基于观测器的双吊具桥吊时变滑模同步控制

为针对双起升桥式吊车双吊具同步运行过程中普遍存在的无法精确建模、系统参数变化、外部扰动未知等问题,采用交叉耦合策略,提出了一种基于非线性扰动观测器的时变滑模同步控制方法。首先,采用时变滑模控制保证了控制器的全局鲁棒性;其次,利用非线性扰动观测器观测聚合扰动,对控制器进行扰动补偿;此外,提出一种可动态适应控制系统变化的变增益趋近律,有效抑制了控制输入抖振、缩短了趋近时间。最后,利用Lyapunov理论证明控制器的渐进稳定性,并通过仿真结果表明了所提出方法的有效性,控制器在未知扰动存在的情况下仍具有良好性能。     

不确定扰动下双起升桥吊双吊具鲁棒自适应滑模同步协调控制

双起升桥吊双吊具存在的参数摄动和不确定干扰问题严重影响了双吊具同步协调运行的效果. 鉴于此, 分析桥吊双吊具不同工作模式的运行特性, 采用交叉耦合策略, 提出一种基于参数自整定的双吊具鲁棒自适应滑模同步协调控制方法. 采用变边界层技术解决滑膜控制需折中稳态误差和抖振平滑的难题, 利用自整定切换函数增益消除不确定扰动, 并利用Lyapunov 理论证明控制器的渐近稳定性. 桥吊控制实验表明了所提出方法的有效性.

     

基于实时内核的双起升双吊具桥吊实时仿真平台

双起升双吊具桥吊是一种复杂的多电机传动机械,其多电机协调控制需要实现桥吊操作的准确性、安全性和快速性;文中针对一种双起升双吊具桥吊实验装置的多电机协调控制的需要,构建了一个桥吊多电机实时仿真控制平台,提出了一种基于Real-TimeWorkshop(RTW)的实时内核的混合仿真实验构架,采用了S函数设计开发运动控制器驱动模块,并通过调用设备驱动函数操作运动控制器,最终实现桥吊多电机协调控制的方法;该方案具有技术先进、结构简单、使用灵活、成本低廉的特点,能够方便地实现针对双起升双吊具桥吊控制方法的数字仿真和半实物仿真。     

未知扰动下双起升桥吊时变滑模同步控制

为实现双起升桥吊系统在未知扰动下的同步控制,提出了一种基于变增益扩张状态观测器的时变滑模控制方案。首先,基于耦合误差设计了一种新的时变滑模面,可有效消除趋近阶段,确保初始状态系统的全局鲁棒性;其次,改进的超螺旋算法有效抑制控制器中的抖振现象;然后,变增益扩张状态观测器的设计是为了估计补偿系统中存在的非匹配干扰,有效增强了控制器的鲁棒性;此外,李雅普诺夫理论用于证明受控系统的稳定性。最后,通过仿真验证了所设计的控制器可以有效实现双起升桥吊系统的同步控制。     

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。     

双吊具欠驱动桥吊的建模与仿真

较之于传统的单吊具桥吊,双起升双吊具桥吊是一种新型高效集装箱装卸机械,但其本质上是一类复杂的欠驱动非线性系统,其建模和控制方法存在较大难度。利用拉格朗日分析方法和仿真手段对双起升双吊具桥吊的动力学特性进行了研究,分析了吊绳长度和负载变化对桥吊动态特性的影响,以及作业环境中的摩擦力和空气阻力对模型特性的影响;建立了双起升双吊具桥吊的动力学模型,并进行了简化。最后,仿真研究为验证双起升双吊具桥吊的动力学模型的正确性提供了依据。     

输送用双并联机器人鲁棒同步滑模控制方法

为同时解决输送用多电机驱动双并联机器人的同步协调性问题和受关节非线性摩擦、动力学参数建模误差及外界干扰等不确定因素影响的鲁棒性问题,提出一种双并联机器人复合误差鲁棒同步滑模控制方法.建立含集总扰动项的双并联机器人动力学模型,通过引入非线性扰动观测器,设计一种基于复合误差的鲁棒同步滑模控制算法,以选取较小的同步滑模控制切...     

翻车机双电机同步驱动自适应控制研究

翻车机运转过程中要求两个驱动电机同步运行,为了达到较好的同步效果又不影响电机的寿命,以翻车机中两个驱动电机为研究对象,针对翻车机双驱动同步控制的问题.提出一种自适应控制算法.用电气控制的方法代替传统的强制同步,通过自适应理论设计控制器.经过自适应律产生的反馈作用来修改主电机和从电机控制器的参数,产生辅助控制量,使两电机的角速度保持一致.仿真结果表明,该控制方案抗干扰性强,收敛速度较快,能够较好地满足被控对象对高精度的要求.     

基于螺旋算法的桥吊时变滑模控制器设计

针对桥吊防摇定位控制中普遍存在的参数变化和摩擦等不确定性扰动以及滑模变结构控制的抖振问题,基于LuGre摩擦力模型和桥吊的动力学模型,采用基于螺旋算法的二阶滑模控制技术,提出了一种基于螺旋算法的时变滑模控制方法;该方法首先利用时变滑模技术实现了控制器在滑模趋近阶段无鲁棒性的问题,然后采用螺旋算法抑制了桥吊运行过程中存在的不确定性扰动,并且使得控制律为连续信号,从而有效抑制了抖振;利用李雅普诺夫方法证明了该控制器全局稳定性,并保证其有限时间内收敛特性;仿真结果表明了控制方法的有效性。     

基于时变滑模结构的桥吊防遥定位控制器设计

针对变绳长条件下欠驱动桥式吊车系统的防摇和定位控制问题,提出了一种基于时变滑模的桥吊控制方法;该方法采用多滑模结构控制,在桥吊绳长变化的情况下,较好地实现了对桥吊小车位置和负载摆角的控制;该方法利用时变滑模面,减少了滑模面到达阶段的时间,提高了控制器鲁棒性;同时控制器设计中还采用了一种新的方法来削弱滑模控制器的抖振现象;利用李雅普诺夫理论证明了该控制方法的全局稳定性和收敛性,仿真结果验证了该方法的有效性。     

Adaptive neural network hierarchical sliding mode control for six degrees of freedom overhead crane

This paper presents an effective control method for three-dimensional (3D) overhead cranes with six degrees of freedom (DOF). Two payload swings and an axial payload oscillation should be minimized besides driving the bridge, trolley, and hoisting drum to bring the payload to the desired position in space. First, a novel 3D-6DOF crane model is developed, where the sixth degree of freedom is axial cargo oscillation that has never been considered in previous studies. A controller is then designed using the hierarchical sliding mode control method. Moreover, a radial basis function neural network (RBFNN) is used to approximate the system's unknown dynamic model accurately. According to the Lyapunov principle, a control law and an updated law for the neural network's weight matrices are designed to ensure the stability of the closed-loop system. Simulation results on Matlab software show the proposed approach's effectiveness, such as smaller swing, minor axial oscillation, and precise position as desired.     

欠驱动桥式吊车系统自适应控制

针对桥式吊车这类非线性欠驱动系统, 提出了一种基于耗散理论的自适应控制器. 它能够有效地抑制运输过程中负载的摆动, 并将其快速准确地运送到指定的位置. 相比其他吊车控制系统, 这种控制器无需准确测量台车和负载质量以及吊绳长度, 可以根据系统响应情况来对这些参数进行在线估计, 这将极大地方便控制器在实际吊车系统中的推广应用. 对于闭环系统的稳定性, 文中通过李雅普诺夫理论及拉塞尔不变性原理进行了证明, 仿真结果也证实了这种自适应控制器能够对吊车系统进行良好的控制.     

永磁同步电机伺服系统的自适应模糊滑模控制

针对永磁同步电机伺服系统的跟踪控制问题,提出了一种基于扰动观测器的自适应模糊滑模控制方法.通过扰动观测器估计等效扰动,改善了系统的动态性能和稳态性能,并且只需要等效扰动的变化有界,而不是为零,放宽了要求;根据模糊控制原理引入3条模糊规则,在保证滑模条件的前提下有效地削弱了抖振;采用自适应策略估计模糊系统参数的最优值,简化了控制器的设计.实验结果表明,与常规自适应模糊滑模控制相比,本文提出的控制方法不仅能够有效地减小跟踪误差,而且能够改善参数估计过程,保证了参数估计的有界性.     

Adaptive B-spline-based fuzzy sliding-mode control for an auto-warehousing crane system

In this paper, an adaptive B-splined-based fuzzy sliding mode control (ABFSM) is presented to the application of auto-warehousing crane motion control. The ABFSM comprises an adaptive fuzzy identification controller (AFIC) and a B-spline-based compensation controller (BCC). The AFIC is designed to approximate the ideal controller of a crane system. To alleviate the load of fuzzy rule base construction, only the information from the sliding surface is used as the input of AFIC such that the conciseness and translucency of the control system can be upgraded. On the other hand, the BCC aims to compensate the approximation error of the AFIC. With the introduction of the B-spline function, the boundary of the approximation error can be represented by means of polynomial mapping. Thus, the design of the compensation controller can be achieved based on the characteristics of the B-spline function. In this paper, the objective of the ABFSM is to track the distance-speed reference trajectory of the crane control system. With the tuning law of the AFIC and the BCC, the stability can also be guaranteed by means of Lyapunov function. To validate the performance of the proposed approach, the ABFSM is applied to auto-warehousing crane motion control under various conditions for x, y, and z directions, respectively. From the simulation the advantages of the proposed ABFSM are demonstrated, where the capability to handle the uncertainty with efficiency is verified.     

自适应时变Terminal滑模控制研究

针对Terminal滑模控制到达阶段鲁棒性不强的问题,提出了时变Terminal滑模控制方法。分析Terminal滑模面的设计参数对系统性能的影响,提出一种非线性时变Terminal滑模面的设计方法。为了消除多输入多输出(MIMO)非线性系统的不确定,构建动态干扰观测器系统,根据干扰观测误差在线调节参数,从而在线逼近外部干扰,证明了逼近误差一致最终有界。采用倒立摆系统进行仿真验证,提出的自适应时变Terminal滑模控制方法比传统的PID控制镇定时间缩短80%,且无超调。仿真结果表明,所提方法可以用于MIMO非线性系统的控制。     

基于高阶滑模观测器的自适应时变滑模再入姿态控制

针对再入飞行器鲁棒姿态控制问题, 提出一种基于高阶滑模观测器的自适应时变滑模控制器设计方法. 首先, 设计了一种时变滑模面, 并在此基础上推导了相应的时变滑模控制律, 其中滑模控制中切换增益通过一种自适应算法获得, 消除了控制器设计过程中对系统不确定性上界已知的要求; 然后, 利用高阶滑模观测器对控制器设计过程中用到的姿态角导数信息进行观测, 同时能够获得系统扰动估计值, 从而构造一种基于观测器的控制器形式; 最后, 通过仿真验证了所提出的控制算法在提高再入飞行器姿态控制精度以及系统鲁棒性方面的有效性.     

无速度传感器的表面式永磁同步电机无源控制策略

针对高性能的表面式永磁同步电机(SPMSM)调速系统,考虑电机实际运行过程中逆变器非线性因素对传动系统的影响,推导出考虑逆变器的SPMSM系统统一端口受控耗散哈密顿数学模型。基于能量成形方法和端口受控耗散哈密顿系统原理,设计SPMSM驱动系统的无源控制器,利用带扩张状态观测器的自适应滑模控制设计速度调节器,得到??轴期望的电流并实现转速的估计,逆变器非线性扰动由扩张状态观测器进行补偿。仿真结果表明,所提出方法实现了较高的速度估计精度,使调速系统具有优良的动、静态性能。     

永磁同步电机伺服系统的自适应滑模最大转矩/电流控制

为了增强永磁同步电机(PMSM)伺服系统的抗干扰能力,本文设计了一种基于最大转矩/电流(MTPA)原理的自适应滑模控制器.控制器根据MTPA控制方法确定定子直轴和交轴电流,并利用滑模控制增强了系统的抗干扰能力,但同时给系统带来抖振.为了削弱系统抖振,设计了一种改进的自适应滑模趋近律用于位置控制.为了增加控制器的实用性,MTPA控制采用函数曲线拟合法.仿真结果表明,所提出的控制器有效增强了系统的动态性能、稳态性能及鲁棒性,并有效削弱了滑模控制带给系统的抖振.