机载光电稳定平台的强鲁棒性滑模变结构控制

为使机载光电稳定平台系统在复杂环境下仍具有强鲁棒性,建立光电稳定平台数学模型.以两轴四框架光电吊舱为研究对象,通过分析噪声干扰及本身结构参数的变化对光电稳定平台的影响,提出基于干扰观测器(disturbance observer,DOB)的滑模控制器设计方案.理论推导和仿真结果表明:滑模变结构控制(sliding mode variable structure control,SMVSC)对干扰力矩和摄动完全适应,对系统结构参数变化和外界扰动具有良好的鲁棒性;比无干扰观测器的控制系统,拥有更高的稳定精度和更快的动态响应,能增强光电稳定平台的抗扰动能力.     

基于扰动观测器的协调器自适应滑模控制

为提高某型火炮协调器在复杂运动工况下的控制精度,以协调器液压系统为研究对象,提出一种基于扰动观测器的自适应滑模控制策略。滑模控制可使系统遵循所设计的滑模动态面状态轨迹,实现系统的非线性控制;增加自适应策略可防止系统因滑模切换增益过大而失效;在此基础上增加扰动观测器进行前馈补偿,能减小系统参数变化和未知扰动对系统的影响,减少抖振,有效提高控制性能。联合仿真和实验结果表明,该控制策略能较好地提高系统控制精度。     

基于滑模变结构控制的光电稳定平台控制策略研究

光电跟踪系统在载体运动的过程中会受到各种扰动,对系统的跟踪性能产生不利影响。滑模控制拥有较好的鲁棒性,在工程上容易实现,可考虑运用在这类系统中。使用摩擦反馈并将速度环滑模控制与跟踪环PID控制相结合,可得到一种应用于光电跟踪系统的滑模变结构控制策略,它提升了光电稳定平台的稳定精度,同时具有一定的鲁棒性,能使运行中的系统在外界环境变化时对变化的扰动有一定的适应能力。以二维伺服转台为被控对象设计了滑模控制器,进行仿真实验并与现有基于PID方法的控制方案对比。对比结果表明：在给定扰动下,基于滑模变结构控制策略的光电稳定平台将速度环稳定误差从72″/s降低到了12″/s,均方根从37.0″/s降低到了1.46″/s,提出的滑模变结构控制器对提升光电稳定平台的稳定精度有一定作用。     

陀螺稳定平台自适应分层滑模速度控制

为了消除高精度陀螺稳定平台系统中的非线性因素对系统控制的影响,设计了一种自适应分层滑模速度控制器。结合某小型电视跟踪导引头中的陀螺稳定平台实际系统,首先,介绍了稳定平台系统的控制结构,具体分析了陀螺速度闭环的工作原理,以及系统中影响速度控制性能的主要非线性因素。其次,针对系统特点,结合滑模控制强鲁棒性的优点,在速度闭环中设计了分层滑模控制。在边界层内,采用了积分增益型滑模控制。在边界层外,采用了带有灰色预测控制项的滑模控制。针对滑模控制中扰动量无法准确确定的问题,设计了自适应调整方法实时估计扰动量的大小。最后,利用Lyapunov方法证明了该方法的稳定性。在导引头稳定平台上实验表明,同PID控制相比,该滑模速度控制器能够有效消除系统非线性因素的影响,改善了闭环速度揎制的性能,提高了稳定精度。同时,与比例滑模控制相比,该方法有效减弱了抖振现象。     

基于扰动观测器的炮控系统自适应鲁棒控制

针对坦克快速运动过程中火炮控制系统存在一系列复杂的非线性问题,提出一种自适应鲁棒控制方法。 结合自适应控制智能优化自身参数的特点和鲁棒控制的稳定性特点,通过设计一种能够实时准确测定扰动项扰动观 测器加入到控制策略中,从而精确补偿扰动。仿真结果表明：该控制策略能较好地提升炮控系统的抗干扰能力和稳 定性,有效提高坦克行进间的射击精度。     

自适应滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

为准确获取永磁同步电机转速与转子的位置信息,提出一种自适应滑模观测器对电机的转子位置和速度进行估算。通过对自适应切换函数、自适应低通滤波器、转子角度估算误差补偿等改进滑模观测器。仿真分析表明：该方法能快速和准确地跟踪电机转子的位置和速度,系统性能良好。     

惯性稳定平台的扰动观测器/不完全微分PID复合控制

为提高惯性稳定平台控制系统的稳态性能,提出了一种扰动观测器与不完全微分PID相结合的复合控制算法。利用扰动观测器将控制系统中存在的外部扰动观测出来并补偿到原系统中,在增强系统扰动抑制能力、提高鲁棒性的同时,提高系统稳定精度。仿真结果表明:扰动观测器/不完全微分PID复合控制算法可显著改善惯性稳定平台的稳态性能,对比于常规PID校正方法,复合控制方法不仅提高了系统的响应速度,而且显著提高系统的扰动抑制能力,提高稳定精度。     

扰动观测器在惯导平台稳定回路中的应用方法

惯性技术的发展对惯导平台稳定回路稳定性、抗干扰性等性能的要求越来越高,但摩擦力矩以及其他各种干扰力矩对稳定回路性能的进一步提高产生了严重影响。为了有效克服这些干扰力矩对稳定回路性能的影响,在传统比例微分积分(PID)方法对稳定回路进行控制的基础上,提出了一种利用扰动观测器来抑制干扰力矩以提高稳定回路性能的方法。通过利用回路中力矩电流和角速度信息构成扰动观测器,对作用于平台系统的干扰力矩进行抑制。仿真结果表明,扰动观测器的引入没有影响原有PID控制稳定回路的动态性能,且能够对干扰进行有效的抑制,提高了稳定回路的稳定精度和抗干扰性。     

基于扰动观测器的高超声速飞行器递阶滑模控制

针对存在扰动、执行机构死区非线性以及系统不确定性的高超声速飞行器巡航飞行纵向通道模型,提出了带有新型非线性扰动观测器的递阶滑模控制器。递阶滑模控制器采用多层终端滑模面的回归结构,能够保证系统跟踪误差在有限时间内收敛到0. 将执行机构的死区非线性简化为输入的未知扰动,对于系统中存在的由扰动和不确定性产生的复合扰动,设计了新型非线性扰动观测器,补偿作用避免了通过增大系统增益提高控制系统抗扰动性能,同时观测器可以对死区非线性产生的系统扰动进行观测,消除死区非线性对控制系统的影响。理论证明了观测值误差为渐进收敛。基于Lyapunov理论对带有扰动观测器的综合控制系统进行稳定性证明。理论分析和仿真结果表明,该控制策略对高超声速飞行器具有较好的控制作用。     

基于干扰观测器的弹丸协调器电液伺服系统自适应滑模控制

针对弹丸协调器电液伺服系统中存在非匹配不确定性和参数不确定性问题,提出一种基于干扰观测器的自适应滑模控制策略。采用干扰观测器估计系统中的非匹配不确定性,通过Lyapunov稳定性理论证明干扰观测器的稳定性,并将其引入新型积分滑模切换函数的设计中,使控制器能够对非匹配不确定性提供有效补偿,提高控制精度。为了降低系统参数不确定性的影响,在滑模控制器设计中引入自适应律以保证控制器的动态性能,并对控制器的全局稳定性进行了证明。实验结果表明：采用的干扰观测器和自适应律能够准确描述系统特性;基于干扰观测器的自适应滑模控制器能够满足期望轨迹的跟踪要求,使设计的控制器在不同工况下均具有较好的动态跟踪特性和稳态精度,并具有较强的鲁棒性。     

基于干扰观测器的弹药传输机械臂非线性连续时变反馈控制

针对弹药传输机械臂在工作过程中由于受到基础振动干扰和负载不确定性的影响,存在定位精度低、定位速度慢的问题,以结构和工作原理相同的实验用原理样机为对象,提出一种基于干扰观测器扰动补偿的非线性连续时变反馈控制方法。该方法在控制律形式上类似比例微分（PD）控制,但其中比例和微分系数取决于系统Lyapunov函数,是系统误差变量的可微函数。为消除基础振动干扰和负载不确定性带来的非线性影响,采用一种有限时间非线性干扰观测器设计补偿环节。实验结果表明,基于观测器的扰动补偿可以将机械臂的定位时间由2.18 s缩短到1.32 s,缩短了39.4%;在所有基础振动干扰和不同负载的实验工况下,新控制方法都可以快速、稳定、精确地完成控制目标,验证了算法的有效性。     

基于滑模观测信息的电动舵机自适应终端滑模控制

针对电动舵机控制中参数和负载的不确定性,设计自适应终端滑模控制器,利用滑模观测信息构造自适应律,对不确定参数进行估计,具有与复合自适应律相似的参数估计特性,但不需要系统状态的导数,理论上证明了系统的稳定性和输出误差的有限时间收敛.最后通过仿真证明了该方法的有效性.     

基于高阶滑模的新型干扰观测器设计

针对传统滑模干扰观测器计算复杂、跟踪干扰速度慢等不足,基于自适应super-twisting算法提出一种新型干扰观测器技术。回顾已有滑模干扰观测器方法的基本原理并分析其跟踪速度慢、计算复杂的原因;基于辅助滑模面技术及自适应super-twisting算法设计高阶滑模干扰观测器,并证明其对干扰的快速跟踪特性。仿真分析表明,相比于已有滑模干扰观测器,该算法具有跟踪干扰速度快、计算简单的优点。