基于ESO的永磁同步电机伺服系统快速终端滑模控制

为了优化永磁同步电机(PMSM)伺服系统的控制性能, 本文提出了一种基于非奇异快速终端滑模控制(NFTSMC)和扩张状态观测器(ESO)的复合控制策略. 论文首先建立了考虑集总扰动的永磁同步电机数学模型, 根据所定义的非奇异终端滑模面和趋近律, 设计了位置跟踪控制器, 所设计的控制器采用非级联结构替代了传统的位置环和速度环控制器, 并通过李亚普诺夫定理证明了稳定性和有限时间内收敛. 为了进一步提高系统的抗扰动性能, 本文引入了扩张状态观测器来估计系统扰动并将其应用于前馈补偿. 然后, 文章对系统整体进行了稳定性证明. 最后,文章完成了基于所设计控制器的仿真和实验验证. 结果表明, 该控制器具有良好的位置跟踪性能且收敛速度快, 对外部干扰具有强鲁棒性.     

扰动下永磁同步风力发电机的改进滑模控制

针对永磁直驱同步风力发电机传统PI矢量控制方式鲁棒性差的问题,提出一种非奇异快速终端滑模控制方法.针对滑模控制中的抖振问题,在指数趋近律中引入光滑连续的双曲正切函数代替符号函数;针对滑模控制中的外部扰动问题,采用扩张状态观测器进行在线估计和补偿,得出基于扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制器.使用Matlab/Sim...     

多源扰动下光电跟踪系统连续非奇异终端滑模控制

针对多源扰动下的光电跟踪系统,提出一种基于有限时间扰动观测器的连续非奇异终端滑模控制方法.首先,通过扰动观测器在有限时间内估计出集总扰动并用于快速幂次趋近律的设计,利用非奇异快速终端滑模面和等效控制方法,得出连续有限时间控制律.采用Lyapunov稳定性方法进行了严格的有限时间收敛证明.其次,对2–DOF光电跟踪系统进行建模,分析影响控制精度的多源干扰因素,并进行控制律设计.最后,结合实际工作环境进行仿真与实验研究,论证算法的有效性.结果表明,提出的控制方法可使得系统输出即使在多源扰动存在情况下,也可在有限时间内快速收敛到平衡点,提高了光电跟踪系统的抗干扰能力与稳态控制精度.     

基于扰动观测器补偿的机械臂非奇异快速终端滑模控制

针对机械臂系统在实际应用中存在的建模误差及未知扰动问题, 设计了一种基于扰动观测器的改进型非 奇异快速终端滑模控制策略. 通过扰动观测器准确估计系统存在的总扰动, 并设计恰当的非线性增益函数使扰动观 测误差指数收敛, 实现了对控制器的前馈补偿. 考虑到终端滑模存在的奇异性问题, 结合扰动观测器设计了非奇异 快速终端滑模控制器, 在保证跟踪误差有限时间收敛的同时抑制了滑模控制固有的抖振现象. 同时在控制器设计过 程中, 用fal函数代替sig函数有利于削弱滑模控制抖振, 提高系统稳定性及跟踪精度. 最后, 利用MATLAB软件进行 实验仿真, 验证了所设计控制器的有效性.     

带有执行器故障的多水面船固定时间分布式滑模协同控制

针对未知环境干扰、未知执行器故障等多水面船协同控制问题,提出一种带有执行器故障的多水面船固定时间分布式滑模协同控制方法,可保证协同控制系统的全局固定时间的稳定性.首先,设计一种固定时间干扰观测器,用于估计集总扰动(包括未知环境扰动和未知执行器故障);其次,引入固定时间非奇异快速终端滑模面,可有效地消除系统的奇异性,改善系统的抖振;然后,提出一种基于固定时间非奇异快速终端滑模面和固定时间干扰观测器的分布式容错控制器,使得收敛时间上界与系统初始状态无关;最后,通过仿真实验验证所提出控制律的有效性.     

一类3阶非线性系统的非奇异终端滑模控制

针对传统非奇异终端滑模控制方法不适用于3阶系统的问题,提出一类具有不确定和外干扰的3阶非线性系统的新型非奇异终端滑模控制方法.该方案首先结合backstepping控制中的动态面方法和传统2阶非奇异终端滑模控制构造非奇异3阶终端滑模面,首次提出采用高阶滑模微分器估计值代替控制器中的负指数项.采用非线性干扰观测器任意精度地估计不确定和干扰,设计控制器中的补偿项.采用终端吸引子函数做趋近律避免抖振的同时能保证有限时间趋近滑模面.基于有限时间稳定李雅普诺夫定理证明了被控状态将在有限时间内收敛到任意小的闭球内.所提出方案快于传统的递阶线性滑模控制和其他非奇异终端滑模控制.仿真中与其他滑模控制方案对比,总误差减小18%以上,超调及收敛时间也显著下降.     

基于干扰观测器的航天器非奇异终端二阶滑模控制

为了消除干扰力矩和结构不确定性对卫星姿态控制性能的影响,本文提出了一种基于新型干扰观测器的非奇异终端二阶滑模控制方法.首先,文章设计了一种基于跟踪微分器的干扰观测器,来对卫星系统中的不确定项进行估计,利用估计值进行补偿,并保证估计误差在有限时间内收敛.在此基础上,文章设计一个非奇异终端滑模面,当系统到达滑模面时,姿态误差可以在有限时间内收敛,并利用二阶滑模趋近律设计控制器,保证系统在有限时间到达滑模面.在干扰观测器误差未完全收敛时,滑模控制器可以对存在的扰动进一步抑制,实现姿态跟踪系统的有限时间稳定,并通过李雅普诺夫方法严格证明了其稳定性.最后,仿真结果表明,干扰估计值误差可以在有限时间内收敛,证明了该控制方法对存在的干扰是具有较好的鲁棒性.     

新趋近律的直流微电网母线电压滑模控制设计

随着直流微电网技术的快速发展,直流微电网中母线电压的稳定性控制作为直流微电网正常平稳运行的关键,也成为了研究热点之一;针对直流微电网母线电压外环易受参数摄动和负荷扰动的影响,提出了一种扩张状态扰动观测器ESO(Extend state observer)与新型趋近律的滑模控制器NRSMC(New reaching law sliding mode control)相结合的复合控制器ESO-NRSMC;该控制器采用了一种新型趋近律方法来解决抖振现象与滑模面趋近时间之间的矛盾;同时扩张状态观测器将观测到的扰动值补偿到滑模控制器中,进一步提高控制器的抗扰动能力;还构造了Lyapunov函数来验证所设计的母线电压外环闭环控制系统的稳定性;最后通过仿真证明控制器ESO-NRSMC在微电网系统参数发生变化以及负载扰动的情况下,依然能够实现对直流微电网母线电压的稳定控制,具有较强的优越性和鲁棒性能。     

基于非奇异快速终端滑模的轧机液压伺服位置系统反步控制

针对具有非线性、参数不确定性和未知负载扰动的非对称缸轧机液压伺服位置系统,提出一种基于模糊自适应观测器和非奇异快速终端滑模面的反步控制方法.首先,基于非奇异快速终端滑模面和双幂次趋近律完成非对称缸轧机液压伺服位置系统反步控制器的设计,并通过构造二阶滑模滤波器对虚拟控制量的微分信号进行估计,有效地避免了反步控制中的微分爆炸现象;然后,选用模糊自适应观测器对系统的不确定项进行逼近估计,并将输出的估计值引入到设计的控制器中进行补偿,有效地提高了系统的跟踪控制精度,且分析表明,所提出的控制方法能够保证闭环系统全局渐近稳定;最后,基于某650mm可逆冷带轧机液压伺服位置系统的实际参数进行仿真研究,并与常规线性滑模控制方法相比较,结果验证了所提出方法能够有效提高系统在整个全局过程的收敛速度和鲁棒稳定性.     

机械系统的快速有限时间跟踪控制及其在航天器交会中的应用

针对一类具有匹配干扰的二阶机械系统,本文研究了快速有限时间跟踪控制问题.结合有限时间反步法和非奇异快速终端滑模,本文提出了一种新的快速有限时间控制律,并给出了控制器参数所需满足的充分条件以保证系统的快速有限时间稳定性.进一步地,在一定情形下,所设计的快速有限时间控制律能够退化为经典的反步法、有限时间控制律和非奇异快速终端滑模控制律.最终,将所设计的控制律应用于航天器交会系统,数值仿真结果验证了所提方法的有效性.     

基于ESO 的复合滑模面非奇异terminal 滑模控制

针对传统非奇异terminal 滑模控制存在的收敛缓慢和控制输入抖振的问题, 提出采用复合滑模面函数和扩张状态观测器的控制器设计方法. 首先, 结合复合滑模面, 采用分阶段控制律提高系统收敛速度; 然后, 在此基础上使用扩张状态观测器在线估计并补偿系统的不确定量, 以有效削弱系统未建模动力学导致的抖振; 最后, 分别证明了以上两种方法的有限时间收敛特性. 仿真结果验证了所提出方法的有效性, 体现了系统的快速收敛和强鲁棒性等特点.     

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。     

Observer-based continuous finite-time attitude control for rigid–flexible coupling satellites

In this paper, a novel finite-time attitude control law is proposed for rigid–flexible coupling satellites in large angle manoeuver. First, the rigid–flexible coupling dynamic model is set up to reflect the coupling effect between the deformation of flexible appendages and the spatial movement of the rigid hub. Then an extended state observer (ESO) is designed to estimate and compensate the total perturbation including high-order flexible coupling terms, external disturbances and uncertain inertia. Following this, a continuous finite-time attitude controller is designed based on non-singular fast terminal sliding mode (NFTSM) and fast power reaching law, which is introduced to smooth the control input and eliminate the chattering. Numerical simulation is designed to verify the finite-time stability, high accuracy, disturbance rejectionand vibration damping of the proposed control scheme and then a ground experimental system is set to further test the controller's practicability.     

FTESO‐Based Finite Time Control for Underactuated System Within a Bounded Input

Finite time control problem is investigated for a class of underactuated systems with uncertainties and external disturbances. For the sake of expanding control region furthest within a bound input, finite time extended state observer (FTESO) and a novel adaptive terminal sliding mode (ATSM) controller are applied to improve the stability performance of system. Compared to the general extended state observer (ESO), FTESO makes use of fractional powers to reduce the estimation errors to zero in finite time. The coordinate transformation is made for more degrees of design freedom. Rigorous analysis of finite time convergence results has been performed through Lyapunov theory and sufficient conditions are provided for the observer/controller‐design. Finally, simulation results on the Rotating Inverted Pendulum are given to demonstrate the effectiveness of the proposed controller and observer.     

基于ESO的一类线性时变系统自学习滑模控制方法

针对一类线性时变系统的控制问题,提出了一种基于扩张状态观测器的自学习滑模控制方法。该方法首先设计了两种非线性光滑函数, 然后将两种光滑函数分别应用于扩张状态观测器和滑模趋近律的设计。为了进一步提高系统的自适应控制能力, 使用最速下降法对滑模控制器的增益参数进行自学习镇定。仿真结果表明了该控制方法不仅响应速度快、控制精度高, 而且有效解决了现有理论方法难以解决的问题, 因而是一种有效的不依赖于被控对象模型的LTV系统控制方法。     

Robust Finite-time Attitude Tracking Control of Rigid Spacecraft Under Actuator Saturation

This paper investigates the robust finite-time attitude tracking control problem for rigid spacecraft considering the modeling uncertainty, external disturbance and actuator saturation. An auxiliary system is proposed to directly compensate for the saturated control input. First, the basic controller is formulated based on the fast nonsingular terminal sliding mode surface (FNTSMS), the fast-TSM-type reaching law and the auxiliary system in the presence of upper bounded external disturbance. Then, when facing system uncertainty which consists of both modeling uncertainty and external disturbance and has upper bounded first derivative, the extended state observer (ESO) is associated with the first controller to improve the robustness of control system. Furthermore, to handle more general system uncertainty which is upper bounded by a polynomial function of the closed-loop system states, a continuous adaptive controller is designed to compensate for the total system uncertainty on line. The proposed controllers are able to deal with system uncertainty, input singularity and actuator saturation, while simultaneously providing fast finite-time convergence speed for the control system. And the problems of complex parameters selection process and repeated differentiations of nonlinear functions can be avoided. Rigorous stability analyses are given via the Lyapunov stability theory and digital simulations are conducted to illustrate the effectiveness of the proposed controllers.     

基于有限时间扰动观测器的四旋翼编队控制

针对复杂飞行环境下的多四旋翼飞行器系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的主从编队控制策略(FTESO-LFFC).对于领航者子系统,提出一种积分滑模控制(ISM)策略,通过引入的积分项,消除了传统滑模控制中的趋近阶段,提高了系统的鲁棒性.对于跟随者子系统,提出一种非奇异终端滑模控制(N TS M)策略,该方法在解决...