分布式驱动电动汽车横向稳定性抗饱和滑模控制

【目的】探讨轮毂电机输出转矩的幅值和响应速度饱和的问题。【方法】以分布式电动驱动汽车为研究对象,结合二阶嵌套饱和函数对滑模控制进行抗饱和设计,并基于轮毂电机的峰值转矩及其在台架试验中的实际响应设计抗饱和滑模控制器的上下限参数。【结果】抗饱和滑模控制器能严格限制直接横摆力矩的幅值和变化速率,能极大地提高极限工况下车辆的横向稳定性。【结论】本文提出的方法有效解决了极限工况下轮毂电机易陷入饱和的问题,避免了因车轮滑移导致车辆失稳。

基于扩张状态观测器和抗饱和输入的伺服电机等效反步滑模控制

为了提高伺服电机系统的动态响应速度、抗干扰能力,解决输入饱和的问题,课题组基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)和抗饱和输入(anti-saturation input,ASI)辅助系统设计了伺服电机的运动控制方案。首先,建立了伺服电机的数学模型,将系统阻尼和系统不确定性归为扰动,将扰动设为系统的扩张状态;然后在等效反步滑模控制(backstepping sliding mode control,BSMC)的基础上,引入了ASI辅助系统和ESO,解决输入饱和问题,并抑制内、外干扰;采用双曲正切饱和函数替换符号函数以减小滑模控制的抖振;通过李雅普诺夫稳定性方法检验所提出控制器的稳定性。最后,将基于ESO和ASI的等效反步滑模控制与比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制、滑模控制(sliding mode control,SMC)进行仿真对比。结果表明:相较于传统PID和SMC控制器,课题组所设计的控制器可以实现伺服电机的无超调快速响应,解决了输入饱和问题,并具有较好的抗干扰能力和减小输入冲击的作用。

基于层次分析法构建舰艇抗饱和攻击防御策略研究

当舰艇受到饱和攻击时,采用不同的防御策略进行防御作战会获取不同的作战效果。为了提高舰艇对抗多目标饱和攻击的防御能力,采用层次分析法分析研究建立防御武器层次的评价函数,分析在一定作战条件下构建不同防御武器层次的舰艇抗饱和攻击策略,获取抗饱和攻击防御的最佳方案,对提高舰艇抗饱和攻击效率具有较好的现实意义。

WPT系统双边协同抗饱和控制策略研究

基于脉冲密度调制PDM(pulse density modulation)的双边协同控制使得无线电能传输WPT(wireless power transfer)系统在耦合系数和负载阻抗变化的情况下能够保持最大效率传输,但是在系统启动及电池恒流恒压充电切换时会产生远高于额定值的电流/电压超调。为了解决超调问题,保证电池充电稳定性,提出了一种抗饱和控制策略。首先,基于WPT系统的等效电路模型分析最大效率点跟踪的工作原理;然后,结合WPT系统两侧控制量的协同工作过程,解析系统启动及电池恒流恒压充电切换时的超调现象,给出恒流恒压控制器设计方法,将反计算抗饱和算法与控制器设计相结合,提出抗饱和控制策略;最后,搭建了仿真模型,验证所提出的抗饱和策略能够有效抑制控制器饱和导致的超调,减少系统到达稳态的时间,降低电流/电压的超调带来的元器件应力。

高超声速飞行器预设性能抗饱和容错控制方法

针对高超声速飞行器飞行中所面临的扰动与不确定性、执行机构部分失效故障以及输入饱和问题,提出了一种预设性能抗饱和容错控制方法。在控制器设计过程中,首先利用扩张状态观测器估计扰动与不确定性,并在控制器中进行补偿;然后,设计了一种新型有限时间收敛的预设性能控制方案,并与自适应控制相结合解决执行机构部分失效问题;最后,通过加入辅助系统解决了输入饱和问题。仿真结果表明:所设计的控制方案可以有效降低故障影响,提高跟踪误差收敛速度,限制输入量变化范围。

一类具有执行器饱和的非线性系统抗饱和方法研究

针对一类具有执行器饱和的非线性控制系统,提出了一种双环路的动态抗饱和补偿方案,为执行器输出受限的非线性系统提供了新思路.与现有结果相比,所提方案能更好地改善闭环系统控制性能.考虑执行器饱和约束,通过优化执行器饱和发生前后控制器的状态误差的积分性能指标,综合设计一类同时包含传统抗饱和及延迟抗饱和补偿器两个环路的改进抗饱和补偿器,这类补偿器有效地抑制了饱和现象对控制器的影响,从而降低了执行器饱和对控制系统性能的影响.当系统存在高饱和度现象时,利用该双环路抗饱和补偿器,可以最大程度弱化饱和对系统性能的影响.最后,利用输入状态稳定(Input state stability,ISS)定理分析和证明了该闭环系统全局一致有界稳定.并通过舵机执行器受约束的舵减横摇系统的仿真试验,验证了该方案的有效性及优越性.

基于抗饱和的异步电机调速性能优化

异步电机的调速控制常采用传统的PI调速方式,但由于其存在非线性特性,为提高控制性能,建立了异步电机矢量控制的数学模型,提出了一种由抗积分饱和(AW)控制器和扰动观测器(DOB)复合控制的方法对经典的PI控制进行优化。在优化的PI调节器中,积分项可根据调节器的输出是否饱和进行单独控制,可以削弱积分饱和效应,也可以较好地消除系统受到的干扰。实验结果表明,所设计的控制器可以在提高响应速度的同时,较好地抑制积分饱和现象,提高异步电机调速的性能。

永磁交流速度伺服系统抗饱和设计研究

传统的AW算法属于“二步法”设计,但有2个本质的缺陷:①控制器补偿系数具有较大的随意性;②系统综合困难,即补偿后闭环系统没有明确的动态品质。针对传统的AW设计的问题,该文采用基于状态跟踪的AW设计方法。该方法通过理想线性模型及其控制器参数便可直接获得补偿器的参数,补偿器不受外部参考输入和状态限制的影响。这就意味着一旦系统线性控制器设计完成,非线性补偿器也就随之确定,并且使系统具有最优的补偿效果。通过与PI控制器传统AW设计方法的对比研究验证了该方法的有效性。仿真与实验结果表明该方法在永磁交流速度伺服系统获得了良好的控制效果。

配电线路抗饱和等效模型及实物化方法

配电线路是配电网系统重要的元件,在尽量满足分布特性的情况下,将其集总实物化是构建配电网动态模拟平台的关键环节。以Π型线路模型为基础,提出配电线路等效模型实物化方法。所提模型涵盖了线路电阻、相间电容、对地电容及线路间自感和互感;在分析各种电感模型的优缺点后,提出了空心螺线环形结构,不仅可以抗电感饱和,还可将磁通封闭在线圈内部,抑制磁场泄漏。最后通过实验对线路模型的磁场封闭性和暂态变化特性进行验证,表明所提模型可用于模拟真实配电网线路。

新型抗饱和PI控制器及其在异步电动机调速系统中的应用

提出了一种新型抗饱和PI控制器的设计方法,通过引入反向计算系数减小了积分饱和对系统的影响,给出了新型抗饱和PI控制器的系统框图,并且证明了该算法的稳定性。为了提高异步电动机调速系统的动态性能,把这种抗积分饱和的PI控制器应用到了PWM逆变器供电的异步电动机矢量控制系统中。利用Matlab软件进行了仿真实验,仿真实验结果验证了这种算法的有效性,表明这种新型PI控制器可以有效地降低调速系统的超调量,缩短系统的稳定时间,同时还可以提高系统对负载扰动的鲁棒性。

抗饱和控制的一些新进展

综述抗饱和控制框架和主要理论的发展历史,主要介绍抗饱和领域的一些新进展,给出简要的评价,并提出进一步研究的若干方向和问题。

一种基于有限时间理论的抗饱和制导律设计方法

针对制导过程中一些状态可能进入饱和进而影响系统性能的问题,结合制导系统的特点,在有限时间理论框架下提出一种抗饱和制导律设计方法。首先以矩阵不等式的形式给出了保证有限时间有界且有限时间输入输出稳定的充分条件;而后在此基础上研究了基于有限时间理论的抗饱和制导律设计方法。此方法利用事先给定的有限时间区间和加权矩阵函数刻画系统的动态品质需求,同时能在理论上严格保证系统状态有界,仿真结果也表明在此方法设计的控制器作用下,系统能在有限时间内使视线角速率趋近于零,同时加速度亦不超过物理限制。

相控阵雷达抗饱和攻击波位时序动态编排算法

针对饱和攻击时相控阵雷达资源受限问题,提出一种在目指信息引导下基于目标探测概率计算的波位动态时序编排算法。该算法依据目指信息及边界约束条件对指示搜索区域进行划分,根据任务类型选择波位编排模型,对不同波位的目标发现概率进行计算。通过对雷达资源的预估计,以目标发现概率最大为准则确定各波位照射次数及时序,构造动态波位搜索时序模型。仿真结果表明,该算法有效降低了相控阵雷达资源需求,提高了饱和攻击情况下相控阵雷达的多目标检测跟踪能力。

舰空导弹抗饱和攻击能力影响因素仿真分析

舰空导弹武器系统是水面舰艇对空防御的主要手段。从舰空导弹对反舰导弹探测模型入手,结合战场实际,分析反舰导弹来袭时间的分布特性,建立了反舰导弹目标流模型;在此基础上,构建了舰空导弹抗击反舰导弹模型;根据模型,对舰空导弹抗饱和攻击能力的影响因素进行仿真分析,得出了各因素对舰空导弹抗饱和攻击能力的影响关系,并提出了提高舰空导弹抗饱和攻击能力的主要措施。

线性自抗扰控制的抗饱和补偿措施

控制输入约束是实际工业过程中普遍存在的现象,然而控制器设计中通常都假设执行机构动态是线性的,因此当执行机构存在约束时,执行机构输出信号与控制器输出信号不一致,使系统的动态性能降低,甚至导致系统不稳定.本文针对线性自抗扰控制(linearactive disturbance rejection control,LADRC)执行机构的约束问题,提出两种抗饱和补偿方案,利用LADRC扩张状态观测器估计控制器状态或者控制器输出与执行器输出的误差,从而使LADRC能快速消除饱和.将这两种方法用到含执行机构饱和的一阶惯性加迟延被控对象进行仿真研究,结果表明两种补偿措施下线性自抗扰控制器能得到较好的控制性能.随后本文将LADRC抗饱和思想推广到负荷频率控制系统(load frequency control,LFC)中,仿真表明基于误差补偿的抗饱和方案对于LFC系统更为有效.

一种舰空导弹武器系统抗饱和攻击能力模型

舰空导弹武器系统抗饱和攻击能力是水面舰艇生存能力的重要效能指标 ,但计算模型仍是一个正在探索的问题。反舰导弹入射流通常假设为POISSON流[1 ] ,通过举例验证有组织的反舰导弹入射流 (饱和攻击 )更接近均匀分布事件。基于这一分布特征 ,将舰空导弹武器系统及每枚舰空导弹服务于每枚来袭反舰导弹的过程抽象为期望服务时间模型 ,并在此基础上建立了舰空导弹武器系统连续拦截反舰导弹的能力模型———舰空导弹武器系统抗饱和攻击能力模型。仿真结果基本显示了舰空导弹武器系统连续拦截反舰导弹的过程 ;该模型不仅可用于舰空导弹武器系统抗饱和攻击能力的计算 ,也可用于确定给定舰空导弹武器系统的最优配置方案。

TEM接收机低噪声抗饱和前放电路设计

为了满足瞬变电磁接收机的低噪声要求及消除在瞬变信号早期易出现饱和的现象 ,设计了 TEM接收机低噪声抗饱和前放电路 ,该电路使用超低噪声运算放大器 LT1 0 2 8,并采用屏蔽接地技术降低外部地干扰、耦合等噪声 ;使用可编程放大器 PGA2 0 2对整个瞬变信号采用分段放大技术 ,既避免了早期信号饱和 ,又保证了接收机的动态范围。该设计电路还可用于其他大动态信号采集系统中。实践证明 ,该电路改善了整机的信噪比 ,提高了晚期微弱信号的识别能力 (检测的有效信号为几个微伏 ) ,在具体应用中取得了良好的效果。

高超声速再入飞行器抗饱和控制系统设计

针对高超声速再入飞行器纵向静不稳定模型,在考虑气动执行机构饱和非线性特性的情况下,研究了一种基于补偿方案的抗饱和控制系统设计方法。该方法把系统输入饱和特性视为不确定性,采用H∞回路成形技术设计了标称控制器;然后针对标称控制器与被控对象所组成的闭环系统进行补偿器设计;最后基于高超声速再入飞行器纵向静不稳定模型验证了该补偿方案的有效性。

感应电机直接转矩控制系统的“抗饱和”控制器设计

针对感应电机直接转矩控制系统转速控制环节存在的非线性饱和特性,提出了一种新型抗饱和(anti-windup)PI控制器,给出了控制系统的闭环稳定条件。该方法根据控制器输出是否饱和,有条件地将积分输出反馈到积分器的输入端,对积分状态进行控制。使控制器在出现饱和时,可以迅速退出饱和区,达到减小超调量、缩短调节时间的目的。系统仿真与实验结果表明,该方法可有效抑制积分饱和现象,综合性能优于常规的抗饱和控制方案。

基于Bessel滤波器改进内模抗饱和控制的设计

为了有效地解决工业现场中常见的饱和现象,提出了一种基于Bessel滤波器最优状态反馈与改进内模控制相结合的抗饱和控制方法。采用基于Bessel滤波器原理的优化设计方法,充分利用Bessel滤波器所具有的低通滤波特性及鲁棒性较高的优势,改进系统的动态特性。简要地介绍了饱和问题研究的现状,阐述了产生饱和问题的根本原因。进行了系统的分析并给出了改进内模控制器设计方法。给出了运用该方法的一个仿真实例。通过对化工过程中常见的装置进行实验仿真研究表明,当饱和现象严重的时候,系统也能达到理想的控制效果;当模型严重失配或存在干扰时,系统具有很强的鲁棒性能和抗干扰能力。该方法是一种很有实际价值的工程控制方法。