,根据电磁悬浮系统的动态非线性数学模型,设计使系统状态在有限时间内到达稳定点的滑模面,通过等效控制和切换控制律实现对参数摄动和外部扰动的完全鲁棒性.根据滑模切换状态,利用模糊推理方法柔化切换控制.基于模糊滑模控制器的控制系统能够有效地削弱滑模控制抖振,并较好地抑制外部扰动,且对参数变化具有完全鲁棒性,实现磁悬浮平台的高刚度稳定悬浮.结果表明,所设计的控制系统对参数变化及周期性扰动具有很强的鲁棒性.     

滑模变结构控制DC-DC变换器的设计

开关变换器是一个非线性变结构系统,线性控制算法的控制性能在开关变换器系统中受到制约.针对这一问题提出滑模变结构控制法在开关变换器中的应用.滑模变结构控制法对被控系统数学模型精度要求不高,对系统参数变化、外界环境扰动具有完全的自适应性.以Buck型变换器为例,分析滑模控制在开关变换器中的使用方法,并给出了仿真和实验结果.     

刚体航天器预设时间预设精度姿态跟踪控制

为研究刚体航天器在上界已知的外部扰动力矩作用下的姿态跟踪控制问题,提出了一种可以指定跟踪精度的预设时间姿态跟踪控制策略。首先,设计了一种预设时间扰动观测器,此观测器可以在指定的时间以内实现对有界外部扰动的高精度在线估计,利用其估计值可以对外部扰动力矩进行补偿。然后,在此扰动观测器的基础上,运用终端滑模控制方法,设计了一个（准）终端滑模面并构造了一个连续非奇异终端滑模姿态跟踪控制器。Lyapunov理论分析表明,本研究所提观测器、滑模面和控制器的收敛时间上界以及收敛完成以后姿态跟踪的误差上界均显式存在于观测器、滑模面和控制器的有关参数中,因而可以在控制器设计过程中很方便地对其进行调节,且不受初始条件的制约。最后,通过数值仿真验证了所提控制策略的性能。仿真结果表明,无论是收敛速度还是跟踪精度,预设值都是一个比较宽松的上界,实际性能有可能远远优于预设值,并且此算法对系统的建模不确定性也有比较好的鲁棒性。     

弹药传输机械臂固定时间终端滑模控制

为提高坦克弹药传输机械臂在路面激励等外界扰动下位置控制的鲁棒性,设计一种固定时间终端滑模控制器(fixed-time terminal sliding mode controller, FTSMC).推导含垂直基础振动的弹药传输机械臂动力学方程,将系统的基础振动处理成干扰项.采用新型固定时间收敛干扰观测器对系统不确定项进行补偿,改善了控制器的鲁棒性.结合固定时间收敛双幂次趋近律和固定时间终端滑模面设计固定时间终端滑模控制器.用Lyapunov理论证明了系统固定时间收敛特性. 3种工况下的对比实验表明,设计的复合控制器对不确定性干扰具有强鲁棒性,能够对外界扰动下的弹药传输机械臂进行准确定位控制.     

永磁同步电机调速系统分数阶微分滑模控制

受负载扰动及参数时变等因素影响,永磁同步电机调速系统的鲁棒性会变差,滑模控制对于系统的参数变化、模型不精确及外部扰动等因素不敏感,能够有效提高永磁同步电机控制系统的鲁棒性,但滑模控制实现过程中却存在抖振问题.为解决鲁棒性和抖振问题之间的矛盾,提出一种分数阶滑模控制方法,通过在分数阶滑模面的设计中使用分数阶饱和函数代替符号函数,更有效地消除滑模控制的抖振问题.仿真和实验表明:相较于传统的滑模控制,所提控制方法使得永磁同步电机调速系统具有更好的动态性能和抗负载扰动能力.