一种新型趋近律的航空发动机滑模控制

针对滑模控制中传统趋近律收敛速度慢、抖振严重的问题,提出了一种特殊幂次函数和幂指数趋近律组合的新型趋近律,与传统的指数趋近律和等速趋近律相比较,该趋近律通过幂次项系数对趋近过程的不同的阶段进行有效调节,提高了运动过程的运动品质,且有效地削弱了抖振,证明了滑模控制的存在性和可达性。将所设计的趋近律应用在航空发动机控制系统中,结果表明,所设计的控制器取得了良好的控制效果,提高了收敛速度,削弱了抖振。     

基于级联滑模控制的高精度光电跟踪与捕获

为了进一步提高光电跟踪系统的目标捕获和跟踪性能,提出了一种基于变增益趋近律的级联滑模控制方法。基于反双曲正弦函数和幂次项设计了新型变增益滑模趋近律,在提高滑模面趋近速度的同时抑制滑模抖振现象;基于变增益滑模趋近律设计速度环和位置环滑模控制器构成级联滑模控制,以提高系统的动态响应性能和鲁棒性,提高系统对目标的捕获能力和跟踪精度。最后,以某球形光电跟踪系统的方位轴作为控制对象,进行了传统级联PI控制和级联滑模控制方法的对比分析。实验结果表明,相比于传统级联PI控制,捕获速度为1(°)/s的目标时,级联滑模控制可以将目标捕获时间减小32%;跟踪等效最大速度为4(°)/s和最大加速度为2(°)/s 2的正弦引导信号,可将跟踪误差RMS值减小31%,采用级联滑模控制可有效提高跟踪系统的控制性能。     

基于混合控制算法的爬壁机器人跟踪控制

为解决爬壁机器人轨迹跟踪过程中速度突变与输入抖振的问题，提出一种基于神经动力学模型的反演运动学控制器与组合趋近律神经滑模动力学控制的混合鲁棒控制算法。利用神经动力学模型获取有界、平滑的虚拟位姿误差信号，解决了传统反演控制法引起的速度跳变问题；引入自适应径向基神经网络(RBFNN)调节基于组合趋近律的滑模增益，消除了抖振现象。设计过程采用Lyapunov函数，保证了控制系统的稳定与收敛。通过仿真数据与实验结果证明了所提算法的有效性。     

机械臂的改进固定时间滑模控制方法设计

当机械臂末端对给定轨迹进行跟踪控制时,跟踪误差收敛速度容易受初始跟踪误差大小的影响,针对这一问题设计了一种适用于机械臂模型的改进固定时间滑模轨迹跟踪控制策略.在快速终端滑模面的基础上,设计了一种固定时间滑模面,从而使得控制器具有固定时间收敛特性并给与证明;针对滑模控制伴随抖震的特性,对滑模控制器的趋近律进行了抑制抖振的改进,使得趋近律具有一定的自适应性.通过对二自由度机械臂的仿真实验,验证了在系统含有未知扰动的情况下,设计的改进固定时间滑模控制器能够在固定时间内使得机械臂末端轨迹跟踪误差快速收敛,且通过控制器参数的调整能够达到更快的收敛速率.通过仿真对比,验证了论文设计方法的收敛速率要快于快速终端滑模控制方法.     

基于卡尔曼滤波器的交流伺服系统自适应滑模控制

为了减小负载转矩扰动和系统参数摄动对永磁同步电机控制系统的影响,提出了一种基于卡尔曼滤波器的自适应滑模速度控制器。该控制器由自适应律估计参数摄动项,用卡尔曼滤波器估计外部扰动项。设计了含积分作用的滑模面,以保证电机转速的无静差跟踪;采用了指数趋近律,以提高趋近速度并削弱抖振。卡尔曼滤波器估计得到的系统外部扰动前馈补偿至控制器的输出,用于有效降低滑模控制器的不连续切换项造成的系统抖振。实验结果显示:跟踪设定的600r/min转速时,控制器稳态转速精度达到±1r/min。电机在以600r/min稳速运行时,设计的控制器在1.6N·m的外部转矩扰动下的最大转速波动比传统PI控制器的转速波动减小了2%。仿真分析和实验数据表明基于卡尔曼滤波器的自适应滑模控制器对交流伺服控制系统具有较强的抗扰动性、鲁棒性以及良好的稳态性能。     

复合滑模控制在精密PMLSM激光切割运动平台的应用

针对永磁直线同步电机激光切割运动平台的位置伺服控制低抖振、高精度、强鲁棒的要求,在传统双幂次滑模趋近律的基础上,提出一种变边界层的双幂次滑模趋近律带滑模扰动观测器的复合趋近律滑摸控制方法。变边界层方法是对控制系统的控制精度要求和降低抖振的权衡,而所提出的方法又继承了传统双幂次滑模趋近律方法的有限时间收敛特性。为了降低控制系统设计的保守性,设计了一种基于超螺旋算法的滑模扰动观测器对系统的未知扰动进行估计,并在此算法中添加一个幂指数,通过仿真实验证明了提高幂指数的数值可加快未知扰动的估计值的收敛速度。结合Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的稳定性。最后,搭建了用于激光切割的永磁直线同步电机平移试验台对所提出的控制器进行测试。实验结果表明:本文所提出的控制器的位置跟踪误差不超过1μm,且误差波动较小,能够满足伺服控制系统的要求。     

基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略

针对传统带有滑模观测器的永磁同步电机控制系统中转矩脉动大、抖振明显、反电动势估计精度差等问题,提出基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略.首先,在速度环提出基于双曲正弦函数的新型趋近率,结合模糊控制思想对趋近率参数实现自整定,设计了一种基于新型趋近率的模糊积分滑模速度环控制器,并且对新型趋近率的抖振抑制效果给出严格分析.其次,提出基于变截止频率低通滤波器和修正反电动势观测器的两级滤波结构,抑制反电动势中的高频分量和测量噪声,并对转子位置进行合理补偿,继而设计了两级滤波滑模观测器;通过Lyapunov判据对本文提出控制策略的稳定性进行了推导证明.仿真和实验结果表明,与传统滑模观测器相比,改进的控制器使电机在启动和受到外部扰动时系统响应良好,有效改善了转矩脉动、抖振、反电动势的估计精度等问题.     

基于分数阶微积分的机械臂迭代滑模控制策略研究

为提高工业机械臂的控制性能,将分数阶微积分理论与迭代学习控制及滑模控制相结合,提出一种有效的分数阶迭代滑模控制策略.在控制器的设计过程中,分别采用分数阶趋近律与分数阶滑模控制律两种方法将分数阶微积分引入到迭代滑模控制中,提出分数阶迭代滑模控制策略.并使用李雅普诺夫理论分析系统的稳定性.然后以一个两关节机械臂为例,通过MATLAB仿真对所提出的控制策略进行了验证.实验表明:分数阶迭代滑模控制策略可以有效提高关节的跟踪速度和跟踪精度,减小跟踪误差,具有较强的鲁棒性,并有效地抑制了滑模控制的抖振现象.     

基于分数阶微积分的机械臂迭代滑模控制策略研究

为提高工业机械臂的控制性能,将分数阶微积分理论与迭代学习控制及滑模控制相结合,提出一种有效的分数阶迭代滑模控制策略.在控制器的设计过程中,分别采用分数阶趋近律与分数阶滑模控制律两种方法将分数阶微积分引入到迭代滑模控制中,提出分数阶迭代滑模控制策略.并使用李雅普诺夫理论分析系统的稳定性.然后以一个两关节机械臂为例,通过MATLAB仿真对所提出的控制策略进行了验证.实验表明:分数阶迭代滑模控制策略可以有效提高关节的跟踪速度和跟踪精度,减小跟踪误差,具有较强的鲁棒性,并有效地抑制了滑模控制的抖振现象.     

并联机器人的新型趋近率滑模控制研究

对一种驱动冗余四自由度并联机器人进行任务空间实时控制动力学滑模控制研究。基于所构建动力学模型,在任务空间内,提出并设计一种新型加权积分增益型指数趋近率滑模控制方法,利用滑动模态的形成,使控制系统对于不确定参数以及外界干扰具有良好的鲁棒性,同时,通过在趋近率的积分项中引入负的加权值,在保证并联机器人系统轨迹跟踪速度和精度的同时,有效降低起始阶段控制力的幅度并有效削弱输出驱动力的抖振。其次,利用Lyapunov函数,理论证明所设计控制律的稳定性。最后,利用MATLAB对所建立并联机器人动力学模型及所设计控制律进行仿真试验研究,通过与计算力矩控制、一般趋近率滑模控制进行仿真对比,其结果表明了所建立并联机器人动力学模型的实时可控性以及所设计控制方法的有效性。     

模糊分数阶滑模控制的BLDCM控制系统

针对整数阶滑模控制在无刷直流电机系统中容易引起的抖振现象,以及无刷直流电机系统的非线性、实时性,设计一种模糊分数阶滑模控制器。在整数阶滑模控制器的基础上,在滑模切换函数中加入分数阶微积分算子,结合系统二阶状态方程和指数趋近律,设计了分数阶滑模控制器,并且通过Lyapunov稳定性原理和分数阶微积分理论证明了系统的稳定性。仿真及试验的结果表明,对比传统的整数阶滑模控制,所提方法可以有效减弱无刷直流电机系统的抖振,具有更好的动静态控制性能。     

Sliding mode control with PID sliding surface and experimental application to an electromechanical plant

In this study, a sliding mode control system with a proportional+integral+derivative (PID) sliding surface is adopted to control the speed of an electromechanical plant. A robust sliding mode controller is derived so that the actual trajectory tracks the desired trajectory despite uncertainty, nonlinear dynamics, and external disturbances. The proposed sliding mode controller is chosen to ensure the stability of overall dynamics during the reaching phase and sliding phase. The stability of the system is guaranteed in the sense of the Lyapunov stability theorem. The chattering problem is overcome using a hyperbolic function for the sliding surface. Experimental results that are compared with the results of conventional PID verify that the proposed sliding mode controller can achieve favorable tracking performance, and it is robust with regard to uncertainties and disturbances.     

神经滑模控制在转台伺服系统应用

以直流电机为执行机构,分析了飞行仿真转台伺服系统的数学模型。滑模控制具有对系统扰动和参数摄动的自适应性,可实现伺服系统的快速响应,同时有效克服低速状态下摩擦力矩的影响。系统抖振问题是滑模控制的突出问题,利用径向基神经网络的非线性逼近能力,给出以切换函数为网络输入,以滑模控制器为网络输出,构建了神经滑模控制器,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,有效的克服系统抖振和外部扰动,实现系统低速摩擦补偿。     

Research on the effects of coordinate deformation on radial-axial ring rolling process by FE simulation based on in-process control

The boundary layer approach is the most popular method to reduce the chattering phenomenon in sliding mode control (SMC) for uncertain nonlinear systems. This paper applies the fuzzy sliding mode structure based on the boundary layer theory which is used as speed controller of an indirect field-oriented control (IFOC) of an induction motor (IM) drive. A fuzzy inference system is assigned for reaching the controller part of the fuzzy sliding mode controller (FSMC) to eliminate the chattering phenomenon in spite of the small and large uncertainties in the system. The applied fuzzy system acts like a saturation function technique in a thin boundary layer near the sliding surface so that the stability of the system is guaranteed. Also, the equivalent control part is estimated to avoid the computational burden by an averaging filter. On the other hand, the averaging filter assists to improve the tracking performance despite the possibility of large uncertainties in the system so that the stability of the system is guaranteed. The main advantages of the proposed chattering-free speed controller are robustness to parameter variations and external load disturbance. The simulation results are shown to verify the effectiveness of the proposed speed controller, and its advantages are shown in comparison with the FSMC system and the conventional SMC.     

An Integral Sliding Model Tracking Strategy for 3D Laser Beam Position Control

This paper discusses how to improve the tracking precision of a laser beam positioning system by using a new sliding model tracking strategy. A continuous strategy of integral sliding mode control is proposed in order to achieve high-accuracy and high robustness of position tracking control. Modelling deviation and unmeasurable external disturbance is compen-sated for by an integral action term. This scheme can solve the chattering problem without loss of robustness and controaccuracy. The simulation and experimental results show that a laser beam position control system with the integrated sliding mode control (ISMC) has higher robustness, higher global stability, higher tracking precision, and speed than a traditional controller.     

DERIVATION AND INTEGRAL SLIDING MODE VARIABLE STRUCTURE CONTROL OF HYDRAULIC VELOCITY TRACKING SYSTEM

The velocity tracking control of a hydraulic servo system is studied. Since the dynamics of the system are highly nonlinear and have large extent of model uncertainties, such as big changes in load and parameters, a derivation and integral sliding mode variable structure control scheme (DI-SVSC) is proposed. An integral controller is introduced to avoid the assumption that the derivative of desired signal must be known in conventional sliding mode variable structure control, a nonlinear derivation controller is used to weaken the chattering of system. The design method of switching function in integral sliding mode control, nonlinear derivation coefficient and controllers of DI-SVSC is presented respectively. Simulation shows that the control approach is of nice robustness and improves velocity tracking accuracy considerably.