基于扰动观测器的永磁同步电机电流环自适应滑模控制

针对扰动对永磁同步电机转速伺服系统性能的影响,提出了基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法。设计了自适应律在线估计系统的内部参数摄动以补偿模型不确定性扰动。同时,设计了滑模扰动观测器实时估计系统外部负载扰动,并将观测值前馈补偿到电流环自适应滑模控制器,在提高系统鲁棒性的同时降低滑模控制系统的抖振。实验结果显示,采用基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法,系统可快速、准确、无超调地跟踪900r/min的速度指令,调节时间为0.08s,稳态误差为±5r/min。加入0.6N·m的负载扰动,该控制方法的最大转速波动为21r/min,比PI控制方法的转速波动减小了3.4%。仿真和实验结果表明,基于扰动观测器的电流环自适应控制方法提高了永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能,同时可有效抑制滑模控制系统的抖振。     

四旋翼无人机模型参考自适应滑模控制

针对四旋翼无人机的姿态控制与轨迹跟踪问题,提出了一种模型参考自适应滑模控制。考虑到四旋翼无人机模型的不确定性以及所受的外界气流干扰,根据模型参考自适应控制的思想,利用无干扰时的理想参考模型与实际系统的输出偏差对外界气流干扰以及模型不确定的慢时变部分进行自适应估并补偿。同时采用滑模控制来抑制外界干扰和模型不确定性造成的影响,通过Lyapunov理论证明了该算法可以使系统稳定。最后通过对比仿真,验证了所提出算法的有效性和鲁棒性。     

基于模糊滑模控制的数控机床位置伺服系统北大核心

针对数控机床位置伺服系统这样一个多变量、强耦合且参数不确定的非线性系统,为了提高位置伺服系统的响应特性,在研究普通滑模控制的基础上给出自适应模糊滑模切换控制策略,给出了自适应模糊滑模切换控制算法,设计了基于自适应律的模糊滑模控制器,采用Lyapunov分析证明了基于该控制器的位置伺服系统的稳定性。搭建了基于AD5435的半实物仿真实验平台,分别将PID控制、普通滑模控制以及切换模糊化自适应滑模控制进行半实物仿真验证。实验结果表明该控制算法不但可以提高位置伺服系统的动态和静态特性,而且具有较强的抗干扰性。     

基于NDO的永磁同步电动机自适应分数阶滑模控制

针对永磁同步电动机(PMSM)驱动的高档数控机床进给系统易受参数变化、外部扰动等不确定性因素影响的问题,设计了一种基于非线性干扰观测器(NDO)的自适应分数阶滑模控制(AFOSMC)方法。建立了含有不确定性的PMSM动态数学模型。将自适应控制与分数阶滑模控制(FOSMC)相结合,抑制了整数阶滑模控制的抖振现象,且能实时调整切换增益,提高了系统的控制精度。然而,外部干扰会对系统产生极大的影响,因此采用NDO实时辨识外部干扰,将观测值作为前馈补偿引入AFOSMC中,以提高控制器的抗干扰能力。实验结果表明,基于NDO的AFOSMC方法有效地削弱了抖振现象,提高了进给系统的跟踪性能和抗扰能力。     

汽车ABS滑移率的模糊滑模控制研究

汽车防抱死系统(ABS)是汽车制动过程中的一项基本安全措施,滑移率控制是汽车防抱死控制的重要部分。汽车制动时路况时时变化,汽车滑移率的动力学模型是一个时变、非线性、不确定系统。针对这一特点,将滑模控制运动到汽车防抱死制动控制中,设计了汽车滑移率的等效滑模控制器。为了消除滑模控制切换项带来的抖振,使切换控制项在保证鲁棒性能的同时尽可能小,利用模糊规则,对切换项进行模糊化,建立基于模糊切换控制的等效滑模控制器。仿真结果表明,滑模控制方法具有很好的鲁棒性能,加入模糊规则的等效滑模方法能很好的消除抖振现象。     

含齿隙伺服系统的反步自适应模糊滑模控制

针对具有齿隙非线性和参数摄动的某机械传动回转位置伺服系统,提出一种基于反演法的自适应模糊滑模控制策略。首先,在两质量系统中,引入近似死区模型,建立含齿隙的系统动力学模型。然后,通过反演法逐步选择Lyapunov函数,结合滑模控制补偿系统中的参数不确定和齿隙非线性。通过模糊推理机制将不连续切换项线性处理,消除传统滑模控制中的抖振现象。对比试验表明,基于反演法的自适应模糊滑模控制较PID控制更能有效削弱大、小齿轮间传递力矩的波动,并具有更高的位置跟踪精度和对系统参数变化的鲁棒性。     

差速驱动AGV建模和轨迹跟踪控制研究

针对应用于工厂物料运输的差速驱动AGV,在实际工作中轨迹跟踪控制将会受外界干扰等因素的影响,提出了一种自适应模糊滑模轨迹跟踪控制律.首先建立了差速驱动AGV的数学模型;然后针对AGV运动学模型设计了Backstep-ping方法控制律,得到虚拟控制速度;针对其动力学模型设计了以力矩为控制输入的自适应模糊滑模控制律,使得其能够对虚拟速度进行跟踪,其中利用模糊系统的万能逼近特性,逼近滑模控制器的切换部分来避免滑模控制的抖振现象;采用Lyapunov稳定性理论分析证明了控制系统的稳定性.最后仿真试验表明了所设计的控制律能有效的跟踪参考轨迹.     

变论域模糊补偿的机械臂积分终端滑模控制

为了减小机械臂在环境扰动、参数漂移和建模误差等影响下的轨迹跟踪误差,设计了基于积分终端滑模和变论域模糊补偿的组合控制器。采用拉格朗日方程建立了机械臂系统的动力学模型,制定了不确定因素影响下机械臂跟踪控制方案;设计的积分终端滑模控制器可以将系统初始状态限制在滑模面上,消除了控制过程的抖振并提高了跟踪速度;提出了自适应论域策略,该策略可以提高补偿力矩的输出细粒度,并将变论域模糊算法用于不确定因素补偿。经实验验证,变论域模糊补偿控制对关节1角位置的最大跟踪误差为0.103 rad,误差绝对均值为0.025 rad,对关节2角位置的最大跟踪误差为0.073 rad,误差绝对均值为0.012 rad,跟踪控制精度高于模糊补偿控制、RBF-BP控制和自适应鲁棒控制,验证了变论域模糊补偿控制方法的有效性和先进性。     

飞行模拟转台伺服系统滑模控制仿真

分析了飞行仿真转台伺服系统的数学模型和摩擦模型,给出了切换函数和滑模控制器的实现过程,软件仿真结果表明所设计的滑模控制器能达到较好的控制品质,有效的进行系统低速摩擦补偿.     

基于AMESim的动压缸电液伺服压力控制系统积分滑模自适应控制

 根据轨道路基测试装置工作原理,建立了动压缸电液伺服压力系统AMESim模型和数学模型。基于期望变量构造了积分滑模控制切换函数,设计积分滑模控制器使切换函数收敛来实现对期望变量的跟踪,同时采用参数自适应估计来减小参数不确定性对系统控制性能的影响,最后将积分滑模自适应控制作用于该系统AMESim模型上。仿真结果表明：该算法不仅可以快速有效地估计系统中参数,保证估计参数的有界收敛,而且可以很好地跟踪期望变量,具有较好的跟踪精度和抗干扰能力。     

水下拖曳升沉补偿系统设计及其内模鲁棒控制

为补偿拖船升沉运动对拖体深度的影响并提高深度补偿精度,设计基于进油节流、回油节流切换控制的水下拖曳升沉补偿电液控制系统。提出具有外层升沉补偿控制子系统和内层位置伺服控制子系统双层结构的升沉补偿控制系统总体设计方案,其中外层子系统采集拖体深度,升沉补偿控制器输出拖缆绞车运动目标角位移,内层子系统在时变拖缆张力力矩干扰下实现对目标角位移的快速、无静差跟踪。针对内层控制子系统的被控对象——电液控制系统存在建模误差和参数摄动并承受时变拖缆张力力矩干扰的特点,应用内模控制策略完成了内层内模鲁棒控制器的设计。仿真和试验研究表明,内层位置伺服控制子系统抗干扰能力强,对系统建模精度要求低,参数整定方便,具有良好的动态性能。     

基于LuGre模型的自适应摩擦补偿

为提高开放式伺服系统的动态性能,使其具有良好的适应能力,提出一种基于LuGre模型的自适应摩擦补偿方法.建立开放式伺服系统的动力学模型,并通过LuGre模型来描述系统的摩擦特性.考虑到摩擦模型的参数会随系统变化而发生改变,采用Backstepping方法设计自适应摩擦补偿控制器,并采用Lyapunov定理证明系统的全局渐进稳定性.通过可编程多轴控制器(Programmable multi-axis controller,PMAC)编写伺服算法实现该自适应摩擦补偿方案,并通过试验验证该方案的有效性.试验结果表明:与传统的速度加速前馈补偿相比,该自适应摩擦补偿方案在正弦运动作为输入信号时,其跟踪误差由±40 μn降低到±7 μm.采用该补偿方案能有效地抑制摩擦干扰对伺服系统的不利影响,为提高伺服系统的动态跟踪性能奠定基础.     

A compound control strategy combining velocity compensation with ADRC of electro-hydraulic position servo control system

In order to enhance the anti-jamming ability of electro-hydraulic position servo control system at the same time improve the control precision of the system, a compound control strategy that combines velocity compensation with Active Disturbance Rejection Controller (ADRC) is proposed, and the working principle of the compound control strategy is given. ADRC controller is designed, and the extended state observer is used for observing internal parameters uncertainties and external disturbances, so that the disturbances of the system are suppressed effectively. Velocity compensation controller is designed and the compensation model is derived to further improve the positioning accuracy of the system and to achieve the velocity compensation without disturbance. The compound control strategy is verified by the simulation and experiment respectively, and the simulation and experimental results show that the electro-hydraulic position servo control system with ADRC controller can effectively inhibit the external disturbances, the precise positioning control is realized after introducing the velocity compensation controller, and verify that the compound control strategy is effective.     

直流微电网中 DC-DC 变换器的切换控制方法研究

本文针对直流微电网中的DC-DC变换器进行了研究,以变换器的开关动作为切换信号建立线性切换系统模型,基于PWM波的特性提出一种新的切换控制方法用于DC-DC变换器网络。该切换控制方法既与时间有关又与系统状态有关,首先通过系统状态误差信号来确定每一周期内的切换时间且在周期的端点处必须切换,然后将周期内对应子系统的激活时间累加得到该周期的占空比。通过仿真和实验对比,可以看出该方法限定每个开关周期只进行一次切换,能够降低系统的切换频率,在负载需求波动时能够快速响应并将输出电压稳定在期望值的±1%内,验证了该切换控制方法的优越性。该方法的实施将在一定程度上降低直流微电网的损耗和提高其稳定性。     

城市轨道列车速度曲线预测函数控制改进算法

为有效解决城市轨道列车速度曲线跟踪控制问题,提出了一种速度曲线预测函数控制改进算法IPFC。所提出的预测函数控制改进算法选用阶跃函数和Morlet小波函数作为基函数,其依据目标速度曲线的变化程度,给出了一种预测函数控制的基函数选择策略,该策略可实现小波与阶跃基函数的切换。除此之外,给出了一种基于系统性能模糊满意度与优化因子的柔化因子非线性自适应在线调整策略,通过调整优化因子能够进一步提升跟踪控制性能。基于大连城市轨道交通12号线中旅顺新港至铁山镇的城市轨道列车速度曲线跟踪控制场景,在硬件在环实验环境下得到的实验结果表明,所提出的IPFC能够显著改善控制系统的控制性能,节能、准时、停车精确、舒适4个性能指标都有明显的改善,特别是准时与精确停车,相比广泛应用于实际的传统改进算法均大幅提升超过了55%。     

Global fast dynamic terminal sliding mode control for a quadrotor UAV

A control method based on global fast dynamic terminal sliding mode control (TSMC) technique is proposed to design the flight controller for performing the finite-time position and attitude tracking control of a small quadrotor UAV. Firstly, the dynamic model of the quadrotor is divided into two subsystems, i.e., a fully actuated subsystem and an underactuated subsystem. Secondly, the dynamic flight controllers of the quadrotor are formulated based on global fast dynamic TSMC, which is able to guarantee that the position and velocity tracking errors of all system state variables converge to zero in finite-time. Moreover, the global fast dynamic TSMC is also able to eliminate the chattering phenomenon caused by the switching control action and realize the high precision performance. In addition, the stabilities of two subsystems are demonstrated by Lyapunov theory, respectively. Lastly, the simulation results are given to illustrate the effectiveness and robustness of the proposed control method in the presence of external disturbances.     

飞行模拟器操纵负荷力加载控制系统的试验研究

以研制的飞行模拟器操纵负荷系统原理样机为研究平台,对驾驶机构施加力加载的液压力控制系统进行了试验研究。为解决稳态精度和稳定性之间的矛盾,提高力加载控制系统的加载精度,构造了一种前馈补偿和PID反馈调节相结合的复合控制算法。试验结果验证了该复合控制算法的有效性,同时也验证了由前馈控制和PID控制构成的复合控制是实现操纵负荷力加载高精度跟踪控制的有效方法。     

基于数控系统底层通信的实时误差补偿及应用

为提高数控机床加工精度,设计开发基于CNC底层通信的实时误差补偿功能模块,该模块通过GSK-Link网络通信协议与CNC底层进行数据交互。实时补偿过程为：通过温度采集模块和数据通信模块实时采集机床温度及各坐标轴坐标,误差补偿器计算误差补偿值并将计算结果直接送往CNC实时误差补偿功能模块,以实现机床误差实时补偿。该补偿过程的最大优点是实时补偿器与CNC底层直接通信,而不是目前国际上惯用的先通过PLC再与CNC底层通信的方式,因此实时补偿的速度和效率更高,补偿效果更好。GSK 25i数控系统的实时补偿结果表明,实时误差补偿可有效提高机床精度,最大可提高91.7%。     

复合前馈补偿的超磁致伸缩执行器精密伺服控制

研究了一种内嵌超磁致伸缩执行器(GMA)的智能镗削装置,针对GMA迟滞非线性,给出了一种基于复合前馈补偿的精密伺服控制方法。简要介绍了经典Preisach迟滞数值模型的实现方法,给出了一种基于迭代的迟滞非线性补偿方法以避免直接求取Preisach逆模型。讨论了迭代算法的实现步骤,验证了算法的可行性。分析了异圆销孔的镗削加工特点,在迭代补偿的基础上设计了重复控制补偿器,并结合两种补偿方法,给出了一种基于复合前馈补偿的PID控制方法,最后通过实验检验了方法的有效性。实验结果表明:在开环情况下,所给的迭代算法可以将GMA的迟滞非线性由补偿前的-15.7%~+11.8%减小到-4.6%~+5.2%,而基于复合前馈补偿的PID控制则可将误差进一步减小到±1 μm以内。实验表明,迭代补偿算法是有效的,该算法在补偿迟滞非线性的同时可避免直接求取Preisach逆模型,而基于复合前馈补偿的PID控制方法还可进一步提高GMA的控制精度。     

四轮轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动平顺性控制策略

液压制动与电机再生制动的时域响应差异导致电动汽车在制动模式切换时产生冲击感,影响驾驶员驾驶感受和乘坐舒适性。以四轮轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,提出一种基于分层架构的电液复合制动平顺性控制策略。针对"高压蓄能器+电机泵"式电子液压制动系统(EHB),上层控制器提出基于模糊控制的轮缸压力控制策略;针对制动模式切换过程中产生的冲击,下层控制器提出包括液压介入预测模块和电机制动补偿模块的电液复合制动平顺性控制策略。通过Simulink-AMESim联合仿真平台进行仿真试验验证。结果表明,轮缸压力控制策略能够保证轮缸液压力较好地追随目标压力,且稳态误差不超过2%;电液复合制动平顺性控制策略能够有效提高制动系统的响应速度,同时显著降低制动模式切换时的冲击,能提升车辆制动平顺性和乘坐舒适性。