浮选液位控制系统的灰色滑模控制研究

针对浮选液位控制系统中存在的不确定性可能会引起系统的控制品质的恶化,甚至导致不稳定和滑模变结构控制中因时间滞后开关、空间滞后开关、系统惯性、不确定性等因素引起的抖动会影响系统的控制品质和稳定性问题,提出了一种带有灰色预测和补偿的组合趋近律滑模控制策略。其通过利用灰色对系统参数摄动和外部干扰进行了辨识及补偿;利用组合趋近律的方法削弱了滑模控制中存在的抖振问题。在Matlab中实现了该控制算法对浮选液位控制系统的液位控制。研究结果表明:所提出的控制策略能够对外部扰动和系统参数摄动能够有效的进行预测并给以相应补偿;同时滑模变结构控制的抖动也得到明显的抑制,系统的抗外部扰动和系统参数能力、稳定性和控制品质得到进一步的提高。     

四辊卷板机侧辊位移跟踪控制

针对四辊卷板机侧辊位移跟踪控制存在负载变化、参数摄动和未建模动态等不确定性问题,提出一种基于非线性扰动观测器的自适应滑模控制策略。采用非线性扰动观测器在线获取并补偿等效扰动;针对引入非线性扰动观测器后的系统,采用反步法设计自适应滑模控制器,利用自适应律动态补偿扰动观测误差,以降低滑模控制器的切换增益。该设计方法放宽了滑模切换增益对系统不确定性上界的先验性要求,降低了外界干扰和系统不确定性对侧辊位移跟踪性能的影响。同时,采用李雅普洛夫方法证明了侧辊位移跟踪闭环控制系统的稳定性。根据工程实际参数进行仿真,结果表明,该控制策略对系统的不确定性,特别是负载变化具有较强的鲁棒性,可以满足侧辊位移快速、精确跟踪的要求。     

超声电机驱动的CMG框架系统滑模控制

针对超声电机驱动的控制力矩陀螺框架伺服系统具有强非线性、参数摄动和多源扰动力矩等问题,在系统建模和分析的基础上,采用了一种混合积分滑模变结构控制器,在保证框架速度控制快速响应的同时,提高了系统在多源强耦合扰动力矩下的鲁棒性。针对滑模抖振问题,引入了一种滑模观测器补偿框架系统的多源扰动力矩,减小系统不确定项的影响,进而减小滑模切换增益,达到抑制抖振的目的。仿真和实验结果表明,提出的控制力矩陀螺框架速度控制策略可有效抑制滑模控制系统的抖振现象,在多源扰动力矩的影响下,框架系统具有较强的鲁棒性。     

数控机床用磁悬浮系统非线性时变滑模变结构控制

为实现数控机床横梁磁悬浮系统悬浮气隙的精确控制,采用了非线性时变滑模变结构控制策略。首先,通过设计一种带有指数项的滑模面,使系统在任意初始状态下的状态变量都直接处于系统的滑模面上,实现对参数摄动和外部干扰的全局鲁棒性;然后,在此基础上设计了一种时变滑模控制器,并通过李亚普诺夫定理证明了该控制律的稳定性。仿真实验结果表明,非线性时变滑模变结构控制方法在保证系统全局稳定的前提下提高了滑模面的收敛速度,有效地削弱了抖振。     

基于模糊幂次趋近律的漂浮基空间机器人快速滑模控制

针对空间机械臂轨迹跟踪控制过程中的抖振抑制问题,讨论了一种基于模糊幂次趋近律的快速滑模变结构控制方法。首先运用拉格朗日第二类方程,建立了空间机械臂系统的动力学模型。然后对机械臂的传统滑模面进行改进,设计了一种快速非线性滑模面。利用模糊控制理论,设计了一种模糊幂次趋近律,使机械臂抖振抑制的效果明显,同时也保证了系统的轨迹跟踪控制效果。通过Lyapunov稳定性分析定理,验证了系统的稳定性和收敛性。最后用仿真实验结果证明了所设计控制方法的有效性和可行性。     

导电聚合物驱动器的自适应滑模控制研究

针对多层弯曲型导电聚合物驱动器的建模和动态精确控制问题,通过搭建实验系统对其进行了自适应滑模控制研究,通过系统在线辨识方法获取驱动器系统模型参数,建立了具有动态参数的线性系统传递函数的机电模型。采用自适应滑模控制方法补偿了驱动器模型的不确定性与未建模动态的影响,基于二阶线性系统模型,提出了滑模变结构控制方法实现对驱动器弯曲位移的有效控制,并通过Lyapunov理论证明了滑模变结构控制的自适应控制规律的稳定性。实验结果表明:未建模动态对导电聚合物驱动器系统扰动有限,驱动器输出位移的跟踪误差均方根在0.032 mm内,自适应滑模控制方法能稳定有效地控制弯曲型导电聚合物驱动器的弯曲位移。     

被动式电液负载模拟器的变增益滑模控制研究

针对被动式电液负载模拟器的加载精度和响应速度问题,对电液负载模拟器中非线性环节和舵机位置系统的扰动进行了研究,其中非线性环节包括非线性摩擦以及液压缸的容腔效应。对于非线性环节问题,建立了包含光滑摩擦模型以及液压缸容腔效应的系统非线性数学模型;对于舵机位置系统的扰动问题,基于Lyapunov稳定性理论,讨论了滑模面s中增益的参数选取问题;提出了一种基于双幂次趋近律,能使控制器具备光滑输出的变增益滑模控制器;通过Matlab/Simulink进行了系统数值仿真。研究结果表明:引入该变增益滑模控制器后,提高了系统的加载精度和响应速度,舵机位置系统对负载模拟器的不确定性影响具有较好的鲁棒性,使其输出的超调量不超过5%,静、动态的最大误差不超过5%。     

基于Terminal的船舶动力定位系统控制器设计

滑模变结构控制是一种特殊的非线性控制,它具有快速响应、实现简单、对扰动不灵敏、无需在线辨识等优点。船舶动力定位系统属于不确定、非线性的系统,本文对一船舶动力定位系统的数学模型进行了Terminal滑模控制器设计、通过Matlab中的Simulink进行仿真,仿真的结果验证了滑模变结构控制对船舶动力定位系统控制的有效性。     

磁悬浮系统的变速趋近律滑模控制

为了抑制常规滑模控制在磁悬浮系统控制中的抖振问题,应用一种变速趋近律方法设计磁悬浮系统滑模控制器.控制器将系统的状态范数引入滑模控制律,以自动调整变结构切换控制项的增益,控制信号抖振幅值能够逐步衰减,并引导系统渐近稳定到原点;利用Lyapunov稳定性理论验证了系统的稳定性,并给出了控制器参数设计的依据;仿真实验结果表明,基于变速趋近律的磁悬浮系统滑模控制策略具有良好的动、静态性能和较强的鲁棒性.     

基于自适应模糊的旋转弹反演滑模控制律设计

针对旋转弹药模型具有非线性、强耦合和参数不确定性等特点,建立了考虑不确定因素的非线性控制模型,提出一种基于自适应反演和滑模控制理论的旋转弹体姿态控制律。基于Lyapunov稳定性理论,利用反演控制和滑模变结构理论取虚拟控制量作为滑动模态,设计了姿态控制器;基于模糊控制方法较强的逼近能力,引入自适应模糊控制实现对不确定参数的估计,同时通过对切换增益的模糊逼近解决了滑模面的抖振问题。仿真结果表明,所设计的控制律具有较好的稳定性和鲁棒性,该控制模型和控制器的设计合理可行。