单杆柔性机械臂的轨迹跟踪与末端弹性振动复合控制

针对单杆柔性机械臂末端轨迹跟踪和弹性振动抑制的问题,提出了一种基于奇异摄动法的复合控制方法。采用假设模态法和Lagrange方程推导出柔性臂的动力学模型。基于奇异摄动法将柔性臂的刚柔耦合动力学方程分解成慢变(刚性)和快变(弹性)两个子系统。慢变子系统控制器选择滑模控制和PID控制相结合的方法以抑制控制输入引起的抖振,快变子系统则选择LQR最优控制方法以实现简单的线性状态反馈控制律。数值仿真表明:该方法不仅能实现柔性臂的轨迹跟踪,而且有效地抑制了柔性臂运动过程中的弹性振动。并且,采用滑模控制和PID控制相结合的方法设计的慢变子系统控制,能减少普通滑模控制中的输入抖振,具有更好的控制效果。     

区分快慢变子系统的柔性机械臂组合控制

为了提高柔性机械臂控制精度,文章设计了区分快变子系统与慢变子系统的组合控制器。使用拉格朗日方程和假设模态法建立了动态方程,使用奇异摄动分解法将系统分为快变子系统与慢变子系统;提出了自适应滑膜变结构控制,设计慢变子系统控制器;使用极值原理求解了快变子系统最优控制问题,从而给出了快慢变子系统组合控制。通过仿真验证,相比于传统滑膜变组合控制,自适应组合控制器的调节时间短、跟踪过程无震荡,且自适应组合控制器输出平滑无抖振。     

永磁同步电机滑模调速系统新型趋近律控制

为了提高永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor)的控制性能,解决传统趋近律中存在的抖振和响应速度慢等问题,提出一种新型滑模趋近律。该趋近律是在双幂次趋近律的基础上,加入变指数趋近律,提高了系统的响应速度,同时引入系统的状态变量,抑制了变指数部分在接近滑模面时的抖振。通过理论证明了该趋近律具有存在性、可达性和稳定性。并与双幂次趋近律进行了性能控制比较,结果显示新型趋近律具有更快的收敛速度和控制性能。基于该滑模趋近律设计了永磁同步电机滑模控制器,并与传统的PI控制器做仿真比较。仿真和实验结果显示,采用新型趋近律的滑模控制器系统具有更强的鲁棒性和更快的收敛速度,在抑制系统抖振方面具有更优的能力,结果验证了所提出方法的有效性。     

永磁同步直线电机积分滑模控制北大核心

针对永磁同步直线电机伺服控制系统容易受内参和扰力的影响以及动态响应慢的问题,提出了一种基于幂指趋近律的改进型积分滑模控制方法。该方法在传统的积分滑模控制器基础上引入非线性项和微分项参数,采用带有边界层的函数代替符号函数,来减少滑模控制器引起的抖振,以及提高动态段跟踪能力和减少超调量。仿真和实验结果表明,与传统的三闭环PID控制相比,改进型积分滑模控制算法使系统具有更好的响应性能、跟踪性能、定位精度高和强鲁棒性,满足了半导体封装设备中XY平台直线电机伺服控制系统的高速高精度运动需求。     

基于新型滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

针对传统滑模观测器在估计转子位置和转速时存在的抖动问题,分析研究了一种新的滑模趋近律,并提出了一种基于变趋近律滑模观测器的永磁同步电动机无位置传感器控制方法。通过扩展滑模电流观测器方程,将滑模观测器与变趋近律相结合,为转子转速和位置的估计提供了新的思路。同时,建立了基于该方法的无位置传感器矢量控制系统。仿真和结果分析验证了该方法的可行性。该观测器能很好地跟踪转子的实际位置,动态响应快,有效地抑制了系统的抖振。     

基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制北大核心

针对永磁同步电机调速系统存在抖振和响应速度慢的问题,采用滑模变结构控制方法设计速度环控制器。将传统线性滑模面改进为非奇异终端滑模面,以提高系统在滑模面上的趋近速度。提出一种新型趋近律,在双幂次趋近律的基础上引入切换函数,使用终端吸引子,并且增加指数项来提高趋近速度,更好地减少系统抖振并改善了系统收敛特性。将此控制算法与双幂次趋近律对比,仿真结果表明:该方法可以更有效地抑制系统抖振和提高系统的收敛速度,也能更快速、准确地跟踪给定的速度信号。     

一种球形滚动机器人纵向运动的控制策略研究

针对一种球形滚动机器人纵向运动的位置控制问题,提出一种基于有限时间滑模干扰观测器和双幂次组合函数趋近律的解耦滑模控制策略。所提出的控制策略不仅可以保证球形机器人的滚动性能,并且能够保持解耦滑模控制律的连续性。设计有限时间滑模干扰观测器对复合不确定性进行在线估计,并在此基础上得出机器人系统平衡摆角的估计。基于所得平衡摆角的估计,分别定义系统的各级滑模变量。借助所设计的有限时间滑模干扰观测器,基于第二级滑模变量和双幂次组合函数趋近律构造解耦滑模控制律。从理论上证明了所提出的控制策略能够确保各级滑模变量收敛至0,仿真实验结果验证了所提出的控制策略的控制性能和鲁棒性。     

基于改进滑模控制器的PMSM调速系统北大核心

针对在永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统中采用PI控制器存在控制精度低、响应速度慢以及容易出现积分饱和等问题,提出一种新型指数趋近律的滑模控制策略,基于新型趋近律设计了改进滑模控制器,该方法可有效加快系统响应速度,并能抑制滑模控制过程中出现的系统抖振;同时引入负载转矩观测器作为前馈补偿到滑模控制器,有效提高PMSM调速系统的稳态及动态性能。经过与PI控制器及传统滑模控制的仿真对比实验,改进滑模控制器在系统响应上能够达到无超调快速响应,调节时间为0.011 s;突增负载时,恢复稳态时间为0.008 s,且转速只下降24 r/min,该控制方法使系统动态性能和抗干扰性能得到提高,而且抑制了滑模控制的抖振。     

基于新型趋近律的PMSM模糊滑模控制

针对永磁同步电机的调速系统动态品质易受参数变化、外部扰动以及摩擦力等不确定因素影响而导致伺服性能降低的问题,提出一种改进的幂次指数趋近律,对该趋近律的参数 k 和 ε 引入模糊规则控制,有效抑制传统滑模变结构控制中的固有抖振问题,提升收敛速度。为了消除系统内、外部扰动引起的控制精度问题,设计一种新型扰动观测器进行观测。仿真结果表明：该方法能够实现精确的速度控制;与传统的滑模控制相比,在保留其优势的基础上,有效降低了滑模的抖振。     

基于一种改进型滑模变结构控制的永磁同步电机伺服系统研究

针对动态滑模面与变指数趋近律存在的缺陷,研究一种新型积分速度滑模控制器,并结合开关函数对设计的控制器做进一步改进,最后将这种新型滑模控制器应用于永磁同步电机伺服系统的速度环中。利用Matlab搭建伺服系统仿真模型,仿真结果表明:设计的新型滑模控制器调速性能要优于传统PI和变指数滑模控制,它不仅能有效抑制滑模变结构固有的抖振,还增强了控制系统的快速性和鲁棒性。     

基于模糊时变滑模的永磁同步电机调速系统设计

针对永磁同步电机突然加入负载时存在的转速波动和不稳定问题,提出一种基于积分时变滑模面和新型模糊增益趋近律的滑模调速方法。采用积分时变滑模面,在传统积分滑模面中加入一个时变项,借此提升系统的响应速度。改进传统的指数趋近律,加入非线性函数来削弱系统的抖振,同时根据不同的系统状态用模糊算法整定趋近律增益参数,着重于提升趋近速度和系统抗扰动能力。最后,使用李雅普诺夫稳定性判据证明了该控制系统的稳定性。在MATLAB/Simulink环境下将此控制策略与传统滑模控制策略进行对比,仿真结果表明：采用此控制方法的系统响应速度更快、抑制系统扰动和抖振的能力更强,具备更好的综合性能。     

基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制

针对传统的滑模观测器(SMO)在永磁同步电机无位置传感器控制系统存在较强抖振问题,设计一种新型混合趋近律滑模观测器.采用正弦型输入函数代替传统的符号函数,设计混合趋近律代替等速趋近率,并通过模糊控制系统实现对正弦型输入函数边界层的自适应调节,有效地抑制了滑模变结构产生的抖振问题,提高了系统对电机转子位置的观测精度;通过...     

一种新的机器人滑模变结构控制

在分析常用的滑模变结构控制的趋近律的基础上,提出了一种新的双幂次趋近律,并应用于机器人的轨迹跟踪控制.仿真实验证明了该方法不仅能够保证趋近运动的快速性,而且极大地削弱了抖振,提高了机器人的抗外界干扰能力.通过与幂次趋近律相比较,该方法能使系统获得更好的动态品质.     

基于幂次趋近律滑模观测器的永磁同步电机控制

针对传统滑模观测器存在严重的高频抖振以及转子位置和电机转速估算精度不足等问题,使用一种基于幂次趋近律的新型滑模观测器,提高了转子位置和电机转速观测精度,抑制了系统的高频抖振。通过设计新型的分段函数替代传统滑模观测器的切换函数,并引入幂次趋近律结合到新型滑模观测器的切换函数中,提高了滑模趋近速度,消除了反电动势中的高频谐波,减弱了传统滑模观测器的高频抖振,同时对用于转子位置和电机转速估计的锁相环进行改进,消除了转速变化对于电机转子位置估计的影响,提高了转子位置观测精度。仿真结果表明,基于幂次趋近律的新型滑模观测器,削弱了系统的高频抖振,提高了电机转速和转子位置的观测精度,具有良好的控制性能。     

改进双幂次指数趋近律的滑模控制设计

针对目前系统抖振仍影响滑模趋近律在实际中应用,并导致系统收敛速度缓慢、滑模平面趋近至原点时间长等缺陷,提出一种改进的双幂次指数趋近律。改进趋近律中指数项采用分段设计,指数项分段参数将系统分为两部分进行。当状态绝对值小于1时,系统沿滑模面平滑进入,抖振影响可忽略不计;当状态绝对值大于等于1时,系统的动态响应显著提高,收敛时间缩短,且总时间小于初始状态运动至临界值时间和系统运动至滑模面平衡点的时间之和。在理论上验证了改进后的双幂次指数趋近律能够快速收敛到平衡点且消除了抖振影响,并通过实验验证了该趋近律的有效性。对比多种趋近律,改进的双幂次指数趋近律具有最佳性能且收敛速度最快,并通过实验验证在外界干扰下该趋近律仍可快速收敛于平衡点。     

振动基柔顺驱动打磨机器人的力/位混合控制研究

针对柔顺打磨机器人在移动作业过程中,在基础振动、柔性振动与环境接触力耦合作用下非线性控制问题,提出一种新型鲁棒轨迹跟踪力/位混合控制策略。使用第二类拉格朗日法建立柔顺机械臂的动力学方程,通过奇异摄动法将上述系统分为快、慢2个时间尺度的子系统。慢变子系统对系统刚性部分采用力/位混合控制方法,其中力控制采用PID控制,位置控制采用基于神经网络的鲁棒控制。快变子系统对系统柔性部分采用速度差反馈法进行控制。结果表明：利用所提出的控制策略,机械臂末端的轨迹跟踪效果较好且打磨力保持稳定,对非线性振动有较好的抑制效果。     

双连杆柔性关节机械臂分数阶线性自抗扰控制

针对双连杆柔性关节机械臂的柔性振动和受外部干扰的问题，提出了一种复合控制器的控制策略。通过拉格朗日方程建立了考虑关节柔性的刚柔耦合的机械臂动力学模型，使用奇异摄动法对机械臂系统解耦，使其分解成代表刚性部分的慢速子系统和代表柔性部分的快速子系统；对于慢速子系统，设计了带有前馈补偿的分数阶线性自抗扰控制器来抵抗内外扰动，实现了机械臂的高精度的轨迹跟踪，对于快速子系统，采用微分补偿项补偿，来抑制关节的柔性振动，从而达到系统稳定。实验和仿真结果表明，系统可以有效地实现双连杆柔性关节机械臂的轨迹跟踪，并且相对于整数阶线性自抗扰控制器有着更好的动态性能和鲁棒性。     

电液位置伺服系统鲁棒反馈线性化控制

针对电液位置伺服系统存在强非线性和外界干扰不确定性的问题,提出将反馈线性化与滑模控制相结合的鲁棒反馈线性化控制策略。建立了电液位置伺服系统非线性模型,利用反馈线性化技术将其精确线性化,利用滑模控制来补偿其外界干扰不确定性,同时采用最优控制理论设计了切换函数,并引入模糊控制设计了自适应指数趋近律。以时变负载力扰动为例对系统性能进行了研究,仿真结果表明:该方法有效提高系统鲁棒性、加快响应速度和削弱了抖振。     

新型变指数趋近律的PMSM滑模控制

针对永磁同步电机滑模控制系统符号函数容易出现抖振问题，提出一种基于新型饱和函数的变指数趋近律结合非奇异快速终端滑模控制方法，并利用李雅普诺夫不等式证明其稳定性。考虑到外界负载转矩对系统性能的影响，建立非奇异终端滑模扰动观测器，将转矩的观测值转换成转矩电流前馈补偿至电流环输入端，避免了较大的滑模增益，克服外界突然加扰动时系统的抖振问题。仿真和实验结果表明：改进的新型滑模控制器结合扰动观测器可有效减小系统抖振，提高控制系统的动态响应能力和抗干扰能力。     

基于快速终端滑模的机器人柔顺磨抛阻抗控制

为提高磨抛机器人在未知干扰和建模不确定性下的动态柔顺性能，实现高精度的自动磨抛，提出了一种主动柔顺模糊自适应变阻抗控制方法。以阻抗控制为基础，引入快速终端滑模进行运动控制，以提升控制系统鲁棒性与响应速度，基于指数趋近率，采用连续的双曲正切函数代替符号函数建立带有抑制抖振功能的控制律；在此基础上，采用模糊控制调节阻抗参数来提高系统响应时间和减少超调量，设计了模糊自适应变阻抗模块，定义了模糊规则。通过李雅普诺夫函数验证了控制器稳定性。进行了Simulink仿真对比实验，结果表明，相较于PID,所提方法在响应速度方面提高了37.2%,超调量降低了20.5%,累计误差方面也有明显改善，有利于提高磨抛表面的一致性和磨抛精度。