无刷直流电机的自适应模糊滑模控制策略研究

为了提高无刷直流电机（BLDCM,brushless dC motor）控制系统的动态响应速度和干扰抑制能力,提出了一种新的自适应模糊滑模控制（AFSMC,adaptive fuzzy sliding mode control）策略。控制系统根据滑模开关函数的取值范围,可以切换滑模控制器的输出,能够改进滑模观测器的抖振现象和系统稳定性。控制器的控制律由自适应模糊控制算法调节,滑模控制器的输出减少了系统不确定时延的影响。根据所提出控制策略建立了仿真模型,并进行了仿真。仿真结果表明,所提出的控制策略能提高系统的动态性能和鲁棒性。该方法用于无刷直流电机的控制是可行的、有效的。     

适用于仿生眼的与模型无关的滑模阻抗控制

本文针对仿生眼系统,提出一种PD型的滑模控制方法(proportion differential control with sliding mode cont-rol, PD–SMC).该方法与模型无关,并将传统阻抗控制(PD控制)与滑模控制(sliding mode control, SMC)结合在一起,具有类似PD控制方法结构简单、易于实现的优点,并且针对系统参数的不确定性以及当系统存在外部扰动时,具有滑模控制方法(SMC)本身固有的强鲁棒性.文中设计的PD–SMC控制器中, PD控制环节使仿生眼系统实现稳定的运动控制, SMC控制环节用于补偿不确定的系统参数以及系统受到的外部扰动.利用Lyapunov方法以及拉塞尔不变性原理证明了闭环系统的稳定性与收敛性.仿真结果表明所提控制方法具有很好的跟踪控制性能.     

一类非线性大滞后系统自适应积分滑模控制

针对一类非线性大滞后系统, 基于伪偏导数概念的动态线性化非线性系统模型, 利用离散时间预测器技术, 实现了系统原始表达式中滞后环节的隐性表达, 并结合离散积分滑模控制(discrete integral sliding mode control, DISMC)方法, 提出了一种新的无模型自适应离散积分滑模控制(model-free adaptive discrete integral sliding mode control, MFA-DISMC)方案. 该方法的主要特点是控制器设计仅取决于被控对象的输入和输出测量数据. 通过理论分析证明了算法的稳定性, 仿真研究表明, 相比于无模型自适应控制(model-free adaptive control, MFAC)、Smith预估控制、改进的MFAC控制以及比例–积分–微分(proportional-integral-derivative, PID) 控制方法, 本文方法具有更快的响应速度和更强的鲁棒性. 最后, 通过双容水箱液位控制系统的实验研究, 验证了所提出方法的有效性.     

不平衡电网下MMC-SAPF无源性滑模控制策略研究

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)-并联式有源滤波器(shunt active power filter, SAPF)能够补偿大电压时电能中的电流质量,但若采用单一控制方法难以很好地对电流质量进行补偿。为此,提出了无源性控制(passivity-basedcontrol, PBC)与滑模控制(sliding mode control, SMC)相结合的无源性滑模控制补偿方法,用以提升电流质量。首先,推导出不平衡电网下MMC-SAPF的数学模型,并对电压和电流进行正负序分离;然后,针对单一控制方法存在的问题,提出了基于MMC-SAPF的无源性滑模控制方法;最后,搭建了MMC-SAPF系统实验平台,将无源性滑模控制与PID和PBC 2种控制方法进行比较,结果表明无源性滑模控制的精度更高、鲁棒性更强、响应更快,且能够快速、准确地补偿电流。     

永磁直线电机的滑模控制与非线性效应补偿

永磁直线电机(PMLM)伺服系统易受外部扰动、非线性效应等不确定性因素的影响,传统的PID控制方法难以获得满意的控制效果.针对上述问题,提出基于饱和指数趋近律的滑模控制与非线性效应补偿的控制策略,采用滑模控制来提高系统的鲁棒性和稳定性,加入速度、加速度前馈提高系统的响应时间,并针对PMLM的非线性效应对系统的定位精度影响较大,对力的波动、摩擦力进行补偿,提高系统的动态性能.采用上述控制策略在MATLAB仿真平台进行分析,研究结果表明,提出的控制策略可以改善PMLM伺服系统的动态性能,提高系统的稳定性、鲁棒性与定位精度.     

基于高阶微分器的无模型滑模控制器及其在自动电压调节器中的应用

为了提高对自动电压调节器（automatic voltage regulator,AVR）系统的控制效果,设计了一种基于高阶微分器（high-order-differentiator,HOD）的无模型滑模控制器,将传统的滑模控制（sliding mode control,SMC）和HOD相结合。在控制过程中,HOD能够...     

复合干扰下载人潜水器的全阶滑模控制

针对蛟龙号载人潜水器(JIAOLONG)在运行过程中受到深海洋流、模型不确定性和未建模动态等因素影响,本文设计了一种基于干扰观测器的新型全阶滑模控制(disturbance-observer based full-order sliding mode control,DOB–FOSMC)方法.首先,建立载人潜水器系统的动力学模型;然后,设计扩展非线性干扰观测器估计系统的复合扰动;其次,设计能够描述潜水器完整动态特性的全阶滑模面,从而得到滑模控制律,并给出闭环控制系统的稳定性分析;最后,通过数值仿真验证控制方法的有效性和优越性.基于干扰观测器的全阶滑模控制方法的优越性主要体现在:能够描绘载人潜水器的全阶动态特性,并且有效抑制抖振现象.     

复杂执行器非线性的不确定机器人变参数滑模非脆弱控制

针对机器人面临参数不确定性、复杂执行器非线性及控制器脆弱性的问题,提出了一种基于多项式平方和(sum-of-squares,SOS)理论的变参数滑模非脆弱控制(parametervarying sliding non-fragile control,PSNC)策略。首先,建立了具有复杂执行器非线性的机器人数学模型;其次,设计了一种新型伪奇异非脆弱保性能滑模面(non-fragile guaranteed cost sliding surface,NGCSS),基于等效控制法推导了最优保性能滑模面存在的充分条件;最后,设计了非脆弱滑模自适应控制律,并基于Lyapunov方法对闭环系统的稳定性进行了分析。仿真结果表明,该控制器能够使机器人在复杂执行器非线性、控制器摄动和外部干扰作用下,快速、精确地跟踪期望轨迹,体现出了良好的鲁棒性和非脆弱性。     

基于模糊扰动观测器的PMSM积分滑模控制研究

为了克服传统永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)的滑模控制增益大容易产生抖振的问题,提出基于模糊观测器的PMSM积分滑模控制策略。采用新型趋近律设计积分滑模控制器取代传统的滑模控制器,提高系统的动态响应性能。结合模糊控制与自适应控制的特点,设计模糊扰动观测器,能够迅速有效地观测系统内部参数变化和外部扰动,并对积分滑模速度控制器进行前馈补偿,削弱系统抖振的同时提高了系统的鲁棒性。通过李雅普诺夫理论证明了该控制系统的稳定性。仿真及实验结果验证了该方法具有较强的鲁棒性,可以实现良好的跟踪效果并且无抖动。     

基于滑模预测控制的海底采矿车轨迹跟踪算法

海底采矿车多工作于稀软底质,其面临的外部扰动较大,难以快速收敛跟踪误差,精准地跟踪预设轨迹。为此,本文提出了一种海底采矿车的滑模预测控制（sliding model predictive control,SMPC）轨迹跟踪算法。基于海底采矿车的运动学模型,首先设计滑模控制率实现轨迹跟踪误差快速收敛,其次利用少预测时域的线性时变模型预测控制算法（linear time varying model predictive control,LTV-MPC）优化该滑模控制率。而后,通过证明滑模控制率收敛和模型预测控制稳定,保证了闭环控制系统的稳定性。RecurDyn&Simulink联合仿真结果表明,与单一的滑模控制（sliding mode control,SMC）和线性时变模型预测控制算法相比,所提出的SMPC轨迹跟踪算法提高了轨迹跟踪精度,且算法具有较好的实时性。     

永磁同步电机滑模变结构矢量控制

将滑模变结构控制策略引入永磁同步电机矢量控制中,以提高永磁同步电机矢量控制系统的响应速度,增强其鲁棒性.叙述了滑模变结构的基本原理,给出了永磁同步电动机滑模变结构模型,推导了滑模变结构控制律,并分析了抖动产生原因及相应对策.仿真结果表明,该控制策略极大地改善了系统的动、静态性能,对系统参数和外部干扰表现出较强的鲁棒性,是永磁同步电机矢量控制中一种新颖的改进控制方式.     

线性-滑模变结构的IPMSM直接转矩控制研究

为了提高内置式永磁同步电机(IPMSM)直接转矩控制系统的动态品质及鲁棒性,使系统在暂态、稳态过程中具有更优良的特性,提出了将直接转矩控制与线性-滑模变结构控制相结合的策略,分别采用转矩、磁链线性(PI)-滑模控制器取代了传统直接转矩控制中的滞环或PI控制器,该控制器分别根据转矩、磁链给定量与反馈量的误差动态调节平衡增益,使其实现线性控制与滑模开关控制的平衡关系,满足系统的控制需求。理论分析及实验结果表明,这种控制策略可极大地减小了磁链及转矩脉动,增大了调速范围,同时仍保持直接转矩控制固有的转矩快速响应特征,在负载恒定或突变条件下系统具有快速跟踪、鲁棒性强的优点,有效改善了系统的动、静态运行性能。     

基于无速度传感器的PMSM反步终端滑模控制

研究一种带无速度传感器的永磁同步电机PMSM(permanent magnet synchronous motor)反步终端滑模控制策略。为了解决硬传感器可靠性差的问题,设计新型无速度传感器取代硬传感器,能够有效地估计电机的实时转速,提高系统的稳定性。分析反步控制与终端滑模控制的特点,研究一种基于终端滑模负载观测器的反步控制方法,有效地提高系统的的响应速度,增强系统的鲁棒性。并利用李雅普诺夫理论证明系统的稳定性。仿真及实验表明系统具有良好动态性能。     

城市污水处理过程自适应滑模控制

针对城市污水处理过程时滞导致难以稳定控制的问题,提出一种自适应滑模控制方法 (Adaptive sliding mode control, ASMC).首先,分析推流时滞对城市污水处理生化反应过程的影响,建立时滞影响下的城市污水处理运行控制模型;其次,设计一种基于模糊神经网络的预估补偿模型,完成滞后变量的准确预测,实现控制模型中变量时刻的统一;最后,设计一种具有自适应开关增益系数的滑模控制器(Sliding mode control, SMC),实现溶解氧和硝态氮的稳定控制.将提出的自适应滑模控制方法应用于城市污水处理过程基准仿真平台,实验结果显示该方法能够实现城市污水处理运行过程稳定控制.     

可控励磁直线同步电动机的全局积分Terminal滑模控制

为提高可控励磁直线磁悬浮同步电动机进给系统的快速性与鲁棒性,提出全局积分Terminal滑模控制策略.构造新型的全局积分Terminal滑模面,对系统状态任意初值可在有限时间内收敛到零点,在趋近律中引入衰减因子,可减小系统抖振;在构造滑模面和趋近律的基础上设计全局积分Terminal滑模速度控制器;为进一步削弱滑模控制的抖振,减小切换增益,用径向基函数神经网络设计扰动观测器,并对扰动进行前馈补偿控制.仿真结果表明全局积分Terminal滑模控制策略能够明显改善系统的动态性能,缩短误差的收敛时间,提高系统抑制扰动的能力,削弱系统的抖振,增强系统的鲁棒性.     

基于滑模模型参考自适应观测器的无速度传感器三相永磁同步电机模型预测转矩控制

针对三相永磁同步电机(PMSM)驱动系统,基于滑模变结构模型参考自适应(MRAS)技术,提出了一种新颖的无速度传感器模型预测转矩控制(MPTC)策略.采用滑模变结构模型参考自适应方法构造电机转速观测器,以改善速度估计精度并提高系统鲁棒性;利用模型预测转矩控制策略,以达到减小转矩和磁链纹波并提高系统控制性能的目的.仿真结果表明:就滑模MRAS观测器与MRAS观测器比较而言,基于前者的PMSM无速度传感器MPTC系统比基于后者的PMSM无速度传感器MPTC系统具有较强的鲁棒性和更好的动态性能;就MPTC与直接转矩控制(DTC)和磁场定向控制(FOC)比较而言,采用前者策略的无速度传感器电机驱动系统能够降低逆变器开关频率、减少相电流总谐波失真(THD),从而提高系统可靠性.     

基于滑动模型与图论的多机器人跟踪控制

移动机器人系统的非线性环节是导致控制设计困难的主要原因之一,在三维空间中的运动较二维空间更为复杂.针对三维空间中非线性移动机器人系统的跟踪控制问题,为了提高跟踪速度和改善动态特征,提出了一种基于滑动模型与图论相结合的控制策略.滑模控制方法广泛地适用于非线性对象,并且具有良好的鲁棒性,适合用于非线性机器人控制;从系统整体出发利用图论的知识,对整个编队进行约束,从而构成对整个系统的控制策略,表明能跟踪静态的目标和跟踪动态的目标.仿真提高了系统的稳定性,说明了控制方法的有效性和适用性.     

双边磁通切换直线电机无速度传感器控制

为了实现良好的双边磁通切换永磁直线电机(DLFSPM)的速度辨识,提出了一种带锁相环的滑模观测器进行控制。首先,基于DLFSPM电机特性,建立其数学模型,并设计该电机的传统滑模观测器的控制策略;然后针对传统滑模观测器存在抖动和角度偏差的问题,引入锁相环算法,并使用新切换函数代替符号函数,从而消弱抖振和较小角度偏差;最后对该系统在速度突变、负载突变工况下的动态性能进行仿真研究。仿真结果表明,优化后的滑模观测器控制策略能有效减小系统抖振,速度识别精准,波动小,电机工作平稳,鲁棒性好,动态响应快,证明了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于Buck变换器的新型滑模控制策略

为获得比较理想的直流输出电压,优化变换器的动态性能,基于Buck变换器采用新型滑模变结构控制策略,阐述其工作原理,并结合状态方程,推导出滑模面的存在条件和到达条件,然后对电路参数及控制系数进行设计.仿真结果表明采用这种新型滑模控制策略的Buck变换器对系统扰动和负载变化具有很强的鲁棒性,系统具有良好的动态响应.     

滑模控制中一种微粒群算法的应用

滑模控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、物理实现简单等优点.但是,变结构控制会产生高频抖振,影响系统的性能,采用一种改进的指数趋近律的滑模控制方案,将一种ACPSO微粒群算法与滑模控制方法结合,优化设计改进的指数趋近律系数,避免了传统方法的盲目性,保证了系统的动态性能和较强的鲁棒性,能有效地消除滑模控制固有的高频颤动,最后把STATCOM静止同步补偿器的滑模控制作为应用实例,进行仿真研究,验证控制策略的正确性和有效性.