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.     

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。     

并网光伏逆变器鲁棒分数阶滑模控制设计

本文设计了一款基于扰动观测器的鲁棒分数阶滑模控制(POFO–SMC)来实现光伏逆变器的最大功率跟踪(MPPT).首先,将光伏逆变器的非线性、参数不确定性以及未建模动态聚合成一个扰动,并通过扰动观测器对其进行在线估计.随后,采用分数阶滑模控制(FOSMC)对该扰动估计进行实时完全补偿,从而实现不同工况下全局一致的控制性能.同时,POFO–SMC采用扰动实时估计而非传统滑模控制(SMC)中所使用的扰动上限值进行补偿,因此可有效解决传统SMC过于保守的缺点,使得控制成本更为合理.最后,POFO–SMC无需精确的系统模型,仅需测量光伏逆变器的q轴电流和直流侧电压,因此易于硬件实现.本文进行了两个算例的研究,即光照强度变化和电网电压跌落.仿真结果表明,与传统PI控制、反馈线性化控制(FLC)、SMC和FOSMC相比,POFO–SMC在各类工况下均具有最好的动态特性及最高的鲁棒性.基于dSpace的硬件在环实验(HIL)验证了其硬件可行性.     

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.     

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.     

基于超螺旋-全阶快速终端复合滑模的柔性多状态开关控制策略

随着大量分布式电源广泛接入配电网，针对其电压波动及负载功率变化，为了提高系统鲁棒性且获得了更优的抖振抑制效果，提出了超螺旋滑模控制(super twisting sliding mode control, STSMC)与全阶快速终端滑模控制(full-order fast terminal sliding mode control, FOFTSMC)的复合控制。该控制策略同时解决了传统PI控制策略环节复杂、参数整定难度大等问题，提高了系统的动态性能，并且采用载波移相脉宽调制技术生成信号对MMC进行调制。最后通过Lyapunov雅普诺夫定理证明了系统的稳定性。搭建了配电网中的背靠背柔性多状态开关(soft open point, SOP)仿真模型进行分析，验证了所提控制策略具有较高的鲁棒性及动态性能。     

基于扰动观测器的永磁同步发电机最大功率跟踪滑模控制

本文设计了一款基于扰动观测器的滑模控制(perturbation observer based sliding-mode control, POSMC)来实现永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator, PMSG)的最大功率跟踪(maximum power point tracking, MPPT).首先,将发电机非线性、参数不确定、以及随机风速聚合成一个扰动,并通过扰动观测器对其进行在线估计.随后,采用滑模控制(sliding-mode control, SMC)对该扰动估计进行实时完全补偿,从而实现不同工况下的控制全局一致性以及各类不确定环境下的鲁棒控制.同时, POSMC采用扰动实时估计值进行补偿来代替传统SMC中所使用的扰动上限值进行补偿,因此可有效解决传统SMC过于保守的缺点,使得控制成本更为合理.最后, POSMC无需精确的PMSG模型,仅需测量d轴电流和机械转速,易于实现.本文进行了3个算例研究,即阶跃风速、随机风速和发电机参数不确定.仿真结果表明,与矢量控制(vector control, VC)和SMC相比, POSMC在各类工况下均可捕获最大风能并具有较强的鲁棒性.基于d Space的硬件在环实验(hardware-in-loop, HIL)验证了所提算法的可行性.     

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...     

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。     

Robust non-aggressive three-axis attitude control of spacecraft: dynamic sliding mode approach

Conventional sliding mode control (SMC) has been extensively applied in controlling spacecrafts because of its appealing characteristics such as robustness and a simple design procedure. Several methods such as second-order sliding modes and discontinuous controllers are applied for the SMC implementation. However, the main problems of these methods are convergence and error tracking in a finite amount of time. This paper combines an improved dynamic sliding mode controller and model predictive controller for spacecrafts to solve the chattering phenomenon in traditional sliding mode control. To this aim, this paper develops dynamic sliding mode control for spacecraft’s applications to omit the chattering issue. The proposed approach shows robust attitude tracking by a set of reaction wheels and stabilizes the spacecraft subject to disturbances and uncertainties. The proposed method improves the performance of the SMC for spacecraft by avoiding chattering. A set of simulation results are provided that show the advantages and improvements of this approach (in some sense) compared to SMC approaches.