基于快速平稳幂次趋近律AGV滑模轨迹跟踪控制研究

针对应用于地下车库的自动导引车(automated guided vehicle,AGV)轮式泊车机器人轨迹跟踪过程中的位置偏差和姿态偏差问题,提出了一种快速平稳幂次趋近律的滑模轨迹跟踪控制方法。首先,在泊车机器人坐标系下建立运动学模型,通过全局坐标系与机器人坐标系之间的转换关系,得到泊车机器人在全局坐标系下的运动学模型;然后采用Lyapunov直接法设计滑模切换函数,采取快速平稳幂次趋近律的方法使泊车AGV从偏差状态快速到达滑模切换面,使AGV泊车机器人快速平稳地跟踪给定参考轨迹。最后,通过MATLAB进行仿真试验,仿真结果验证了所提方法的可行性与有效性。

基于改进幂次趋近律的机械臂终端滑模轨迹跟踪控制

针对传统终端滑模在机械臂轨迹跟踪控制中存在抖振、收敛速度缓慢及奇异性问题,提出了一种基于改进幂次趋近律的有限时间非奇异终端滑模控制策略。首先,设计了一种既能快速收敛又能消除系统初始抖振的改进幂次趋近律,分析证明了其有限时间收敛特性。然后,提出了一种快速非奇异终端滑模面,使系统误差能在有限时间内收敛到零,在此基础上,设计了基于改进幂次趋近律的机械臂快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制器,并进行Lyapunov稳定性分析。仿真结果表明:该控制器能准确跟踪期望轨迹,跟踪误差能在有限时间内快速收敛到平衡点,有效削弱了系统抖振,与快速幂次趋近律的普通非奇异终端滑模控制相比,具有更快的收敛速度和更好的控制效果。

基于快速双幂次趋近律的新型滑模控制

对于滑模控制中传统的趋近律收敛速度慢、时间长和抖振严重等不足,首先提出利用快速双幂次趋近律提高系统状态收敛速度的设计方案,使得该快速双幂次趋近律无论在远离滑模还是在接近滑模的空间内均具有快速收敛能力.理论分析表明,该快速双幂次趋近律具有二阶滑模特性,当系统存在不确定性时,系统状态及其导数可以快速收敛到平衡零点的邻域内.仿真结果表明,快速双幂次趋近律与传统幂次趋近律、指数趋近律、快速幂次趋近律相比,具有更快的收敛速度和更好的运动品质.

采用幂次趋近律的滑模控制稳态误差界

对一类不确定非线性系统采用幂次趋近律的滑模跟踪控制,分别推导了采用Slotine形式的传统滑模面和积分滑模面时的稳态跟踪误差的界.首先,基于Lyapunov方法求出了滑模误差的最终界和系统不确定性、幂次趋近律参数之间定量的数学关系.其次,利用有界输入有界输出稳定的方法,分别求出了采用Slotine形式的传统滑模面和积分滑模面时滑模误差界与稳态误差界之间定量的数学关系.最后,综合得到了稳态跟踪误差界的数学表达式.并且根据给定的稳态跟踪误差要求,设计出适合的幂次趋近律来抑制抖振.仿真算例验证了上述理论结果的正确性.

基于改进幂次趋近律的壁板振动主动滑模控制

在传统幂次趋近律滑模控制算法中,幂次系数a值的选取尤为关键;若a值过大会导致在滑模函数较小时,控制出现剧烈的抖动;而a值过小会导致整个控制过程衰减速度过慢。针对该问题,构建了一种自适应的幂次系数,形成了改进的基于幂次趋近律滑模控制算法,选择飞机壁板振动模态为研究对象,仿真验证了该算法的可行性;最后通过NI-CompactRIO平台进行了壁板振动控制实验。实验结果表明,针对壁板的第一阶模态,改进的幂次趋近律滑模算法振动抑制效果达到10.59 d B,而传统幂次趋近律滑模算法效果为7.53 d B,提升了3.06 d B。

基于频域辨识模型的新型幂次趋近律滑模控制

针对刚柔耦合系统传统理论建模过程复杂、模型不准确问题,采用频域子空间方法来辨识实验系统中的电机模型和压电片模型。同时针对传统趋近律的到达时间较长以及抖振问题,提出一种新型幂次趋近律的滑模控制。理论分析表明在不影响抖振情况下可缩短到达时间和扩大传统幂次趋近律参数α的范围。考虑柔性梁振动特性对系统性能的影响,采用子滑模面的方法来设计滑模控制器。最终,实验结果表明所设计控制器能够实现对中心刚体角度的快速跟踪,并且能够快速抑制柔性梁的振动。

采用改进快速变幂次趋近律的滑模控制方法

针对基于传统幂次趋近律的滑模控制方法在使用中抖振现象突出、趋近速度慢、时间长等问题,提出一种改进快速变幂次趋近律的滑模控制方法。首先,采用快速双幂次趋近律并加以改进,在原快速双幂次趋近律的基础上加入变指数项,使系统状态在不同趋近阶段中针对性地调节速度,大大地提高了系统动态响应过程的趋近速度,限制了抖振现象的产生,同时具有有限时间收敛性。对改进后的快速变幂次趋近律的数值分析结果表明:当系统状态的绝对值小于1时,系统相当于快速幂次趋近律,系统可平滑进入滑模段,消除抖振;当系统状态的绝对值大于等于1时,又相当于快速双幂次趋近律,系统的动态响应速度有所提高,趋近时间缩短。然后,将改进的快速变幂次趋近律用于滑模控制中,构成改进快速变幂次趋近律的滑模控制方法。采用所提滑模控制方法对履带机器人轨迹进行跟踪控制,实验结果表明:与几种基于传统的幂次趋近律控制方法相比,所提控制系统在趋近平衡零点时几乎无抖振现象的产生,具备更优的性能,且收敛时间最短,最短时间仅为其他方法的69.4%。

永磁同步电机变指数快速幂次趋近律滑模控制

为了提高永磁同步电机调速系统的控制性能,克服扰动对转速的影响,研究了一种变指数快速幂次趋近律。该趋近律趋近速度快,抖振小。基于该趋近律设计永磁同步电机积分滑模速度控制器,用李雅普诺夫函数对控制器进行稳定性分析,并与传统指数趋近律控制器、PI控制器进行仿真对比,结果表明采用变指数快速幂次趋近律控制器的系统速度响应快,鲁棒性强,具有良好的动、静态性能。

基于幂次趋近律滑模控制的H桥逆变器复杂动力学行为研究

基于幂次趋近律的滑模控制具有响应速度快、对噪声干扰和参数摄动不敏感等特点,在H桥逆变器的控制中得到广泛应用。然而,滑模控制的H桥逆变器是一种非线性控制的时变非线性系统,必然表现出强的复杂的动力学行为,控制参数和电路参数的选取将影响系统工作的稳定性。分析该系统的工作过程,运用频闪映射法建立系统的一阶离散模型;采用折叠图和频谱图的方法分析了系统在不同控制参数α和k下的复杂动力学行为,发现一种多种倍数的倍周期状态同时存在的特殊分岔现象,并通过分析输出波形峰值和谷值附近采样的分岔图进行了一一验证。运用快变稳定性定理对系统工作的稳定性进行进一步的分析,研究结果为系统控制参数的合理选择提供重要依据。研究发现输入电压E、负载电感L与电阻R等外部电路参数的选取对系统的稳定性能有重要的影响。因此,研究结论对基于幂次趋近律滑模控制的H桥逆变器的设计和调试提供了可靠的参考,具有一定的理论意义和实际的工程价值。

基于幂次趋近律的电流型有源滤波器变结构控制

有源滤波器主电路中,采用电流源型逆变器比电压源型逆变器有更强的电流控制能力和更高的可靠性.本文根据电流源型有源滤波器的状态模型,提出了一种幂次趋近律滑模变结构控制策略,该方法具有较好抑制滑模变结构的抖振、响应速度快、稳定性好和对外界干扰不敏感等特点,与直接电流PWM策略相结合,可以准确、快速地实现有源滤波、无功补偿和不对称负载补偿的功能.借助PSCAD仿真软件验证了该控制方法的有效性.

采用快速幂次趋近律的滑模控制仿真实验

对于二阶van der Pol混沌系统,采用不同的趋近律设计滑模控制器进行平衡控制。在滑模控制器的设计中,分别采用指数趋近律和快速幂次趋近律。采用指数趋近律时,控制输入出现了抖振现象。采用快速幂次趋近律时,控制输入没有出现抖振现象。通过MATLAB/Simulink软件建立采用不同趋近律的滑模控制仿真实验。该仿真实验,有助于学生对混沌控制和滑模控制的理论理解和工程应用。

改进幂次趋近律滑模控制的H桥逆变器复杂动力学行为研究

以改进幂次趋近律滑模控制的H桥逆变器为例:首先,运用频闪映射理论建立数学离散模型;其次,采用频闪图和频谱图观察到系统工作在不同控制参数k_(1)和k_(2)作用下的非线性动力学行为;再次,运用快变稳定性定理对系统工作稳定性进行理论分析,研究的结论与频闪图及频谱图的分析完全一致;最后,研究发现输入电压E、负载电感L与电阻R等外部电路参数的变化,对系统的稳定性能有重要的影响。

基于幂次趋近律的单向辅助面滑模控制

针对连续非线性系统,采用一种基于幂次趋近律的单向辅助面滑模控制方法。首先依据给定的连续非线性系统,设计单向辅助面滑模控制器,并在此基础上,引入了幂次趋近律,设计基于幂次趋近律的单向辅助面滑模控制器,且给出稳定性和有限时间收敛的理论证明。该方法能够确保系统状态在切换面附近的趋近速度,即当且仅当系统状态位于原点处时趋近律为零,较好地削弱了系统抖振。最后,通过实验仿真,验证了该方法的有效性。

《航空高压直流供电系统中三相Vienna整流器的控制策略研究》之二——基于模糊幂次趋近律的双闭环滑模控制策略研究

针对传统的幂次趋近律在远离滑模面时趋近速度较小的问题,提出了一种基于模糊幂次趋近律的双闭环滑模控制策略。通过建立模糊规则,使趋近律的幂次能够根据系统状态进行相应调节,保证了其在远离和接近滑模面时均能保持较高的趋近速度。通过对广义滑模条件和到达时间有界的证明,从理论上证明了该趋近律能够使系统在有限时间内到达参考值;在此基础上,将幂次趋近律应用到Vienna整流器的控制闭环中,内、外环分别采用了直接电流控制和输出电压控制,且为提高中点电位的调节能力,将上下电容电压值均作为输入量加入到外环控制器中;仿真和实验结果表明,相比传统的PI控制策略,该滑模控制策略具有更好的动态、稳态和鲁棒性能,中点电位调节能力也显著提高。

新型幂次趋近律的无人艇航向的终端滑模控制方法

针对传统滑模控制方法和传统滑模趋近律在喷水推进型水面无人艇的航向控制中存在收敛速度慢、耗时长和抖振严重等缺点,提出一种基于新型幂次趋近律的终端滑模控制方法。首先利用终端滑模控制思想在滑动超平面的设计中引入非线性函数,构造Terminal滑模面,在终端滑模控制提高动态响应速度的前提下,进而引入改进的新型幂次趋近律,充分结合终端滑模的控制理论和新型趋近律的思想设计了新型Terminal滑模控制器,最后进行了Lyapunov稳定性证明和仿真。仿真结果表明,设计的新控制器与传统幂次趋近律、指数趋近律相比,具有更快的收敛速度和更好的运动品质。

一种新型变指数幂次趋近律的设计与分析

针对传统滑模趋近律中的抖振现象、收敛速度慢等不足,提出一种新型变指数幂次趋近律。该趋近律通过使用变指数幂次项,实现了在系统趋近过程中根据不同阶段进行自适应调节的功能,大幅提高了系统的收敛速度,并具有全局有限时间收敛特性。当系统存在模型不确定型和外部有界扰动时,滑模变量可在有限时间内收敛到边界层宽度为1左右的稳态误差界内,且该稳态误差小于现有的双幂次趋近律、快速幂次趋近律和多幂次趋近律等方法的结果。仿真算例验证了所提出趋近律的有效性和优越性。

基于幂次趋近律滑模观测器的无刷直流电机无位置传感器控制系统研究

为了实现无刷直流电机无位置传感器控制,提出一种基于幂次趋近律的滑模观测器对无刷直流电机进行反电动势观测,为了减小系统的抖振,讨论了幂次趋近律指数α对反电动势的影响。选取合适的α值能有效地削弱抖振,得到光滑的线反电动势。仿真和实验表明,与传统滑模观测器相比,基于幂次趋近律的滑模观测器能够准确的观测出无刷直流电机的反电动势,具有较高的稳态精度,对于负载突变具有较好的适应性。

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。

基于变幂次趋近律的滚珠丝杠进给系统滑模控制

为了解决滚珠丝杠进给系统滑模控制的抖振问题并提高系统跟踪性能,提出了一种基于变幂次趋近律的滑模控制方法.所设计的非线性干扰观测器能精确地观测出是否满足匹配条件的干扰.采用改进的变幂次趋近律提高了滑模函数的收敛速度,改善了运动品质.在控制律中设计积分补偿项消除了匀速段的稳态误差.仿真及实验结果表明:基于指数趋近律方法的最大跟踪误差仿真值与实验值分别为3.40和17.77μm,基于改进的变幂次趋近律方法的最大跟踪误差仿真值与实验值降低至2.79和11.00μm.控制电压信号中的抖振明显削弱,且增加外部干扰后仍能维持高精度.仿真及实验结果证明了基于变幂次趋近律的滚珠丝杠进给系统滑模控制方法能够有效消除抖振及匀速段的稳态误差,提高跟踪精度,且对外部干扰具有强鲁棒性.

基于两相幂次趋近律的四旋翼飞行器自适应控制

本文研究存在惯性不确定性和外部干扰的四旋翼飞行器系统有限时间位置和姿态跟踪控制问题。首先,设计一种新型两相幂次趋近律,当系统状态远离滑模面时,利用较大的幂次项提高趋近速率;当系统状态接近滑模面时,切换成较小的幂次项削弱抖振。其次,设计有限时间滑模控制器保证位置和姿态输出能够在有限时间内跟踪参考轨迹。同时,构造自适应参数更新律用以估计系统不确定性的上界,进而提高系统鲁棒性。最后,通过数值仿真验证本文所提控制方法的有效性。