火车制动防滑控制的滑模变结构控制方法研究

采用传统的滑模变结构控制方法设计的火车制动防滑控制系统动态性能较差且由于系统的非线性会造成系统产生高频率抖振的控制信号.为此采用改进指数趋近律法对传统的滑模变结构控制方法进行改进.首先构建车轮制动时相应的数学模型,然后对传统的防滑系统滑模变结构控制器进行设计,接着对传统的防滑系统滑模变结构控制器进行改进.分别应用Simulink对传统的车轮制动防滑系统和改进的车轮制动防滑系统进行仿真与分析研究.通过对比仿真结果发现应用改进的滑模变结构控制方法设计的高速列车制动防滑系统有更好的动态性能,并且消除了抖振现象,加快了系统响应速度.     

快速收敛的非线性SISO系统变结构控制设计

讨论了SISO非线性系统的两种滑模变结构控制设计.分别从线性滑模的趋近率及非线性滑模设计提出了新的方法及相应控制方案.文中设计的线性滑模趋近率,其趋近速度及滑动状态随系统状态变化而变化;非线性滑模从系统收敛速度及动静态性能综合考虑进行了设计.研究结果表明,相比于终端滑模,系统具有显著的快速性,并具有良好的动静态性能.最后通过三个仿真实例验证了该方案的有效性.     

考虑非线性因素的飞机防滑刹车系统控制

飞机的刹车过程存在较强的非线性,目前广泛应用的速度差加压力偏调式(PBM)控制律难以实现对飞机刹车的高性能控制.本文提出了一种考虑飞机刹车过程中非线性因素的滑模控制律.首先建立考虑轮胎跑道非线性和刹车盘摩擦系数非线性的的飞机防滑刹车系统非线性模型,然后设计了滑模观测器对飞机速度进行估计,并在此基础上设计了一种滑模变结构控制律,最后基于模糊理论对滑模控制律进行优化,从而抑制控制器的抖振.仿真结果表明,基于模糊指数趋近律的滑模变结构控制律控制效果优于传统“PD+PBM”控制律,抑制控制器输出抖振效果良好,能够很好的适应刹车过程中的复杂非线性因素,刹车效率高,控制方法合理有效.     

An adaptive reaching law of chattering-free discrete-time sliding mode control for systems with external disturbance

An adaptive reaching law of chattering-free discrete-time sliding mode control is proposed for the systems with external disturbance. An adaptive function is proposed in the reaching law which can increase reaching speed as sliding variable is far away from zero and avoid undesired chattering when sliding variable is close to origin. Moreover, a third-order backward difference of disturbance is added to obtain a narrower quasi-sliding mode band (QSMB). Both the closed-loop system performance and finite reaching steps to achieve the desired QSMB are theoretically analyzed. The simulation results verify the effectiveness of the proposed control strategy.     

一种基于指数趋近律的非线性系统变结构轨迹跟踪控制新方法

针对多输入多输出二阶不确定非线性机械系统中轨迹跟踪控制的问题,提出一种新的基于指数趋近律的滑模变结构控制方法,用于提高系统的平稳性和快速性。在滑模变结构控制器设计过程中采用一种新的指数趋近律以改进闭环系统的暂态和稳态响应性能,使系统跟踪误差收敛速度加快,特别是减少轨迹跟踪误差到达滑模面的时间,同时提高了系统轨迹跟踪过程的平稳性。通过采用边界层方法消除滑模控制输入抖振问题,避免控制过程中执行器的频繁切换,进一步提高所提出滑模控制器在实际系统中的实用性。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性和跟踪误差的收敛性。数值仿真验证了所提出的控制方法的有效性。     

离散时间系统变结构拟滑模控制改进算法

传统的离散时间变结构控制律均是以等效控制为基础,长期的应用表明这种没计思想欠合理.针对该问题,设计了离散时间系统变结构滑模控制的一种新算法.算法针对前人所提出的控制算法不足之处,对离散时间滑模控制量设计进行了改进.理论分析表明,所提出的控制算法满足离散时间变结构系统到达条件的要求,通过选择合适的滑模切换函数以及控制律参数,保证系统的轨线快速落在滑模面上,有效地缩短了系统状态到达滑动模态的时间,且抖振小.仿真结果表明,使用改进控制算法的系统输出响应优于未改进算法情况,响应速度较快,证明了所提出的算法是可行的、有效的.     

飞翼布局无人机分数阶积分滑模姿态控制

针对存在复合干扰的飞翼布局无人机(UAV)姿态控制问题,提出了一种基于分数阶积分滑模与双幂次趋近律的姿态跟踪控制方案.结合分数阶微积分及滑模变结构控制理论,设计了分数阶积分滑模面.为解决传统趋近律收敛时间长和抖振严重等不足,提出一种具有二阶滑模特性且有限时间收敛的双幂次趋近律.在名义控制律的基础上,设计super twisting滑模干扰观测器,实现对复合干扰的估计和补偿,增强内外环控制器应对复合干扰的鲁棒性.为充分利用冗余操纵面与解决非线性舵效问题,在飞行控制系统中引入了非线性控制分配环节.仿真结果验证了所提方案的有效性.     

基于模糊滑模控制器和两级滤波观测器的永磁 同步电机无位置传感器混合控制

针对传统带有滑模观测器的永磁同步电机控制系统中的转矩脉动大、抖振明显、反电动势估计精度差等 问题, 在速度环提出了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; 同时, 在滑模观测器中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来抑制反电动势中的高频分量和纹波分量, 并对转子位置进行合理补偿, 设计了两级 滤波滑模观测器; 通过Lyapunov判据对本文提出的控制策略的稳定性进行了推导证明. 仿真结果表明, 与传统滑模 观测器相比, 本文控制器可使电机在启动和受到外部扰动时系统响应良好.     

不确定离散切换系统的滑模控制

研究一类不确定离散切换系统的鲁棒滑模控制问题.针对传统变结构控制应用于离散系统时易失去其鲁棒性的问题,提出一种采用带调整参数递归式滑模函数的离散滑模控制策略,改进了离散时间滑模控制系统的趋近律方法,并针对不确定因素的影响设计了无须知道扰动上界的估计器.应用Lyapunov函数给出了离散切换系统的滑动模态可达条件,并设计了离散切换规则.仿真结果表明了所提出设计方法的有效性.     

基于新型趋近律的双定子电机控制系统研究

为了提高双定子永磁无刷(DS-PMBL)电机调速系统的动态品质,在纯指数趋近律的基础上,结合终端吸引因子与系统状态变量的幂函数,进而提出一种新型的趋近律,有效抑制了滑模控制抖振,显著提高滑模趋近速度.以该新型趋近律为基础,设计了DS-PMBL电机的数学模型与滑模速度跟踪控制器,采用id=0的矢量控制方法确定DS-PMBL电机的动态性能,并与常规指数趋近律进行仿真比较.结果表明,提出的改进控制系统与传统的控制方法相比,提高了滑模趋近速度,减小了抖振,明显地提高了系统的动态特性与鲁棒性.     

基于变速趋近律的机电伺服系统自适应滑模控制

针对带有摩擦力矩、负载力矩以及扰动力矩等不确定性的机电伺服系统,提出一种基于变速趋近律的自适应滑模控制方法.首先,构造双曲正切型辅助函数并设计新的变速趋近律,用以调节滑模变量的收敛速度,使其在到达减速点之前具有较快的收敛速度,而在到达减速点以后则能有效削弱抖振.在此基础上,构造自适应滑模控制器,保证系统位置输出能够快速...     

一种离散时间系统变结构趋近律

针对一类离散时间系统,提出一种变结构控制设计方法。为了减小离散指数趋近律的抖振现象,本文构造一种趋近律, 利用它设计变结构控制器,能够大幅度削弱抖振,有效地改善控制品质,使系统最终趋于原点,并使系统稳定。给出数值计算和仿真算例。     

非匹配不确定系统的滑模控制及在电机控制中的应用

针对具有匹配与非匹配不确定的非线性系统,设计基于干扰观测器和多幂次趋近律的滑模控制策略.首先,通过干扰观测器估计系统的不确定,实现估计误差在有限时间内收敛;其次,基于积分型滑模面,并结合多幂次趋近律,设计了连续滑模控制律,避免了传统滑模的抖振问题.与基于单幂次和双幂次趋近律的滑模控制策略相比,所设计的基于多幂次趋近律的控制策略,提高了系统的收敛速度.最后,通过数值仿真和永磁同步电机控制仿真验证了所设计的控制策略的有效性.     

基于可拓控制的离散变结构系统的组合控制

提出了一种新的离散变结构系统组合控制策略和一种改进的变速趋近律.众所周知,由于变结构控制系统中存在高频抖振,这一现象限制了变结构控制方法在各种工程设计领域中的应用.新的离散变结构系统组合控制策略的目的是使系统在最短的时间内完成正常运动从而系统的鲁棒性得以提高.对于滑动模态的到达问题,提出了基于改进的变速趋近率、指数趋近率和可拓控制的组合控制策略.这种新的控制策略能有效地削弱抖振提高系统的动态性能.最后通过将传统组合控制策略与所提出的组合控制策略仿真比较,其结果表明新的组合控制策略能够获得令人满意的结果.     

再入飞行器变结构姿态控制律设计与仿真

研究飞行器再入问题,以美国X-34技术验证机为对象,提出了一种再入飞行器变结构姿态控制算法。为提高姿态控制的精度,通过设计内外双环控制器,并选择适当的趋近律和符号函数连续化方法来解决由于变结构控制带来的抖振问题。同时基于X-34反作用控制系统(RCS)配置方案给出了一种RCS控制模式。由于RLV存在两套姿态控制执行机构与气动舵面,提出了一种基于动压调节的混合控制策略。最后通过Matlab/Simulink仿真计算验证了在标称状态与加入扰动时的控制算法的有效性,具有良好的跟踪性能和强鲁棒性。     

Uncertain Saturated Discrete‐Time Sliding Mode Control for A Wind Turbine Using A Two‐Mass Model

The aim of this paper is to propose a new design variable speed wind turbine control by discrete‐time sliding mode approach. The control objective is to obtain a maximum extraction of wind energy, while reducing mechanical loads and rotor speed tracking combined with an electromagnetic torque. For this application, we designed a discrete time sliding mode control using the equivalent discrete time reaching law. Furthermore, a systematic and improved design procedure for uncertainties discrete‐time sliding mode control (SMC) with saturation problem is provided in this paper. The saturation constraint is reported on inputs vector. LMI technique and polytopic models are used in the design of the switching surface. To achieve some performance requirements and good robustness, in the sliding mode, the pole clustering method is investigated. Based on the unit vector control approach, a robust control is developed, then, to direct and maintain the system states onto the sliding manifold in finite time. Finally, a systematic design procedure for DSMC required to achieve a given performance level is provided and its effectiveness is varied by applying it to variable speed wind turbine systems.     

基于干扰观测器的解耦快速终端滑模控制

针对一类欠驱动系统跟踪控制问题,提出了一种基于非线性干扰观测器的全局解耦快速终端滑模控制(NDODGFTSMC)策略。将欠驱动系统分解成两个子系统分别设计全局快速终端滑模面,利用其中一个子系统滑模面的符号函数来构造中间变量,并将该变量引入到另一个子系统的滑模面中,构造出整个系统的滑模面,采用等效控制法和模糊双幂次趋近律求解系统的控制律。同时为了消除系统扰动对控制效果的影响,设计了一种双曲正切非线性干扰观测器对系统干扰进行估计并补偿给控制器。利用Lyapunov稳定原理证明了系统滑模面的渐近稳定性。将该方法应用于小车倒立摆系统的控制中,仿真结果验证了其有效性及优越性。     

Robust and adaptive variable structure output feedback control of uncertain systems with input nonlinearity

This brief proposes a robust control algorithm for stabilization of a three-axis stabilized flexible spacecraft in the presence of parametric uncertainty, external disturbances and control input nonlinearity/dead-zone. The designed controller based on adaptive variable structure output feedback control satisfies the global reaching condition of sliding mode and ensures that the system state globally converges to the sliding mode. A modified version of the proposed control law is also designed for adapting the unknown upper bounds of the lumped uncertainties and perturbations. The stability of the system under the modified control law is established. Numerical simulations show that the precise attitude pointing and vibration suppression can be accomplished using the derived robust or adaptive controller.     

具有非线性时变滑模面的变结构控制系统设计

以二阶系统为研究对象,提出一种具有非线性连续时变滑模面的变结构控制器设计方法.用该方法设计的变结构控制系统,系统的初始状态位于滑模面上,通过滑模面斜率的连续变化,能消除系统状态变量到达滑模面的过程,极大地提高对参数摄动和外部干扰的鲁棒性,应用Lyapunov法证明时变滑模面的存在,计算机仿真结果证明该方法的正确性.     

基于幂次趋近律的一类离散时间系统的变结构控制

针对一类离散时间系统,提出一种变结构控制设计方法.通过构造幂次趋近律,使得系统的准滑动模态不仅能保持步步穿越切换面的基本属性,而且能大幅度削弱抖振,有效地改善控制品质,提高系统的鲁棒性.采样周期越短,该控制方法的效果越明显.仿真实例表明了所设计控制器的可行性和有效性.