基于扩张状态观测器的磁悬浮球连续滑模控制

针对磁悬浮球系统具有非线性、模型不确定性和易受干扰影响的特点,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的连续滑模控制方法(CSMC)。该控制方法采用ESO对系统的扰动进行观测和估计,再将扰动估计值作为连续滑模控制器的补偿量,以克服不确定性和外界扰动的影响,进一步提升了连续滑模控制器的控制性能。仿真和实验验证了所提方法的有效性。结果表明,与连续滑模控制方法(CSMC)相比,ESO-CSMC具有更强的抗干扰性能。     

改进指数趋近律滑模控制的H桥逆变器的非线性动力学行为研究

改进指数趋近律的滑模控制具有快速响应、鲁棒性强及自适应性强等特点,在H桥逆变器的控制中有广泛的应用前景.然而,滑模控制是一种非线性控制方式,必然表现出丰富的非线性动力学行为,系统的工作稳定性与电路及控制参数的选取有密切的关联.因此,以改进指数趋近律滑模控制的H桥逆变器为研究对象.分析该系统的工作过程,运用频闪映射理论推...     

球杆系统基于二阶滑模的分级滑模控制

为解决球杆系统的稳定控制问题,提出一种基于二阶滑模的分级滑模控制方法。与基于传统滑模的分级滑模控制方法相比,该文方法能够应用连续、无抖振的分级滑模控制器实现球杆系统的有效控制。分别定义刚性球和连杆两个子系统的第一级滑动变量,然后采用两者的线性组合来构造第二级滑动变量。所提出的分级滑模控制律包含第二级滑动面的等效控制律和一个待确定的切换控制律。基于球杆系统的动力学模型推得控制器的等效控制律,然后借助状态反馈和二阶滑模控制算法得出控制器的切换控制律。在该文控制器作用下球杆系统能够快速、准确地收敛至期望的平衡点,仿真实验结果表明该文方法的有效性和该文控制器的鲁棒性。     

建筑结构基于模糊自适应调节趋近律的滑模控制研究

抖振问题是阻碍滑模控制应用的主要障碍之一.基于模糊控制的优点,采用一种模糊自适应调节趋近律的滑模控制方法对地震作用下建筑结构的振动控制问题进行了研究.给出了确定切换面的方法,推导了控制律的表达式.另外,考虑到实际中在大型的建筑结构中安装过多的传感器来进行主动控制研究是不切合实际的,还研究了有限状态输出反馈下该方法的适用性.以一个多层剪切型建筑结构模型为例来验证所提出控制方法的有效性,算例分析结果表明,所提出的控制方法能够有效地减小结构的地震峰值响应,同时达到了削弱控制系统抖振的目的.     

永磁同步电机抗干扰复合滑模控制器的设计

目的 在灌装、封口等包装作业过程中,提高永磁同步电机的快速响应和抗干扰能力,同时减少控制系统的抖振现象。方法 提出一种复合滑模控制策略,设计一种能适应滑模面和系统状态变化的分段速率滑模趋近律,将其与新型积分滑模面结合,设计一种带速度环的滑模控制器。同时,设计一个干扰观测器,用于估计闭环系统的扰动,并将估计后的扰动实时补偿到控制器的输出电流中,构建复合控制器。结果 仿真结果表明,设计的控制器能够显著提高收敛速度,并有效减少了控制系统的抖振,从而提高了动态质量。此外,干扰观测器与控制器结合的复合控制器可以提高系统的抗干扰能力,从而进一步提高了控制性能。结论 文中提出的复合滑模控制策略可以有效提高永磁同步电机调速系统的动态性能,减少控制系统的抖振,为实现高效、稳定的控制提供了有效的解决方案。     

基于改进滑模趋近律的振动基机械臂的有限时间轨迹跟踪控制

为解决一类振动基机械臂在基座振动影响下的快速轨迹跟踪问题,提出了一种基于改进趋近律的新型滑模控制方法。将基座振动的影响视为系统的不确定外界扰动项;采用拉格朗日法建立了系统的非线性不确定动力学模型;提出一种新型对数幂次滑模趋近律,并结合一种快速终端滑模面,设计了系统的有限时间轨迹跟踪控制器;理论分析与硬件试验验证了所设计控制器的有效性。结果显示,该控制器有效抑制了基座振动的影响,在有限时间内实现了机械臂的精确轨迹跟踪。可见,该研究所提控制算法具有良好的有限时间控制特性及鲁棒性能。     

基于卡尔曼滤波滑模控制的伺服系统设计仿真

应用变结构控制策略时,由于系统存在时间滞后、空间滞后、死区等不利条件,会导致系统运行到相平面中滑动面时出现不期望的抖振现象.本文分析了抖振对系统性能的影响及产生原因,针对伺服控制系统存在随机干扰和随机噪声的特性,提出一种基于卡尔曼滤波的指数趋近律滑模变结构控制算法,很好地抑制了抖振.仿真算例表明,与普通滑模控制算法相比,基于该算法的控制器无论在抖振抑制上还是在伺服系统动态品质改善上都具有良好效果.     

基于改进趋近律滑模控制的钢结构柔性探伤机器人轨迹跟踪

为解决钢结构柔性探伤机器人在轨迹跟踪中存在控制模型复杂、跟踪速度慢和跟踪精度不高的问题,提出一种基于改进趋近律的滑模控制方法。将柔性机器人前后车体作为单独的移动机器人进行运动学分析,通过欧拉-伯努利梁方程求解前后车体与连接钢带之间的运动约束,得出柔性机器人整体运动学模型。在此基础上,通过反演方法设计一种基于改进趋近律的滑模控制器,加快跟踪误差的收敛速度并降低控制系统抖振。基于改进趋近律滑模控制对柔性机器人小车轨迹跟踪进行仿真实验,结果表明,改进趋近律滑模控制方法可以使柔性机器人快速跟踪期望轨迹进行运动,并且具有较好的跟踪精度和稳定性。     

基于滑模控制算法的复卷机张力控制系统设计

目的为了改善造纸行业中复卷机张力控制系统的控制性能,提高产品的质量和可靠性,同时消除传统趋近律方法的抖振现象。方法提出一种改进的自适应趋近律方法,并在此基础上提出一种基于滑模控制算法的复卷机张力控制系统。结果通过仿真结果比较分析,与传统PID控制算法相比,文中所提滑模控制算法具有更好的动态性能。结论该算法具有较快的动态响应速度和较强的抗扰动能力。     

快反镜系统滑模复合分层干扰观测补偿控制

音圈电机驱动快反镜是高精度光电跟踪系统中的重要组成部分。在运动平台光电跟踪系统中,快反镜系统所受各种内外干扰将更加复杂剧烈,传统的被动干扰抑制方法以及把干扰当作集总干扰处理的主动干扰抑制方法将不足以保证高精度的视轴稳定。因此本文提出一种谐波干扰观测与扩张状态观测结合的滑模复合分层干扰观测补偿控制策略。首先利用谐波干扰观测器对具备先验频率信息的谐波干扰进行观测,然后采用扩张状态观测器对其他未知干扰进行观测,最后基于观测的多源干扰,采用具有抗干扰能力的滑模非线性方法设计复合控制器,最大程度地对系统所受多源干扰进行抑制。实验表明,本文提出的滑模复合分层干扰观测补偿方法与传统的单一干扰观测补偿方法相比,能显著提升快反镜的视轴稳定精度。     

结构非线性振动的自适应模糊滑模控制

结构在强震作用下将不可避免地进入塑性阶段,表现出非线性行为,而总体上说,结构非线性振动还没有系统、有效的控制方法.本文主要研究了结构非线性振动的自适应模糊滑模控制算法,用模糊系统来自适应地逼近非线性系统以实现滑模控制力,同时采用模糊系统消除滑模控制所带来的抖振现象,并给出了模糊滑模控制器和自适应律的设计.仿真模型采用3层和20层的Benchmark非线性结构模型,每层均设置一个采用自适应模糊滑模控制算法的控制装置,计算出其在地震输入下的结构响应,然后对仿真结果进行了分析.仿真结果表明,自适应模糊滑模控制算法能够充分发挥自适应模糊控制和滑模控制的优点,较好地实现对结构在地震作用下非线性振动的控制,并得到令人满意的结果.     

改进滑模变结构永磁电机控制器研发

为克服传统滑模观测器对永磁同步电机进行无传感器控制时存在高频抖振和转子位置估算不精确的缺陷,提出一种基于改进滑模观测器的PMSM控制器设计方法.首先,建立PMSM的数学模型并分析传统滑模观测器转子位置估计原理和缺陷,然后,采用低通滤波器对电流误差开关信号进行滤波并对转角进行补偿,采用饱和函数代替开关函数以减少滑模运动的高频抖动,最后,采用李亚普若夫稳态判定方程证明设计的改进观测器的稳定性.系统测试表明:该方法能较为准确地对PMSM的转子位置和速度进行估算,具有较高的估算精度.     

Speed control for the lateral swing of aerial cameras based on an improved extended state observer

This study proposes an improved extended state observer (ESO) to eliminate the effects of disturbances on the speed control system of an aerial camera lateral swing. First, a mechatronics model of lateral swing, which includes a rotating mechanism, principal axis, and motor, is constructed. Meanwhile, a mathematical model of the motor speed loop is built to design the improved ESO. Second, a new nonlinear function that exhibits better continuity and smoothness than previously available functions is proposed to reduce high-frequency ?utter. The improved ESO is designed based on the new nonlinear function. The nonlinear dynamics, model uncertainty, and external disturbances of the speed control system are extended to a new state, and the improved ESO is implemented to observe this state. The overtime variation of the speed control system is predicted and compensated for in real time using the improved ESO. The improved ESO sufficiently eliminates the disturbances on the speed control system of the aerial camera lateral swing. Third, the parameters of the improved ESO are determined, and its convergence is analyzed. Finally, simulation experiments and discussions were conducted and results show that the speed control system with the improved ESO exhibits better performance.     

二阶滑模离心-振动试验系统的振动控制

针对离心-振动试验系统的振动位移跟踪控制存在参数不确定性和干扰的问题,提出一种基于二阶滑模的振动位移跟踪控制方法。该方法基于高阶滑模控制基本原理,通过建立离心-振动复合试验系统数学模型,利用李雅普诺夫第二法设计出二阶滑模振动位移控制律。仿真结果表明：该方法在2 s内能够完成位移跟踪,跟踪准确度达到0.001 m,能够有效降低系统抖振,实现振动位移跟踪的精确定位,具有较高的控制精度和可靠性。     

基于奇异摄动理论的电液伺服系统Backstepping滑模自适应控制

针对电液伺服位置跟踪系统中存在的非线性特性、系统参数和外部负载的非匹配不确定性,提出了基于奇异摄动理论的电液伺服系统的Backstepping滑模自适应控制。利用奇异摄动中双时间刻度理论将原系统分解为快慢变子系统,分别设计快变和慢变子系统的控制律,再合成得到复合控制器。应用Backstepping的逆向递推方法有效地解决了高阶非线性系统的控制问题,用滑模方法抑制系统的外部扰动,对系统的不确定性参数进行自适应估计。数字仿真的结果验证了所设计控制器的正确性和有效性。     

Adaptive control of magnetic levitation system subject to external disturbances

In this paper, an adaptive controller is designed for a magnetic levitation system to cope with internal time-varying uncertainties and external disturbances. Since, in experimental studies, in experiments involving the traditional magnetic levitation design it is not easy to realize external disturbances to the system, a horizontal configuration is constructed in this paper. To facilitate the analysis and controller design, the equation of motion is derived in detail. Due to the asymmetric nature of the magnetic loop, there is a big challenge in the controller design process. In addition, since some of the uncertainties enter the system in a mismatched manner, few control strategies are feasible. A multiple-surface sliding control law is proposed with the function approximation technique to stabilize the closed loop system under various uncertainties and disturbances. A rigorous mathematical proof is given to verify the feasibility of the design. Experimental studies are conducted including comparisons with conventional PID design to clarify the performance of the proposed controller.     

采用滑动模态控制器的实时子结构试验等效力控制方法

等效力控制方法用反馈控制代替数学迭代过程求解实时子结构试验隐式逐步积分方法的非线性方程。对于非线性结构实时子结构试验的等效力控制方法,采用滑动模态控制器代替ＰＤ和ＰＩ控制器。滑动模态控制是一种非线性控制器,适合线性和非线性系统的控制。线性弹簧试件的实时子结构试验模拟和试验验证了这种控制方法的可行性.防屈曲支撑试件试验模拟和试验的结果表明,非线性系统的等效力控制方法试验,滑动模态控制有较好的控制效果。     

基于离散滑模控制的新型Buck-Boost矩阵变换器

摘要对目前矩阵变换器存在电压传输比低的缺陷进行了研究,提出了一种新型的杯为buck-boost矩阵变换器（BBMC）的电路拓扑结构。介绍了该拓扑结构的基本构成及其工作原理,分析推导了其电压传输比与占空比之间函数关系的解析表达式,阐述了离散滑模控制策略的基本设计方法,最后通过仿真对其有效性和可行性进行了验证。结果表明：该新型拓扑结构能实现输出电压和频率的任意调节,其电压传输比既可大于1,也司小于l,且直接输出高品质的正弦波而无需滤波环节,谐波含量小,从而有效解决了传统矩阵变换器申,压传输比低的难题,具有较好的应用价值。     

基于负载观测的PMSM滑模抗扰动自适应控制

实际转速值是转角微分得到的,基于转速的观测器设计会引入微分突变．本文在滑模变指数趋近率控制的基础上,针对实际应用的永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor, PMSM）提出了一种新的负载转矩降阶观测器设计方法,以可直接测量的转角为已知观测对象,避免引入微分突变,将观测到的负载转矩成比例地前馈补偿,以削弱负载扰动对控制性能的影响,实现滑模抗扰动自适应控制．一方面,通过理论推导,得出所提出策略的理论计算方法;另一方面,以一应用案例,建立了与实际逼近的离散仿真系统．仿真验证了观测器的无超调和快速响应特性,并通过与普通滑模控制对比分析,验证了采用该方法设计的PMSM调速系统具有动态响应快和抗外界干扰能力强的高鲁棒特性．     

可变磁路式永磁悬浮系统刚度特性分析及变刚度控制

针对可变磁路式永磁悬浮系统的悬浮力非线性变化的特点,分析系统的刚度特性,提出变刚度控制方法减小系统对外扰作用的敏感度。基于系统力学模型分析了系统结构和控制参数对悬浮刚度的影响,提出了基于悬浮物位移的变刚度控制方法;根据预设的载荷能力和位移变化量,设计参数的变化范围,使系统刚度按设定控制规律发生变化;进行了系统起浮稳定性与系统对外扰敏感度的仿真与实验分析,并与传统PID控制方法进行对比,仿真与实验结果表明:变刚度控制方法能够保证系统稳定起浮,并使外载荷作用时悬浮物的位移变化量减小50%,极大降低了系统对外扰的敏感度,相对于传统PID控制方法其控制特性有较大幅度提高。