永磁同步电机快速超螺旋滑模控制

为了增加永磁同步电机(PMSM)服控制系统的抗干扰能力,提高控制系统动态响应性能,提出了一种基于全局快速滑模控制和超螺旋算法(STA)的全局快速超螺旋滑模速度控制器并应用于永磁同步电机转速控制。根据经典超螺旋算法提出了改进的新型超螺旋算法,解决了经典超螺旋算法存在的收敛速度慢、参数选取依赖干扰边界信息等缺点,并在提出的新型螺旋算法的基础上证明其稳定性和有限时间收敛的特性。最后,针对不同的扰动与摄动分别验证了该算法的鲁棒性并求出最佳系数。仿真结果表明,与PI控制、终端滑模控制、经典超螺旋终端滑模控制相比,该方法能在电机空载启动时及外加时变干扰等情况下使稳态误差减小和鲁棒性显著提升。     

永磁同步电动机自适应超螺旋控制仿真

为优化永磁同步电动机的转速控制精度,使其达到需求标准,提出一种自适应Super-Twisting控制方法.基于构建的三相永磁同步电动机数学模型,架构超螺旋控制算法与超螺旋滑模观测器增益条件,利用电动机电磁转矩与定子磁链,分别设计自适应超螺旋滑模磁链控制器与自适应超螺旋滑模电磁转矩控制器,将符号函数替换成准滑动模态的激励函数,完成超螺旋磁链控制器与超螺旋转矩控制器优化,经添加坐标变换模块,令自适应超螺旋控制器的输出电压与空间矢量调制模块的输入电压相一致,采用二阶滤波环节平滑转速指令,转换速度追踪问题为速度调节问题,实现自适应控制.仿真结果表明,所提方法在不同扰动作用下均具有快速、稳定的参考转速跟踪效果、精确的扰动估计以及较好的抗扰动性与自适应性.     

基于干扰观测器的不确定非线性系统终端滑模控制器设计

考虑系统遭受复合干扰影响,针对一类不确定非线性系统的控制问题展开研究.首先,提出一种n阶超螺旋干扰观测器,对系统干扰进行估计;然后,结合系统的结构特点和滑模控制理论构造积分滑模面,并与二阶快速终端滑模控制理论相结合,设计基于干扰观测器的滑模控制器,通过引入反曲函数降低抖振,利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性;最后,将该方法应用到磁悬浮系统的稳定性控制并进行仿真实验,结果表明了所提出方法的有效性.     

侧滑打滑时的WMR抗饱和模糊超螺旋滑模控制

针对侧滑打滑干扰和执行器饱和约束导致轮式移动机器人(WMR)轨迹跟踪困难的问题,提出一种抗饱和模糊超螺旋滑模控制策略.根据WMR的轨迹跟踪误差模型,设计运动学控制器,得到辅助速度控制律;采用反步法思想,设计抗饱和模糊超螺旋滑模动力学控制器,通过饱和约束辅助系统实现抗饱和控制,并引入模糊自适应律,动态调整超螺旋控制律参数...     

永磁同步直线电机的分数阶超螺旋滑模控制

为了提高永磁同步直线电机的跟踪性能,增强系统的鲁棒性,本文提出了分数阶超螺旋滑模控制策略.首先,针对外部扰动以及系统的未知状态设计广义超螺旋观测器,其能够精确估计永磁同步直线电机的速度和外部扰动.其次,将分数阶理论和终端滑模控制理论相结合,提出有限时间收敛的分数阶超螺旋滑模控制器,以实现永磁同步直线电机的跟踪控制.最后,通过仿真对比验证所提方案的有效性.     

运输机低空重装空投增益自适应滑模控制

本文针对带有不确定性且不确定性边界未知的低空重装备空投过程控制问题,提出了基于增益自适应全局滑模的飞行控制方法.该方法采用反馈线性化技术对重装空投过程模型进行线性化,解决了空投模型的强非线性问题,在此基础上,设计了切换增益自适应全局滑模控制器,保证了系统在响应全程的鲁棒性,克服了滑模到达阶段系统初始误差对切换增益自适应过程的影响.提出了一种改进的增益自适应方法,解决了滑动阶段的切换增益过度自适应问题.基于Lyapunov理论证明了控制器的稳定性和鲁棒性.仿真验证了控制方法的控制性能和优越性.     

一种新的模糊滑模控制器设计方法

针对具有较大且不可观测外界干扰的一类不确定系统,提出一种新的模糊滑模控制器设计方法.首先基于模糊滑模控制原理,引入全局快速终端滑模控制,使系统在有限时间内达到稳态;然后构造以李雅普诺夫函数导数的绝对值为补偿的自适应干扰估计项,对外界干扰进行准确估计,进而提出一种双层递阶指数趋近全局快速终端模糊滑模控制器,通过指数趋近率来调节滑模面的动态品质,该控制器能快速收敛到稳定状态,且有效消除控制器的抖振情况;最后通过仿真算例验证所提方法的有效性.     

陀螺仪系统同步控制的参数自适应滑模控制

针对带有内部不确定性及外部扰动的陀螺仪混沌系统的同步问题,提出了一种参数自适应滑模控制方法,并给出参数自适应律.该方法不依赖被控混沌系统的数学模型,可以快速跟踪主混沌系统.时域及复频域理论分析表明,由参数自适应滑模控制器组成的闭环控制系统是全局渐近稳定的,而且参数自适应滑模控制器具有良好的抗扰动鲁棒性.仿真结果表明该控制方法计算量小、响应速度快、控制精度高、抗扰动鲁棒性强,在非线性不确定系统控制领域具有广泛的应用价值.     

多关节机器人的自适应模糊滑模控制

针对多关节机械臂轨迹跟踪控制,提出了一种基于全局快速终端滑模面的自适应模糊滑模控制方法。该方法通过设计合适的自适应律,采用模糊自适应控制调节滑模控制的切换控制增益,实现了对建模误差和不确定干扰的自动跟踪,削弱了抖振。系统不需要对建模误差和干扰进行预估计,并且通过对控制器结构的简化,降低了模糊控制器的维数,减少了计算量。利用李亚普诺夫定理证明了控制系统的稳定性,仿真结果表明了其有效性。     

不确定Duffing混沌系统的同步控制

在模糊滑模变结构控制基础上,研究具有不确定性Duffing混沌系统的同步控制问题。选择合适的滑模面,基于Lyapunov稳定性理论设计模糊滑模变结构控制器及自适应更新规则,从理论上证明控制系统的稳定性。由于控制器的设计是基于自适应模糊滑模变结构控制的,与常规方法相比,控制器滑动模态不受干扰的影响,有较好的鲁棒性和快速跟踪能力。通过数值仿真实验验证了该系统的有效性。     

高阶终端滑模控制在稳定平台中的应用

针对稳定平台伺服系统中干扰对跟踪精度的影响,提出一种高阶终端滑模控制算法.首先,提出一种基于super-twisting算法的高阶滑模干扰观测器的设计方法,实现对系统中干扰的快速估计与实时补偿.其次,提出一种基于Lyapunov函数的高阶终端滑模控制器,由到达条件推导而得,高阶终端滑模控制将不连续的切换项作用于变量的高...     

基于super-twisting算法的多航天器姿态有限时间分布式协同控制

针对受外界干扰和执行器故障影响的多航天器姿态协同控制问题,本文设计了一种基于干扰观测器的分布式协同supper-twisting滑模控制器.首先,将各航天器的外界干扰和执行器故障看作一个集总干扰,设计自适应滑模干扰观测器对其进行估计.其次,将supper-twisting算法和积分滑模面相结合,设计一种基于多航天器姿态...     

Design of an adaptive tracker for n-link rigid robotic manipulators based on super-twisting global nonlinear sliding mode control

This paper develops an adaptive super-twisting global nonlinear sliding mode control technique for n-link rigid robotic manipulators. A novel control law is designed to guarantee elimination of the reaching phase and existence of the sliding mode around the surface right from the initial time. Furthermore, the adaptive tuning law eliminates requirement of the knowledge about the upper bounds of external disturbances. By using the proposed method, a robust controller is designed so that the tracking error of rigid manipulator is convergent to the global nonlinear sliding surface in a finite time, and strong robustness with respect to large uncertainties and disturbances is guaranteed. Illustrative simulations on a two-link elbow robot manipulator and a three degree of freedom rigid manipulator are presented to show the robustness and effectiveness of the suggested design compared to other method. Moreover, a simulation as well as experimental study of a rotary inverted pendulum system demonstrates the applicability of the proposed method.     

基于混合滑模控制器和反正切观测器的SPMSM直接转矩控制

针对基于传统PI控制的表贴式永磁同步电机(SPMSM)直接转矩控制系统抖振和相位延迟等问题,在转速环节设计新型趋近律,采用模糊自适应方法,实现趋近律参数的动态调节,并通过Lyapunov方法证明稳定性.利用super-twisting滑模策略生成参考电压矢量,完成混合滑模控制器的设计,建立基于反正切函数的滑模观测器,并对转子位置进行合理补偿.仿真实验表明,与PI控制、基于指数趋近律的滑模控制器相比,所设计的控制器在电机空载起动和外加干扰情况下均能有效提高系统响应,显著降低抖振,与其他模型参考自适应观测器相比,所设计观测器能有效减小相位延迟,转子位置辨识结果更准确.     

基于干扰观测器的一类不确定非线性系统自适应二阶动态terminal滑模控制

针对一类不确定非线性系统的跟踪控制问题,在考虑建模误差、参数不确定和外部干扰情况下,以其拥有良好的跟踪性能以及强鲁棒性为目标,提出基于回归扰动模糊神经网络干扰观测器(recurrent perturbation fuzzy neural networks disturbance observer,RPFNNDO)的鲁棒自适应二阶动态terminal滑模控制策略.将回归网络、模糊神经网络和sine-cosine扰动函数各自优势相结合,给出一种回归扰动模糊神经网络结构,提出RPFNNDO设计方法,保证干扰估计准确性;构造基于带有指数函数滑模面的二阶快速terminal滑模面,给出其控制器设计过程,避免了滑模到达阶段、传统滑模的抖振问题,采用具有指数收敛的鲁棒项抑制干扰估计误差对系统跟踪性能的影响,利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性;将该方法应用于混沌陀螺系统同步控制仿真实验,结果表明所提方法的有效性.     

High‐order sliding mode control design based on adaptive terminal sliding mode

High‐order sliding mode control techniques are proposed for uncertain nonlinear SISO systems with bounded uncertainties based on two different terminal sliding mode approaches. The tracking error of the output converges to zero in finite time by designing a terminal sliding mode controller. In addition, the adaptive control method is employed to identify bounded uncertainties for eliminating the requirement of boundaries needed in the conventional design. The controllers are derived using Lyapunov theory, so the stability of the closed‐loop system is guaranteed. In the first technique, the developed procedure removes the reaching phase of sliding mode and realizes global robustness. The proposed algorithms ensure establishment of high‐order sliding mode. An illustrative example of a car control demonstrates effectiveness of the presented designs. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

不平衡电网电压下MMC-UPQC的无源超螺旋二阶滑模控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)在电网电压不平衡时,采用传统控制方法存在补偿效率和精确性较低的问题.针对这一情况,提出一种无源超螺旋二阶滑模控制策略.首先,基于MMC-UPQC的数学模型和无源控制理论,设计不平衡电网电压下基于欧拉-拉格朗日模型的正负序无源控制器;然后,加入超螺旋二阶滑模控制对无源控制器进行改善,抑制常规滑模存在的抖振,并解决无源控制对系统精度要求高的问题,提高系统的响应速度、补偿精度和抗干扰能力,提升系统的整体性能;最后,在Matlab/Simulink平台上进行仿真,并与PI控制和单独的无源控制对比,仿真结果验证了所提无源超螺旋二阶滑模控制策略的有效性和优越性.     

Velocity-free adaptive nonsingular fast terminal sliding mode finite-time attitude tracking control for spacecraft

Aiming at the attitude tracking control problem of rigid spacecraft under the condition of unmeasurable angular velocity information, a velocity-free adaptive nonsingular fast terminal sliding mode finite-time tracking control method is proposed. The finite-time extended-state observer is used to estimate the attitude tracking speed errors and the integrated disturbances. Combined with the above control method, a fast nonsingular terminal sliding mode controller with attitude measurement is designed and the adaptive technology is introduced to compensate for the influence of observation errors on the controller. The finite-time convergence of the observer and the control method was demonstrated based on Lyapunov theory, and the effectiveness of the proposed method is verified by numerical simulations.