基于Super-Twisting滑模S面的无人机路径跟踪控制

针对小型固定翼无人机在执行任务时跟踪精度低以及容易受外界风影响的问题,设计基于Super-Twisting滑模S面(STSM S-Plane)的路径跟踪控制器,同时采用内外双环控制模式。外环即速度环采用Super-Twisting滑模控制,内环即姿态环采用S面控制。考虑到S面控制求导易导致积分爆炸的问题引入了二阶微分器,并对外界风组成进行建模研究。最后通过空间特殊曲线来验证所设计算法的控制性能。仿真结果表明,所设计的算法可以实现固定翼无人机对期望路径的精确跟踪,并具有良好的鲁棒性和抗干扰性能。

一种新型最速控制技术:原理和应用

在实际的控制工程领域中,传统的比例–积分–微分(PID)控制仍然占主导地位.一阶惯性滤波器(FOIF)是构建PID结构的基础.加速型工程最速比例–积分(AEFPI)控制器则是以加速型工程最速跟踪滤波器(AEFTF)为基础构造的,然而,对于AEFPI的全面研究和分析还缺乏.本文提出了FOIF原型的问题,并通过研究和分析最速跟踪滤波器机理与物理缺陷、工程化重构加速型工程最速滤波器输出跟踪输入特性、频域滤波特性以及所构造的AEFPI控制器的控制性能等方面,从技术角度揭示了低通滤波器属性对所构造控制器性能具有决定作用.通过数学计算分析、仿真实验验证以及现有工程实践结合,说明了这种AEFPI控制器具备显著反馈控制性能.

固定翼UAV路径跟踪的全局稳定积分滑模S面控制

针对固定翼无人机的三维路径跟踪控制问题,设计了一种基于全局稳定积分滑模S面模型的内外环控制器。控制器外环采用全局稳定积分滑模控制,内环采用S面控制。设计控制器外环的全局稳定积分滑模控制律,并采用Lyapunov理论证明所设计控制律的稳定性。对内环的指令信号设计S面控制器,考虑到S面控制器中求导的复杂性,引入二阶微分器,解决内环中导数存在积分爆炸的问题。半物理仿真试验结果表明,提出的控制器能精确跟踪期望路径,具有良好的控制性能和抗干扰性能。

基于串级线性自抗扰的四旋翼姿态控制方法

针对四旋翼无人机姿态调整过程中,由于参数不确定性及外界环境干扰,往往给姿态控制带来一定困难。本文研究提出一种基于串级线性自抗扰的四旋翼姿态控制方法。首先建立四旋翼无人机的动力学姿态模型,提出采用串级PID双环路控制架构,将姿态控制任务分解为内外两个环路。采用Levant微分器提取控制参量,以强化跟踪能力。此外,对原线性自抗扰控制器进行优化,旨在更好地消除外界随机扰动对系统的影响。利用MATLAB Simulink环境对提出的控制方法进行模拟,结果表明相比传统方法,该方法能更好地抑制系统受扰动引起的影响,增强系统对期望信号的跟踪能力,从而明显提高了四旋翼无人机姿态调整的精度与稳定性,以及四旋翼无人机姿态控制的精度和鲁棒性。

基于无差扰动跟踪状态观测器的自抗扰控制技术研究

针对现有自抗扰控制器使用的扩张状态观测器抑制谐波扰动能力差的缺点,提出一种基于无差扰动跟踪观测器的改进型自抗扰控制方法,该方法消除了传统扩张状态观测器的状态跟踪误差对系统的影响,显著地抑制谐波扰动引起的系统振动,提高了系统控制精度,并证明了提出的方法对系统参数和自抗扰控制参数在大范围内变化保持控制的稳定性。仿真实验表明,提出的观测器具有跟踪精度高、抗扰能力强、频率稳定性好等优点,具有良好的控制性能。

基于SMO的PMSM无模型无差拍预测电流控制

为提高永磁同步电机(PMSM)控制系统的鲁棒性,针对永磁同步电机参数失配问题,提出一种基于改进滑模观测器的无模型无差拍预测电流控制(MFDPCC-SMO)算法。首先,基于理想状态下的PMSM模型,利用电流环的输入与输出,构建PMSM新型超局部模型。其次,使用双曲正切函数建立改进滑模观测器(SMO),利用SMO对超局部模型的干扰部分进行实时估计。最后,结合延时补偿的无差拍预测电流控制(DPCC)得到参考电压矢量,从而实现MFDPCC-SMO控制算法。对参数失配情况下MFDPCC-SMO算法与MPCC算法进行对比分析,仿真与实验结果表明,所提算法有较强的抗干扰性和鲁棒性,能够稳定跟踪目标电流。

一种位域比例观测器及其在火电机组过程控制中的应用

随着新型绿色能源装机容量的快速增长,电网亟需快速增加深度调峰、快速调频能力。现有火电机组是实现电网快速增加深度调峰、快速调频能力的主力军。工程最速控制器(engineering fastest controller,EFC)奠定了现有火电机组实现电网快速增加深度调峰、快速调频能力的良好基础,但在其应用过程中发现,重要过程参数大幅超标的风险始终无法避免。针对此,运用一位式控制技术发明一种位域比例观测器(position zone proportion observer,PZPO),并结合EFC应用,进一步提升EFC的综合控制性能,有效降低了重要过程参数大幅超标的风险。仿真实验验证了PZPO的应用效果,典型工程应用案例证明PZPO进一步提升了火电机组深度调峰、快速调频能力,有助于新型绿色能源的消纳和快速发展。

基于趋近律的互补积分终端滑模音圈电机控制

音圈电机(VCM)主要应用于小范围直线定位场景,需保证其拥有高精度及高鲁棒性,并且由于电机参数及摩擦力等影响,VCM是非线性且时变的。本文从VCM工作原理分析并建立对应二阶系统模型。控制策略上采用滑模控制和状态观测器的结合,针对滑模控制的抖振问题分别从滑模面和趋近律方向分别提出对应解决方案。滑模面采用互补积分终端滑模控制(CISMC),在减小抖振的基础上,采用齐次理论设计的积分终端滑模实现了有限时间的收敛性;趋近律采用幂次趋近律和fal非线性函数的结合,可以更快的到达滑模面;在滑模控制外采用状态观测器(ESO)对系统扰动等进行前馈补偿,提出了一种基于趋近律的互补积分终端滑模控制(CISMC)。根据推导的数学模型在MATLAB/Simulink中建立系统仿真模型,通过仿真实验表明CISMC+ESO的方案,在跟踪正弦信号相较于互补滑模控制(CSMC)+ESO方案,稳定误差最大减少75%,完全跟踪时间最大减小28.5%;在跟踪斜坡信号时,稳态误差明显减少较大,完全跟踪时间最大减小84%。实验表明其在系统控制精度和鲁棒性方面都有明显提高。

基于NLESO的音圈电机互补滑模位置控制

音圈电机(VCM)对控制系统的精度及鲁棒性拥有较高的要求。针对其工作中存在因电机参数和机械摩擦力变化而造成非线性电磁特性的问题,对音圈电机进行原理分析并建立对应数学模型,将系统数学模型中不可测及未知干扰部分定义为总和干扰,利用非线性扩张状态观测器(NLESO)估计系统位置及总和扰动,将估计的总和扰动部分前馈补偿到控制回路中,由此提出一种基于非线性扩张状态观测器的闭环互补滑模位置控制算法。根据推导的数学模型在MATLAB/Simulink中建立系统仿真模型,通过仿真实验表明NLESO+CSMC的方案相较于传统传统滑模控制在稳态误差方面最大可以减小95.5%,完全跟踪时间最大可以减小0.158 s,而且在改变期望信号后依旧保持较好的跟踪性能,提高了控制系统的精度及鲁棒性。

基于FPGA和ARM的音圈电机式振镜驱动器设计

针对现有音圈电机式振镜驱动控制器存在的诸多不足,提出一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)和进阶精简指令集机器(ARM),再配合外围电路的异构驱动控制方法,外围驱动电路依据工程需求对应设计。根据FPGA和ARM两种处理器各自的优势划分功能,其中ARM主要用于系统初始化、信号采样、模拟信号输出、位置环电流环闭环控制等,FPGA主要负责激光打标图象点数据集的处理、上位机通讯功能、与ARM之间的数据交换等。驱动电路仿真实验表明电路设计是合理的,可以达到所需要求。