基于分数阶滑模控制技术的永磁同步电机控制

针对传统整数阶滑模控制系统中存在的抖震问题,本文提出了分数阶滑模控制策略并应用到永磁同步电机的速度控制.传统滑模控制器中的开关函数由作用在切换流型或其整数阶导数面推广到其分数阶导数面,利用分数阶系统的特性,缓慢地传递系统的能量,有效地削减抖震.本文采用模糊逻辑推理算法,实现软开关切换增益的自整定.仿真和实验证明,本文提出的分数阶滑模控制系统不但能有效地削减抖震,而且能保持滑模控制器对系统参数变化和外部扰动的鲁棒性.     

集成神经网络与自适应算法的分数阶滑模控制

针对被控对象的参数时变和外部扰动问题,本文融合神经网络的万能逼近能力和自适应控制技术,并结合分数阶微积分理论,提出了基于神经网络和自适应控制算法的分数阶滑模控制策略.本文采用等效控制的方法设计滑模控制律,并利用神经网络的万能逼近能力估测控制律的变化,结合自适应控制算法和分数阶微积分理论抑制传统滑模控制系统的抖震,同时根据Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性,最后给出了实验结果.实验结果表明,本文提出的基于神经网络和自适应控制算法的分数阶滑模控制系统,能保持滑模控制器对系统外部扰动和参数变化鲁棒性的同时,也能有效地抑制抖震,使得系统获得较高的控制性能.     

基于Riemann-Liouville分数阶模型的Buck变换器改进分数阶互补滑模控制

主要研究分数阶Buck变换器的互补滑模控制(CSMC)方法.首先,基于电子元件实际非整数阶的特性与Riemann-Liouville(R-L)定义相比,Caputo定义更能准确描述Buck变换器模型的结论,建立基于R-L定义的分数阶Buck变换器数学模型.然后,将参数不确定性和外部扰动统一为匹配干扰和不匹配干扰,建立两个分数阶干扰观测器(FDOB)分别实现对干扰及其分数阶导数的跟踪.进而,设计新型分数阶互补滑模面,利用CSMC的高精度和分数阶微积分的记忆特性提升滑模运动的鲁棒性和稳态精度;设计新型趋近律,提升趋近速度的同时保证滑模面邻域内的鲁棒性.最后,基于Mittag-Leffler稳定性理论证明滑模控制器的稳定性.仿真结果验证了所提出FDOB的优越性,控制器相比传统滑模方法能够得到更好的动态性能和更低的稳态误差.     

改进的等效滑模控制器在异步电动机矢量控制系统中的应用

针对异步电动机矢量控制系统常规等效滑模控制存在扰动稳态误差大、抖振大、跟踪快速性差的问题,设计了一种改进的等效滑模控制器。该控制器采用改进的切换控制函数,提高了电动机的动态控制性能。仿真试验结果表明,与传统的PI控制器和常规的等效滑模控制器相比,该控制器能有效降低系统抖振,提高了系统的动态响应速度,增强了系统的鲁棒性。     

基于自适应模糊滑模控制的分数阶混沌系统的投影同步

基于模糊控制理论和滑模控制理论以及自适应控制理论,研究了一类含有外部扰动的不确定分数阶混沌系统的混合投影同步问题.提出了一种自适应模糊滑模控制的分数阶混沌系统投影同步方法.模糊逻辑系统用来逼近未知的非线性函数和外部扰动,并且对逼近误差采用了自适应控制,同时构造了一种具有较强鲁棒性的分数阶积分滑模面.应用分数阶Barbalat引理设计了自适应模糊滑模控制器和参数自适应律.最后数值仿真结果验证了所提控制方法的有效性.     

航天器近距离相对轨道的滑模控制

基于滑模控制原理,研究了近距离追踪航天器与目标航天器交会对接时,相对运动轨道的控制问题.首先,建立非线性航天器相对运动模型;其次,利用滑模控制原理和分数阶导数的相关性质,设计了整数阶PD控制器和分数阶PD~α控制器;最后,分别运用整数阶和分数阶控制器对未扰和受扰系统实施控制.数值仿真结果表明,整数阶与分数阶控制器均能实现对未扰和受扰系统的控制,验证了方法的有效性.同时发现,在时效性上,分数阶控制器明显优于整数阶控制器;在能效性上,达到相同控制目标时,分数阶控制器的能量消耗大于整数阶控制器.     

电子节气门模糊自适应调节滑模控制及仿真

电子节气门控制系统具有强非线性时变特性,需采用非线性控制方法进行控制,其中滑模控制应用比较普遍,但系统在切换状态时容易出现抖振现象,不利于系统的精确控制。为改善性能,采用模糊自适应调节滑模控制方法,用模糊逻辑系统来代替传统滑模控制中的指数趋近率系数,从而达到消除滑模控制抖振现象。根据系统数学模型设计了模糊自适应调节滑模控制器,通过在Matlab中进行仿真。仿真结果表明:模糊自适应调节滑模控制能有效解决系统存在的非线性问题,消除滑模控制中出现的抖振,满足系统精确控制的要求。     

基于分数阶滑模控制的无人机轨迹跟踪控制器设计

四旋翼无人机在农业、工业和国防等领域广泛应用,但其复杂的系统特性和对扰动的敏感性使得控制变得困难。首先,考虑分数阶方法具有良好的鲁棒性以及调节灵活性的优点,将整数阶积分滑模面和改进的分数阶指数趋近律相结合,设计出了一种新的分数阶积分滑模控制器。然后,将所设计的分数阶积分滑模控制器应用于四旋翼无人机轨迹跟踪控制问题。仿真结果表明,所提控制器作用下的四旋翼无人机进行轨迹跟踪时响应速度快、无超调,且对外界干扰具有较强的鲁棒性。     

基于积分滑动流形的高阶滑模控制器设计

滑模变结构控制方法因其易实现,鲁棒性强等优点广泛应用于实际控制系统中,讨论了具有积分滑动流形的高阶滑模控制器的设计方法.通过设计含积分滑动流形的高阶滑模面,使系统状态在一阶乃至高阶滑模面上均能达到滑动模态.同时利用高阶滑模面为状态变量设计新的状态空间系统,将原先促使系统状态接近并停留在滑模面上的控制目标,拓展为使高阶滑模状态变量趋近于零的控制目标,并结合最优控制方法来设计等效控制量,利用积分流形设计切换控制的切换面,通过严格证明来证实控制器设计的稳定性.在仿真验证部分采用了一阶倒立摆模型,通过比较常规趋近律滑模控制方法和本文方法的仿真结果,可以得出本文方法在减小系统控制量抖振方面的重要作用和优异效果.     

基于幂次趋近率的机械手滑模控制系统

为实现对机械手的快速高精度跟踪,采用滑模变结构控制算法对机械手进行控制。针对机械手在趋近滑模面的过程中所存在的抖震问题,在基于模糊补偿的鲁棒自适应控制的基础上,设计了一种基于趋近率的自适应模糊滑模机械手控制系统,使得系统能更快的趋近滑模面,削弱系统抖震现象。基于Matlab/Simulink仿真平台上搭建了机械手控制系统,仿真结果表明,加入趋近率能加快系统趋近滑模面,提高了系统的稳定性和跟踪性能。     

一类带有变时滞的广义切换系统的滑模控制

研究一类具有非匹配不确定性和变时滞的广义切换系统的滑模控制问题.首先,基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)技术,针对每个子系统设计对应的积分型滑模面,给出了每个滑动模态方程鲁棒渐近稳定的充分条件;然后,设计了滑模控制器及切换规则,使得闭环系统的状态能够到达滑模面上,产生滑动模态;最后以仿真实例说明了所提出方法的有效性.     

基于迭代滑模增量反馈的欠驱动AUV地形跟踪控制

为实现欠驱动自治水下机器人(AUV)在未知海流干扰作用下的地形跟踪控制,提出一种基于非线性迭代滑模增量反馈的航迹跟踪控制器.基于虚拟向导的方法,建立AUV垂直面航迹跟踪误差方程.采用迭代方法,设计滑模增量反馈控制器,无需对AUV模型参数不确定部分和海流干扰进行估计,这样避免了AUV俯仰舵的抖振现象,并且减小了输出反馈控制的稳态误差与超调问题.仿真实验表明,所设计的控制器对AUV系统的模型参数摄动及海流干扰变化不敏感,所设计的参数易于调节.     

有界控制下单向收敛滑模控制

提出一种控制有界情况下状态单向收敛的滑模控制方法.对于二阶系统,单向收敛是指初始状态与状态到达滑动模态的位置位于相平面同一象限的过程.通过分析到达阶段的动态特性,揭示了状态非单向收敛的原因,并提出了一种单向收敛条件,给出了系统状态单向收敛的区域.将所提出的方法应用于具有单向收敛要求的交会对接控制系统,结果验证了所提出方法的有效性.     

基于局部模糊逻辑系统合成的一类非线性不确定系统自适应控制

通过使用从属于系统状态区域上开覆盖的单位分解,首先将若干个局部生成的模糊逻辑系统合成而产生一种函数逼近器,与通常的模糊逻辑系统相比较,这种逼近器不仅具有万能逼近性质,而且由于局部模糊逻辑系统具有较少规则而能够保持语言可解释性;然后,通过将适当的参数植入这种函数逼近器中,能够为某些非线性不确定系统设计自适应镇定控制器;最后,通过仿真例子验证了所提出方法的有效性.     

一类非线性仿射系统的滑模降阶控制器设计

针对一类非线性仿射系统的控制器设计问题,基于滑模变结构控制理论,提出一种新的控制器设计方法:滑模降阶方法.首先反复运用变结构控制理论对一类n阶的仿射非线性系统构造n-1个微分同胚变换函数和n-1个滑动流形,将初始系统降至一阶系统,并给出了变结构控制律;然后利用当前级与上一级控制输入的映射关系进行n-1次反推运算,即可得到初始系统的控制输入;最后通过仿真算例表明了所提出方法的有效性和可行性.     

基于滑模控制的单域电力系统负荷频率控制

针对一类包含非匹配参数不确定和负荷干扰的电力系统,提出一种负荷频率滑模控制器的设计方法.所设计的积分型切换面有效地改善了系统到达阶段的动态性能,提高了系统的鲁棒性;基于趋近律方法设计了滑模控制器,以保证系统运动轨线在有限时间内到达滑动模态;给出了单区域电力系统仿真模型,分别考虑了不同参数不确定条件下的仿真问题.仿真结果表明了所设计的控制器的有效性和鲁棒性.     

一类MIMO非线性大系统基于H∞ 跟踪的分散自适应输出反馈模糊控制

针对一类状态不可测的MIMO不确定非线性大系统,提出一种基于H∞跟踪的分散自适应输出反馈模糊控制器.主要工作有:1)通过对观测误差向量进行滤波来确保严格正实条件成立,使得提出的反馈与自适应机制可以执行;2)利用模糊系统提出一种适用于一般非线性大系统基于H∞跟踪的分散自适应模糊控制方案;3)在统一的框架下处理了控制器奇异性.闭环大系统被证明足稳定的,且输出误差具有H∞跟踪性能.仿真结果验证了控制器设计的有效性.     

间隙度量与跟踪系统中的鲁棒控制器设计

为定量研究鲁棒控制器允许对象有尽可能大的不确定性.在引入间隙度量的基础上,定义了跟踪系统鲁棒控制器的鲁棒边界,并对某跟踪系统设计了基于间隙度量的鲁棒控制器.该控制器能兼顾对象的不确定性与控制器的不确定性.由仿真结果可以看出,与普通的PID控制器相比,具有较大鲁棒边界的鲁棒控制器不仅具有较强的干扰抑制能力.而且能够在模型加性不确定性存在的情况下具有很好的跟踪性能.     

欠驱动AUV模糊神经网络L2增益鲁棒跟踪控制

提出基于模糊神经网络欠驱动水下自主机器人(AUV)的L2增益鲁棒跟踪控制方法,该方法通过在线学习逼近动力学模型的不确定项.控制器克服了由于缺少横向推力对跟踪误差的影响,在考虑未知海流干扰情况下,实现了系统对模糊神经网络逼近误差的L2增益小于γ.利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环控制系统误差信号一致最终有界.最后,通过精确模型参数和参数扰动仿真实验验证了该控制方法具有很好的跟踪效果和较强的鲁棒性.     

不确定移动机器人编队间接自适应模糊动力学控制

研究不确定非完整移动机器人Leader/Follower编队动力学控制问题,对Follower提出了自适应队形跟踪控制方法.首先,基于队形方程设计了运动学队形跟踪控制器,使用Backstepping技术扩展出队形跟踪误差动力学方程;然后,利用自适应模糊系统逼近其不确定项,构造了间接自适应模糊动力学队形跟踪控制器;最后,证明了队形跟踪误差可收敛到原点的小邻域内.仿真结果验证了所提出控制策略的有效性.