基于变速趋近律的Buck型变换器抗扰动控制

针对带有输入电压波动、输出负载突变以及电感电容参数摄动等匹配和非匹配扰动的Buck型变换器系统,提出一种基于变速趋近律和扰动观测器的抗扰动控制方法.设计反余切型辅助函数构造变速趋近律,通过改变系统状态的收敛速度,保证系统具有较快的瞬态响应速度和较小的控制器抖振.通过对系统模型进行低通滤波,设计一种新型扰动观测器估计系统...     

非匹配不确定性下连铸结晶器振动位移系统准滑模控制

以伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统为研究对象,针对系统中同时存在的匹配建模误差和非匹配外界时变扰动不确定系统,提出一种基于干扰补偿器的鲁棒准滑模控制方案.首先,针对非匹配外界时变扰动不确定系统,采用一种改进的解耦干扰补偿器,保证估计误差有界收敛;其次,采用一种新型的混合趋近律,将幂次趋近律与等速趋近律相结合,减小滑模面趋近时间;再次,基于切换函数设计扩张状态观测器用于观测系统不确定项(包括干扰补偿器估计误差及系统的匹配不确定性),并构建趋近律参数与不确定项的定量关系,以降低抖振,提高系统的控制性能和鲁棒性;最后,通过理论分析证明了闭环系统离散准滑动模态的稳定可达性.仿真分析结果表明了所提出控制方案的有效性.     

非匹配不确定系统的滑模控制及在电机控制中的应用

针对具有匹配与非匹配不确定的非线性系统,设计基于干扰观测器和多幂次趋近律的滑模控制策略.首先,通过干扰观测器估计系统的不确定,实现估计误差在有限时间内收敛;其次,基于积分型滑模面,并结合多幂次趋近律,设计了连续滑模控制律,避免了传统滑模的抖振问题.与基于单幂次和双幂次趋近律的滑模控制策略相比,所设计的基于多幂次趋近律的控制策略,提高了系统的收敛速度.最后,通过数值仿真和永磁同步电机控制仿真验证了所设计的控制策略的有效性.     

基于非线性块反步控制的无人直升机航迹跟踪算法研究

针对小型无人直升机系统高度非线性、强耦合和易受内外部扰动干扰的特点,提出了一种非线性块反步控制与广义比例积分观测器相结合的控制策略。该方法采用广义比例积分观测器构建多阶观测回路对系统状态量、扰动量及扰动量的多阶导数进行估计,然后将扰动的估计值代入到直升机系统模型中,采用反步法回归递推得到直升机的跟踪飞行控制律。通过对阶跃信号和复杂“8”字形航迹的航迹跟踪仿真,结果表明：在多种内外部扰动影响下,所设计的控制律具有良好的动态响应和航迹跟踪性能以及抗干扰能力。相较于常规非线性扰动观测器,广义比例积分观测器对高阶和快速时变扰动具有更高的预估精度,可以达到更好的扰动抑制效果。     

基于ESO的Buck型变换器趋近律控制

针对Buck型变换器系统中存在的时变干扰,如输出负载波动,本文提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的趋近律控制方法。首先,对系统中存在的时变干扰进行建模,把抑制时变干扰问题转换为抑制匹配和非匹配扰动问题。其次,设计一种扩张状态观测器,用于估计匹配和非匹配扰动。然后,根据提出的新型指数幂次趋近律设计滑模控制器,结合ESO,有效抑制时变干扰对系统的影响,并通过Lyapunov稳定性定理分析观测器的收敛性和闭环控制系统的稳定性。最后,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

非匹配扰动下双吊具起升系统的同步控制

针对具有非匹配扰动的双吊具起升系统的同步协调控制问题,提出一种基于时变扩张状态观测器的移动滑模控制方法。首先,结合交叉耦合控制策略,提出了一种移动滑模控制器,可保证系统在初始状态下具有较好的鲁棒性。其次,设计了一种自适应切换律和趋近律,该方法不仅实现了系统状态误差的快速收敛,同时可有效抑制滑模控制器中存在的抖振现象。在此基础上,为抑制系统中存在的非匹配扰动,设计了一种新型的时变扩张状态观测器,使所提控制器对非匹配扰动也具有较好的鲁棒性。此外,利用李雅普诺夫理论证明了闭环控制系统的稳定性。最后,通过仿真验证了所提控制器的有效性和可靠性。     

带有非匹配扰动的连铸结晶器振动位移系统自适应反步滑模控制

针对伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统中存在非匹配的参数不确定性、干扰等问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器(ESO)的自适应反步滑模控制方法.首先,基于双曲正切函数和高增益构造ESO对系统中的非匹配扰动进行估计.然后,利用反步法将非匹配扰动视为匹配扰动进行处理, 并在每一步设计自适应积分滑模控制器,以消除非匹配扰动对系统的影响.另外,在反步设计的后两步引入了积分滑模滤波器用于估计前一步虚拟控制律的导数.理论分析表明,所设计的ESO能够保证估计误差收敛到原点附近的小邻域内;所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号有界,并且,通过选取适当的参数能够保证系统状态可渐近收敛到原点.最后,通过仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

带宽化扰动观测复合滑模的闭链机构协调控制

针对闭链机构关节协调控制问题,在耦合空间中提出了一种带宽化扰动观测器复合等速趋近律的滑模控制方法.扰动观测器保留扩张状态观测器的计算结构,使用观测误差的比例、积分、微分(P, I, D)估计扰动;它与滑模控制复合,不但放宽了滑模切换增益的边界条件,而且消除了抖振.使用等速趋近律,切换增益可根据执行器饱和限制条件计算获得,其他控制参数结合带宽参数化法整定.仿真和实验表明,带宽化扰动观测器复合滑模控制,可以在系统限制允许的范围内有效解决闭链机构协调控制问题,且具有参数物理意义明确,易整定的优点.     

基于变速趋近律的离散滑模末制导律设计

针对离散化的末制导模型,基于一种新型离散变速趋近律设计了离散滑模制导律。利用该新型离散变速趋近律的特性消除了视线角速率的稳态振荡,使其渐进地趋于原点,并显著降低了系统抖振。将目标机动视为未知不确定性,采用干扰观测器方法对其进行在线估计和补偿,无需知道不确定性的界,只需知道其变化率有界,且无需满足匹配条件。仿真结果表明,所设计的基于新型离散变速趋近律的滑模制导律对目标机动具有鲁棒性,且无稳态振荡和系统抖振。     

基于扩张状态观测器的二质量系统非奇异快速终端滑模控制

针对含未知负载信息的二质量伺服系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制方法.首先,利用电机侧位置信息设计有限时间扩张状态观测器估计系统的扰动,并将估计值融入到控制器中作为前馈项对系统的未知扰动进行补偿;然后,引入一种新型的滑模趋近律,该趋近律能够避免传统滑模控制中存在的奇异性问题,据此设计非奇异快速终端滑模控制器,保证系统状态在有限时间内收敛到原点,并根据李雅普诺夫稳定性理论分析闭环系统的稳定性;最后,通过仿真和实验验证所提出方法的优越性.结果表明,与传统的PID等控制相比较,所提出的基于扩张状态观测器的有限时间滑模控制方法能够提高系统的跟踪性能,并有效增强二质量伺服系统的抗扰动能力.     

Buck变换器的改进型互补滑模控制

针对Buck变换器系统中存在匹配和不匹配干扰的问题, 本文提出了一种基于干扰观测器(DOB)的改进型互补滑模控制(CSMC)策略. 首先, 建立存在多重干扰的Buck变换器数学模型, 将模型改写为标准二阶积分型控制对象, 将式中干扰统一为匹配干扰和不匹配干扰. 其次, 设计2个DOB分别估计匹配干扰和不匹配干扰, 实现有限时间内跟踪干扰信号, 以抵消各种不确定性对系统的影响. 然后, 设计互补滑模面, 提出基于等效控制的改进型互补滑模控制律, 保留边界层内鲁棒性的同时, 提升控制器的动态性能, 减小静态误差, 拓宽边界层参数选择范围. 最后, 基于李雅普诺夫理论证明所提出控制器的稳定性. 数字仿真表明, 提出的改进型CSMC控制器结合DOB的总体控制方案能够有效抑制系统匹配和不匹配干扰, 同时获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.     

Novel disturbance-observer-based control for systems with high-order mismatched disturbances

A novel disturbance-observer-based control method is investigated to attenuate the high-order mismatched disturbances. First, a finite-time disturbance observer (FTDO) is proposed to estimate the disturbances as well as the derivatives. By incorporating the outputs of FTDO, the original system is then reconstructed, where the mismatched disturbances are transformed to the matched ones that are compensated by feed-forward algorithm. Moreover, a feedback control law is developed to achieve the stability and tracking performance requirements for the systems. Finally, the proposed composite control method is applied to an unmanned helicopter system. The simulation results demonstrate that the proposed control method exhibits excellent control performance in the presence of high-order matched and mismatched disturbances.     

飞翼布局无人机分数阶积分滑模姿态控制

针对存在复合干扰的飞翼布局无人机(UAV)姿态控制问题,提出了一种基于分数阶积分滑模与双幂次趋近律的姿态跟踪控制方案.结合分数阶微积分及滑模变结构控制理论,设计了分数阶积分滑模面.为解决传统趋近律收敛时间长和抖振严重等不足,提出一种具有二阶滑模特性且有限时间收敛的双幂次趋近律.在名义控制律的基础上,设计super twisting滑模干扰观测器,实现对复合干扰的估计和补偿,增强内外环控制器应对复合干扰的鲁棒性.为充分利用冗余操纵面与解决非线性舵效问题,在飞行控制系统中引入了非线性控制分配环节.仿真结果验证了所提方案的有效性.     

A generalized reaching-law-based discrete-time integral sliding-mode controller with matched/mismatched disturbance attenuation

A generalized reaching-law-based (RL-based) discrete-time integral sliding-mode controller, which is versatile for either matched or mismatched disturbances, is designed in this paper to obtain high output tracking accuracy and avoid tremendous control efforts. Specifically, a disturbance decomposition-based discrete-time integral sliding surface is designed, and a generalized discrete-time reaching law is established. Different from the existing integral sliding surfaces, the proposed sliding surface synthesizes a disturbance-related integral term that is defined based on disturbance decomposition; this is crucial to the disturbance attenuation. Moreover, different from the available discrete-time reaching laws, the proposed reaching law introduces an adaptive exponential term into the control gains, and hence, the conventional RL-based discrete-time integral sliding-mode control (DISMC) and the equivalent-control-based (EC-based) DISMC can be integrated. Rigorous analysis shows that the closed-loop system is stable, the control effort can be satisfactory, and the steady-state output tracking accuracy is of order $O(T^2)$ for both matched and mismatched disturbances. The proposed method is proven effective through numerical simulations.     

基于广义扩张状态观测器的干扰不匹配离散系统状态反馈控制

针对一类干扰不匹配的线性离散时间系统, 研究基于广义扩张状态观测器的稳定化状态反馈控制器设计问题. 在经典的自抗扰控制器中, 扩张状态观测器主要针对干扰匹配的积分串联型系统. 然而, 在许多实际系统中往往存在干扰不匹配的情况, 例如存在采样抖动的离散时间控制系统. 针对这一问题, 基于一类存在不匹配干扰的离散时间系统, 提出广义扩张状态观测器和相应的稳定化状态反馈控制器设计方法. 最后通过永磁同步电机调速控制仿真实例验证了所设计的观测器和控制器的有效性.

     

Reduced-order Generalized Proportional Integral Observer Based Continuous Dynamic Sliding Mode Control for Magnetic Levitation System with Time-varying Disturbances

In order to reduce the influence of time-varying disturbances for magnetic levitation system, we propose a reduced-order generalized proportional integral observer (RGPIO) based continuous dynamic sliding mode control scheme for magnetic levitation system in this paper. Unlike the popular extended state observer (ESO), it could deal with constant or slowing varying disturbances from theoretical point of view, the reduced-order generalized proportional integral observer (RGPIO) is designed to estimate the time-varying disturbances and system states, then the dynamic sliding mode surface is developed and deduce a continuous sliding mode controller (CSMC) for magnetic levitation system. Compared with ESO based continuous sliding mode controller, the proposed method not only ensures the position tracking accuracy, but also obtain better time-varying disturbance reject ability. Simulation and experimental results are also given to verify the effectiveness.