基于自适应超扭曲算法的燃料电池供气系统二阶滑模控制研究

针对某小型无人机基于聚合物交换膜氢燃料电池和锂离子电池的电推进混合动力系统的实用化需求,提出了一种基于非线性自适应超扭曲算法的二阶滑模氢燃料电池供气系统控制的设计方法。通过研究燃料电池供气系统空压机空气流量与过氧比之间的关系,建立了期望空气流量与最佳期望过氧比关系的参考模型。在参考模型的基础上,引入自适应超扭曲二阶滑模控制器来优化燃料电池供气系统的性能。仿真结果表明,该控制器具有较强的鲁棒性,在负载变化和参数不确定情况下具有良好的暂态性能,同时保证了受控系统的稳定性,优化的压缩机功率配置比恒定的压缩机功率配置节能2.7%,验证了自适应超扭曲二阶滑模控制器的有效性能。

基于干扰观测器的航天器非奇异终端二阶滑模控制

为了消除干扰力矩和结构不确定性对卫星姿态控制性能的影响,本文提出了一种基于新型干扰观测器的非奇异终端二阶滑模控制方法.首先,文章设计了一种基于跟踪微分器的干扰观测器,来对卫星系统中的不确定项进行估计,利用估计值进行补偿,并保证估计误差在有限时间内收敛.在此基础上,文章设计一个非奇异终端滑模面,当系统到达滑模面时,姿态误差可以在有限时间内收敛,并利用二阶滑模趋近律设计控制器,保证系统在有限时间到达滑模面.在干扰观测器误差未完全收敛时,滑模控制器可以对存在的扰动进一步抑制,实现姿态跟踪系统的有限时间稳定,并通过李雅普诺夫方法严格证明了其稳定性.最后,仿真结果表明,干扰估计值误差可以在有限时间内收敛,证明了该控制方法对存在的干扰是具有较好的鲁棒性.

基于指数增益迭代学习的机械臂二阶滑模控制方法

机械臂系统具有非线性和不确定性,针对其精确跟踪控制问题,提出基于指数增益迭代学习的二阶滑模控制算法。首先,采用滑模控制增强系统对外界非重复干扰的鲁棒性,采用二阶滑模方法使控制器产生连续的控制信号,以减轻传统滑模控制的抖振问题;其次,结合指数增益迭代学习控制逼近由摩擦力等周期性扰动引起的有界重复性扰动,通过设置指数增益系数以提高迭代的收敛速度,该方法既能减小系统的跟踪误差又能保证系统的全局渐近稳定性,提高系统的动态性能;最后,分析算法收敛的充分条件,以二自由度机械臂为例对所提方法进行理论数值仿真。仿真结果表明:所提控制方法可以保证系统的稳定运行,输出跟踪误差收敛到接近零的邻域,提高了系统的控制精度,对干扰保持了良好的鲁棒性。

基于有限时间扰动观测器的水厂加矾系统二阶滑模控制

水厂絮凝沉淀过程具有强非线性、不确定性和参数时变等特点,并且原水水质和水量突变等扰动容易对絮凝沉淀过程造成不利影响.本文提出了一种基于有限时间扰动观测器的加矾系统二阶滑模控制设计方法.首先,文章采用带有非光滑项的二阶滑模控制方法设计加矾系统反馈控制;然后,文章设计有限时间扰动观测器对原水水质和水量突变等扰动,以及絮凝沉淀过程强非线性、不确定性和参数时变等导致的模型不匹配进行估计,估计结果作为前馈补偿与反馈控制相结合;最后,理论分析证明了基于有限时间扰动观测器的二阶滑模控制方法的稳定性.仿真结果表明,本文所提出的复合控制方法有效提升了加矾系统的鲁棒性和抗扰动性能.

基于等效误差法的直线电机XY平台二阶滑模控制

对于直线电机驱动XY平台,系统动态的非线性、系统不确定性因素以及曲线轨迹的轮廓误差模型相对复杂等问题影响其轮廓加工精度。采用适用于多轴非线性运动系统轮廓控制的等效误差法,建立可用于一般曲线跟踪且容易计算的XY平台等效误差非线性模型。运用二阶滑模控制方法进行轮廓控制器的设计,通过连续控制量使滑模面及其时间导数在有限时间内趋近于零,削弱抖振的同时抑制不确定性因素对系统性能的影响,使直线电机XY平台达到高加工精度要求。理论推导与仿真结果表明,所设计控制系统能有效提高XY平台的轮廓加工精度。

采用鲁棒微分器的永磁直线同步电机二阶滑模控制

针对永磁直线同步电机伺服系统容易受到参数变化、端部效应和负载扰动等不确定性因素影响的问题,采用二阶滑模控制中的螺旋算法设计直线伺服系统的速度和电流控制器。在出现参数变化和阻力扰动时,为保证动子速度严格跟踪其参考信号,同时消除磁阻作用和推力波动的影响,分别独立选取速度和直轴电流的滑模量,并利用基于二阶滑模的鲁棒速度微分器来估计螺旋算法所需要的加速度信号。仿真结果表明该策略对负载和参数的变化具有很强的鲁棒性,同时有效地削弱了抖振现象。

汽车DYC系统的二阶滑模控制

为提高汽车直接横摆力矩控制(DYC)系统的精度和鲁棒性,提出了DYC二阶滑模(SOSM)控制策略.为了发挥滑模控制的优势并抑制其固有的颤振现象,基于高阶滑模控制理论设计了DYC的上层控制器——二阶滑模变结构车身运动控制器,并采用螺旋控制算法设计滑模控制律;为了产生维持车辆稳定所需的目标横摆力矩,在目标滑移率自动识别的基础上,采用逻辑门限值控制方法设计了DYC下层控制器——滑移率控制器.在Matlab/Simulink和veDYNA车辆动力学仿真环境下建立了汽车DYC硬件在环/驾驶员在环仿真测试平台,并采用该仿真平台对所提出的DYC控制策略进行了评价.结果表明该控制算法在极限工况下可较好地提高车辆的行驶稳定性,显著提高车辆的主动安全性能.

液压机械臂基于反演的自适应二阶滑模控制

利用驱动Jacobian矩阵构建机械臂系统与液压伺服系统的耦合关系,进而建立整个系统的动力学模型。考虑系统未建模动态和外界干扰,通过定义虚拟控制量并选取合适的Lyapunov函数,设计此系统的自适应二阶滑模控制律,使系统在有限时间内精确跟踪期望轨迹且保持强鲁棒性,同时有效削弱了传统滑模控制对系统硬件不利的抖振。仿真结果验证了本文方法的有效性。

永磁直线同步电机二阶滑模控制仿真研究

针对机床进给系统中永磁直线同步电机在运行过程中,易受系统参数变化、负载扰动及端部效应等不确定性因素影响的特点,设计了二阶滑模速度和电流控制器。在出现参数和推力变化时,为保证动子速度严格跟踪其参考信号,同时消除磁阻作用和推力波动,分别独立选取速度和直轴电流控制的滑模量。控制律采用二阶滑模的螺旋算法,二阶滑模将不连续控制作用于变量的高阶微分上,理论上可消除抖振。仿真和实验结果表明该策略具有较强的速度跟踪性能,对负载扰动和参数变化等不确定性具有很强的鲁棒性,同时有效地削弱了抖振现象。

飞航导弹纵向控制系统的二阶滑模控制设计

在介绍了高阶滑模控制的基础上,提出了一种简单有效的二阶滑模控制器,并应用到飞航导弹纵向控制系统中。仿真结果说明:它对参数不确定的系统具有良好的鲁棒性,并能有效的消弱系统的振颤。

基于二阶滑模控制的驾束制导导弹一体化制导系统设计(英文)

针对驾束制导导弹,运用超扭曲二阶滑模控制理论,提出了一种一体化制导控制算法。通过充分考虑目标不确定因素以及控制回路未建模状态,建立了一体化制导控制回路的四阶状态方程。运用该状态方程的转移矩阵,重新定义了零能脱靶量(ZEM),使其不再需要估计剩余时间,并将此作为滑模切换面,设计了一体化超扭曲二阶滑模制导律。通过对目标的拦截仿真,结果表明制导线偏差可在有限时间内收敛到零,从而验证了选择新定义的ZEM作为制导律的滑模切换面是有效的。数字仿真结果也表明了该一体化设计方法明显优于不考虑控制回路的传统制导律设计方法。

二阶滑模控制在直流无刷电机转速调节中的应用

针对受参数不确定和负载扰动影响的直流无刷电机的鲁棒速度控制问题,采用二阶滑模控制中的超螺旋算法设计速度控制器。控制器将不连续控制作用在滑模量的二阶微分上,不但保持了传统一阶滑模的性能,而且消弱了系统抖振。仿真结果表明,算法对负载和参数的变化具有很强的鲁棒性,有效地消弱了传统滑模的抖振现象。

二阶滑模控制在十字梁控制实验系统中的应用

为了削弱传统滑模控制在十字梁实验系统中应用所产生的抖振问题 ,运用了高阶滑模的设计思想设计了多输入多输出十字梁试验系统的输出跟踪二阶滑模控制器 ,从而实现了高阶滑模在多输入多输出系统中的应用 ,并对该系统进行了仿真 ,仿真结果表明 。

悬臂式掘进机器人截割臂建模与二阶滑模控制器设计

根据悬臂式掘进机器人截割工艺和结构特点，建立了截割臂动力学模型．将一种基于有限状态结构的二阶滑模控制扩展到多输入多输出系统中，在无速度观测器的情况下，保证了滑模量及其导数在有限时间收敛到零．算法消弱了传统滑模控制中的抖动问题，提高了控制系统精度．利用提出的多输入多输出二阶滑模控制算法，设计了截割臂控制器．通过仿真和实验，证明了算法的有效性．

永磁直线同步电机多变量二阶滑模控制

针对永磁直线同步电机的动力学特性,提出一种多变量二阶滑模控制算法,并设计了速度和电流控制器。算法在滑模量一阶导数未知的情况下,根据滑模量测量值的大小,在多个状态机之间进行切换产生控制输出,使滑模量及其一阶导数在有限时间内收敛到零。在测量噪声上界未知的情况下,算法实现了永磁直线同步电机控制系统的有限时间稳定,使系统精度达到O(δ)。仿真结果表明,算法对参数变化、端部效应和负载扰动等不确定性具有很强的鲁棒性,消弱了"抖振",提高了控制精度。算法结构简单,易于实现。

直接驱动数控转台自适应二阶滑模控制

针对直接驱动数控转台用环形永磁力矩电动机易受负载扰动及自身参数变化影响的特点,设计了自适应二阶滑模控制器。控制律采用自适应螺旋算法,二阶滑模将不连续控制作用于变量的高阶微分上,削弱了抖振现象。引入自适应控制是对螺旋算法中的控制增益进行动态调节,从而克服了控制增益需要不确定性的界来确定的局限,进而提高了控制性能。仿真结果表明该策略具有较强的位置定位能力,对负载扰动和参数变化等不确定性具有很强的鲁棒性,同时有效地削弱了抖振现象。

用于驱动液压缸活塞运动轨迹跟踪的二阶滑模控制

为了提高驱动液压缸活塞运动轨迹输出精度,采用二阶滑模控制电液阀缸,并对活塞运动轨迹跟踪误差进行仿真.建立电液阀液压缸驱动模型简图,推导出活塞运动方程式.引用二阶滑模控制算法,给出二阶滑模控制收敛条件,分析控制系统输出的稳定性.采用Matlab软件对二阶滑模控制活塞运动轨迹跟踪误差进行仿真,并与传统PID控制方法进行对比分析.仿真结果显示:在无波形干扰环境中,采用传统PID控制和二阶滑模控制,活塞运动轨迹能够较好地跟踪期望运动轨迹;在有波形干扰环境中,传统PID控制活塞运动轨迹产生的误差较大,二阶滑模控制活塞运动轨迹产生的误差较小.采用二阶滑模控制电液阀缸驱动挖掘机臂,能够抑制外界波形的干扰,提高控制系统的稳定性.

永磁同步电机二阶滑模控制

针对受参数不确定性和负载扰动影响的永磁同步电机速度控制问题,采用二阶滑模控制的螺旋算法来设计速度控制器,并利用实时鲁棒微分器来估算控制器所需要的转速微分信号。这种二阶滑模控制方法将不连续控制作用滑模量的高阶微分上,理论上可以消除抖振。仿真和实验结果表明,该方法对于负载扰动和参数的变化具有较强的鲁棒性,同时也有效地削弱了抖振现象。

基于奇异摄动方法的同步发电机二阶滑模控制器的设计(英文)

通过同步发电机激磁控制,可以增强电力系统稳定性。该文首先利用奇异摄动方法将同步发电机解耦为两个不同时标的子系统。根据奇异摄动系统的复合控制原理和滑模变结构控制的鲁棒性,然后采用次最优二阶滑模控制算法实现每个子系统的控制,得到每个子系统的控制算法,再由每个子系统的算法得到同步发电机的复合控制。该文采用二阶滑模控制算法消去了颤抖现象并保证了系统的鲁棒性;采用奇异摄动算法使系统降维。仿真结果证明了该算法的有效性。

反舰导弹基于反演的二阶滑模控制

二阶滑模控制能够有效地削弱传统滑模控制的抖振现象。反演设计能够保证系统的渐近稳定性,但在实际应用中存在"计算膨胀"的问题。为了简化控制器的设计,提出了一种基于反演的二阶滑模控制方法。该方法不仅能保证系统的渐近稳定性,而且使系统具有强鲁棒性。针对反舰导弹参数时变、不确定的特点,文中采用基于反演的二阶滑模来设计控制系统,并以仿真实例证明该方法是很有效的。