基于滑模控制的半主动悬架系统仿真分析

建立1/4车2自由度半主动悬架系统动力学模型,并根据滑模变结构方法设计了车辆半主动悬架滑模控制器。控制器将天棚阻尼系统作为参考模型,把半主动悬架和参考模型间的广义误差动力学引入渐进稳定的滑模动态中,使用等速趋近率改善运动段的动态品质。仿真结果表明,滑模控制器的性能稳定,能有效地提高车辆行驶的平顺性和行驶的安全性。     

车辆半主动座椅悬架滑模变结构控制

针对三自由度的车辆座椅悬架模型,以近似天棚阻尼系统为参考模型,运用滑模变结构方法设计了半主动座椅悬架的滑模控制器.首先将实际被控系统和参考模型间的广义误差动力学引入渐近稳定的滑动模态中;采用极点配置法确定滑模切换面的参数,根据滑模控制理论推出滑模面上的等效控制力,再选择等速趋近律确定实时控制阻尼力.仿真结果表明在时域和频域中,该滑模控制器性能较稳定,较被动及PID控制的座椅悬架系统其减振效果得到明显改善,具有较好的鲁棒性和跟踪性能.     

Investigation on full vehicle height control algorithm using feedback linearization method

Aiming to improve the control accuracy of the vehicle height for the air suspension system, deeply analyzing the processes of variable mass gas thermodynamics and vehicle dynamics, a nonlinear height control model of the air suspension vehicle was built. To deal with the nonlinear characteristic existing in the lifting and lowering processes, the nonlinear model of vehicle height control was linearized by using a feedback linearization method. Then, based on the linear full vehicle model, the sliding model controller was designed to achieve the control variables. Finally, the nonlinear control algorithm in the original coordinates can be achieved by the inverse transformation of coordinates. To validate the accuracy and effectiveness of the sliding mode controller, the height control processes were simulated in Matlab, i.e., the lifting and lowering processes of the air suspension vehicle were taken when vehicle was in stationary and driving at a constant speed. The simulation results show that, compared to other controllers, the designed sliding model controller based on the feedback linearization can effectively solve the "overshoot" problem, existing in the height control process, and force the vehicle height to reach the desired value, so as to greatly improve the speed and accuracy of the height control process. Besides, the sliding mode controller can well regulate the roll and pitch motions of the vehicle body, thereby improving the vehicle''s ride comfort.     

基于模糊滑模控制的液压位置伺服系统仿真

以三通阀控非对称液压缸动力机构为例,建立液压位置伺服系统动态模型.提出了一种新型的模糊滑模控制器,并利用Matlah/Simulink对液压位置伺服系统进行仿真,验证了所设计的模糊滑模控制器比PID控制器具有更高的跟踪精度,同时有效抑制了普通滑模控制器存在的抖振,提高了液压位置伺服系统动态性能.     

基于RBF神经网络调节的电动车驱动和再生制动滑模控制

针对电动车的驾驶模式多变和续驶里程短等主要问题,在建立控制系统主回路的基础上对电动车的驱动和再生制动过程进行了研究,设计了电动车用神经网络滑模控制器。该控制器包括两部分:一个RBF神经网络和一个滑模控制器,RBF神经网络对滑模控制器进行在线切换增益调节。实验结果表明,在车辆的驱动和再生制动过程中,神经网络滑模控制器与普通滑模控制器相比,其响应速度、稳态误差及鲁棒性明显改善,尤其在再生制动过程中,可以回收更多的能量,进一步延长了车辆的续驶里程,对节约能源很有意义。     

基于动力学干扰力前馈的液压Stewart平台μ综合控制

针对液压Stewart平台存在的动力学耦合强干扰力及液压系统参数不确定性严重影响轨迹跟踪精度的问题,提出了一种基于动力学干扰力前馈的综合控制方案。基于Stewart平台关节空间的逆动力学模型,建立了驱动分支的频域控制模型和动力学干扰力模型,并根据结构不变性原理将动力学干扰力前馈补偿。为提高系统的鲁棒性以及对未建模干扰力的抑制能力,在闭环控制中采用μ综合鲁棒控制器。试验结果验证了该方案的有效性。     

Stewart液压平台轨迹跟踪自适应滑模控制

Stewart液压平台是一个多输入多输出（MIMO）非线性系统,其耦合运动过程中存在参数不确定性与干扰影响其轨迹跟踪精度,针对此问题,考虑了系统参数的不确定性,利用Backstepping方法结合滑模控制与自适应控制的优点,推导得到系统的多级自适应滑模控制器,以增强系统运行过程中对运动与力的跟踪性能.利用AMESim与MATLAB的联合仿真方法进行验证,与传统基于各缸位置偏差的比例 积分 微分（PID）控制器相比,结果表明,该方法在系统参数不确定所引起的干扰下,能更有效地降低各缸的位置和力的跟踪误差,从而提高了运动平台末端的动态跟踪精度.     

水轮发电机组调节系统的鲁棒变结构控制

抖动和鲁棒性是滑模控制最显著的特点,在保持系统鲁棒性基础上有效地控制系统的抖动是将滑模控制引入实际应用的关键.在水轮发电机组非线性模型的基础上,将滑模控制引入水轮发电机组的控制,先对水轮发电机组非线性模型进行坐标变换和反馈线性化,然后对一般滑模控制算法进行改进,通过选取合适的滑动模和趋近律,有效地克服了系统的抖动,从而使系统获得较好的控制品质.仿真试验表明本方法十分有效.     

液压挖掘机铲斗轨迹跟踪的鲁棒控制

首先给出了挖掘机工作装置的两自由度动力学方程模型;然后基于滑模控制原理设计了状态观测器,并在此基础上根据反演法设计了挖掘机工作装置的带滑模观测器的变结构控制器;最后在改造后的挖掘机上进行了试验,并给出了所设计的控制器和常规PID控制器跟踪设定直线的效果。试验结果表明,使用常规PID控制器所得到的跟踪误差大于40 mm;而使用作者设计的控制器其跟踪误差可以控制在30 mm之内。对比结果表明,所设计的控制器对设定直线的跟踪具有良好的动态特性,对系统的不确定性具有较强的鲁棒性。     

基于耦合滑模面的机械臂操作柔性负载系统分布参数控制

针对多变量刚柔耦合的机械臂操作柔性负载系统,提出了一种自适应滑模控制方法,研究了系统存在参数不确定性和外部干扰影响下的位置控制和振动抑制问题。系统动态特性由偏微分方程表示的分布参数模型来描述,避免了集中参数模型导致的溢出问题。基于对柔性负载的能量动态分析,设计了一种自适应滑模控制器,其中滑模面定义为关节角误差、关节角速度误差和柔性负载的根部应变和剪切力的耦合。利用LaSalle不变性原理,证明了闭环系统的渐近稳定性。最后仿真验证了所设计控制方法的有效性。     

基于模糊逻辑的滑模与状态反馈加权控制

针对小车倒立摆系统,提出了一种基于模糊逻辑的滑模与状态反馈加权的控制方法。倒立摆摆杆角度作为模糊逻辑系统的输入,输出为滑模控制器的加权系数。滑模控制将摆角控制在一个零的邻域内,在邻域内先采用近似的线性化模型来描述系统,然后采用基于极点配置的线性状态反馈来控制系统达到给定值。仿真结果表明,设计的控制器具有良好地跟踪性。     

可重构机械臂分散自适应模糊滑模控制

为了适应软件模块化的设计观念,提出一种可重构机械臂的分散自适应模糊滑模控制方案,把可重构机械臂的动力学描述为一个交联子系统的集合。使用模糊逻辑系统逼近子系统动力学模型,然后设计自适应滑模控制器抵消交联项和模糊逼近误差对轨迹跟踪性能的影响。这些子系统控制器组成一个模块化的控制网络,协调工作实现可重构机械臂稳定可靠的运动。最后,仿真结果证明了提出的分散控制方案的有效性。     

考虑性能约束的航天器近距离悬停控制

本文主要研究了考虑预设性能的航天器交会对接中的近距离悬停控制问题.针对追踪航天器近距离悬停控制问题,首先基于追踪航天器的姿轨耦合模型设计了线性滑模控制器实现了近距离悬停任务.在此基础上,为对系统收敛过程中系统状态的暂态性能进行约束,设计了基于预设性能的滑模控制器.同时,为减少系统状态的收敛时间,针对预设性能中的性能函数,采用了一种有限时间收敛的性能函数代替传统的性能函数,并改进了滑模控制器的结构.最后通过仿真进行验证,并对比三种控制策略,结果表明所设计的航天器交会对接预设性能滑模控制律具有理想的控制性能.     

Decentralized adaptive neural network sliding mode position/force control of constrained reconfigurable manipulators

A decentralized adaptive neural network sliding mode position/force control scheme is proposed for constrained reconfigurable manipulators. Different from the decentralized control strategy in multi-manipulator cooperation, the proposed decentralized position/force control scheme can be applied to series constrained reconfigurable manipulators. By multiplying each row of Jacobian matrix in the dynamics by contact force vector, the converted joint torque is obtained. Furthermore, using desired information of other joints instead of their actual values, the dynamics can be represented as a set of interconnected subsystems by model decomposition technique. An adaptive neural network controller is introduced to approximate the unknown dynamics of subsystem. The interconnection and the whole error term are removed by employing an adaptive sliding mode term. And then, the Lyapunov stability theory guarantees the stability of the closed-loop system. Finally, two reconfigurable manipulators with different configurations are employed to show the effectiveness of the proposed decentralized position/force control scheme.     

Singular perturbation approach for control of hydraulically driven flexible manipulator

The hydraulic flexible manipulator system is divided into two parts: flexible arm dynamics and hydraulic servomechanism, a driving Jacobian is derived to connect these two parts. Taking hydraulic actuator force as virtual input, a singular perturbed composite model is formulated and used to design composite controllers for the flexible link, in which the slow subsystem controller dominates the trajectory tracking, and then a fast controller is designed to damp out the vibration of the flexible structure. Moreover, the backstepping technique is applied to regulate the spool position of a hydraulic valve to provide the required force. Simulation results are provided to show the effectiveness of the presented approach. Foundation item: Project (2001AA4422200) supported by the Teaching and Research Award Program for Outstanding Young Teachers in Higher Education Institutions of the Ministry of Education of China; project supported by the Hi-Tech Research and Development Program of China     

改进型自适应变结构的挠性卫星姿态机动控制

针对带有输入非线性的挠性卫星的姿态机动问题,提出一种仅利用输出信息的变结构输出反馈控制方法.首先,采用拉格朗日方法建立挠性卫星的动力学模型.然后,在基于非线性和低阶模态的动力学模型基础上,给出滑模存在条件以及变结构输出反馈控制器设计的方法;另外,为了避免确定不确定性和外干扰界函数上界的困难,又给出一种改进型自适应变结构输出反馈控制器的设计方法,通过增加一负反馈项,防止了不确定界函数的参数过大而导致控制过大及系统失稳,从而使对不确定界函数的参数的估计达到更好的效果.最后,将本文提出的控制方法应用于三轴稳定挠性卫星的姿态机动控制,并进行数值仿真研究.仿真结果表明:在反作用飞轮的控制受限条件下,完成姿态机动的同时,有效地抑制挠性附件的振动.     

AGV建模和自适应模糊滑模跟踪控制研究

介绍了自动导引小车AGV的跟踪控制技术的研究现状;建立了AGV跟踪误差系统运动学和动力学的混合模型;针对AGV的初始位存在误差或给定轨迹不连续时,传统PID轨迹跟踪控制器会使其初始速度产生一个较大跳变的问题,将滑模变结构控制技术与自适应模糊控制技术相结合,提出了一种基于模糊滑模的AGV自适应模糊路径跟随和轨迹跟踪控制器。仿真和实验结果表明,给出的自适应模糊滑模控制器不仅有较好的轨迹跟踪控制效果,而且具有较强的鲁棒性。     

基于神经网络滑模的采摘机械臂控制设计

针对二自由度采摘机械臂的位置跟踪控制问题,设计了一种基于神经网络的滑模控制器。其中,神经网络控制器用来估计含有不确定性的滑模控制的等效控制律;鲁棒控制器用来使动态系统始终保持在滑模面上,保证了系统的渐近稳定性,进而实现了采摘机械臂的高精度位置跟踪控制。基于李亚普诺夫稳定性理论设计了自适应律来在线估计系统的不确定性。仿真结果表明:设计的控制器能够实现采摘机械臂对期望位置的精确跟踪,可以满足实际工程的需要。     

锅炉汽包水位系统的AFSMC-PID串级控制研究

锅炉汽包水位系统是一个典型的变参数、强扰动的对象,常规的PID-PID串级控制难以满足控制要求。针对此问题,设计自适应模糊滑模控制器(AFSMC),该控制器基于带积分补偿的变结构控制器,并利用自适应模糊控制方法,把滑模控制器中的不确定项进行模糊逼近。利用李亚普诺夫函数证明了控制器的稳定性。将AFSMC-PID串级控制策略应用到锅炉汽包水位控制系统,内回路采用PID控制快速消除给水流量的扰动,外回路采用AFSMC控制克服蒸汽流量的扰动。仿真结果显示此控制方法具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能。     

基于低通滤波器的液压挖掘机工作装置轨迹跟踪滑模控制

为了提高液压挖掘机工作装置轨迹跟踪的精确度,用Lagrange法建立了液压挖掘机工作装置的动力学方程。针对液压挖掘机工作装置的高度非线性、时滞性及参数不确定性,运用带低通滤波器的滑模算法对其进行控制,并对设计的控制器进行了稳定性分析,对工作装置进行了仿真实验。结果表明,基于低通滤波器的滑模控制算法,既可有效地消除抖振现象,又可提高系统的快速跟踪性能和动态响应性能,同时对参数不确定性有较好的鲁棒性。