基于双扰动观测器的永磁同步电机双惯量系统无模型递归终端滑模控制

为了提高永磁同步电机双惯量系统在不确定性扰动影响下的控制性能,提出一种基于双扰动观测器的无模型递归终端滑模控制策略。首先,建立存在不确定性扰动的永磁同步电机双惯量系统模型,并结合无模型控制与递归终端滑模控制设计无模型递归终端滑模控制器,使系统状态直接从滑模面开始运动,缩短了状态误差的收敛时间,有效抑制抖振。其次,通过构造扩张状态观测器观测负载速度并反馈到改进型扩展扰动滑模观测器中,构成双扰动观测器。同时,双扰动观测器精确估计总扰动信号并前馈补偿到所设计的控制器,进一步提高系统稳态性能和抗扰动能力。最后,通过仿真和实验验证得出,所提出的控制方案相较于比例积分控制和改进型无模型滑模控制方法更具有优越性和可行性。

PMSM无模型超螺旋快速积分终端滑模控制

针对永磁同步电机运行过程中因模型不确定、参数摄动和外部扰动等因素的影响,从而导致驱动系统性能下降的问题,提出一种新型控制策略。首先,为减少对系统数学模型的依赖,构建了一个新的超局部模型,用于描述永磁同步电机的转速环。其次,基于转速环的新型超局部模型,结合一种新型积分终端滑模面和改进超螺旋控制律来设计新型无模型超螺旋快速积分终端滑模控制器,实现了对转速的精确控制。再次,采用非奇异快速终端滑模面和双幂次趋近律设计改进扩展非奇异终端滑模扰动观测器,通过精确观测和前馈补偿未知扰动,有效地抑制参数摄动和外部扰动,增强了系统鲁棒性,提高系统的动态性能和稳态性能。最后,通过与传统控制方法的仿真和实验对比,证实所提算法转速抗超调能力提升为0.412 5%,转矩快速响应能力提升0.013 s。结果表明当存在未知扰动时,所提方法具有较强的鲁棒性和良好的抗干扰性。

不确定非线性系统快速终端滑模控制

针对界未知的非匹配不确定非线性系统轨迹快速跟踪控制,设计非线性干扰观测器(NDO)的反演自适应终端滑模控算法。首先设计子系统干扰观测器来确定界未知非匹配项补偿量,并结合子系统的Lyapunov函数求出反演控制中虚拟控制律,并运用指令滤波器解决虚拟项求导所带来的微分膨胀缺陷;再设计系统的非奇异快速终端滑模面并给出建模误差不确定性的自适应律,继而求出系统总控制律以确保总闭环系统有限时间全局渐近稳定;最后机器人动力学仿真案例表明,所设计的控制器能实现对指定轨迹的快速稳定跟踪,控制量光滑弱抖振,并对非匹配干扰具有较强的鲁棒性。

基于非线性扰动观测的储能双向DC-DC变换器非奇异终端滑模控制策略

在光储直流微电网系统中,储能双向DC-DC变换器在储能设备与直流母线之间起着关键的接口作用,其在光伏输出功率及负载大信号扰动下的性能优劣至关重要,将直接影响着直流母线电压的稳定运行。为此,提出了一种基于非线性扰动观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)的非奇异终端滑模控制策略。首先采用基于微分几何理论的精确反馈线性化方法,将双向DC-DC变换器系统的状态空间模型转化为布鲁诺夫斯基标准式,并利用非线性扰动观测器对系统扰动量进行估计和补偿。在此基础上设计非奇异终端滑模控制器,并根据李雅普诺夫稳定性理论,证明所提控制策略的稳定性;进而分析所提控制策略的收敛性。最后,通过仿真验证所提控制策略的有效性。仿真结果表明,与文献中典型非线性控制策略相比,本文所提控制策略在光伏输出功率和负载有较大扰动时响应时间较快,并具有电压过充小、稳态误差小的优点。

基于干扰观测器的上肢外骨骼终端滑模控制

针对可穿戴上肢外骨骼系统在存在外界干扰和模型误差条件下的轨迹跟踪问题,提出了基于有限时间干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制策略。首先,基于有限时间控制理论设计了干扰观测器,对建模误差和外界干扰进行在线估计,实现估计误差在有限时间内收敛到零;在此基础上,设计了非奇异快速终端滑模控制器,实现外骨骼在有限时间内对期望轨迹的准确跟踪。然后,基于李雅普诺夫理论证明了闭环系统的稳定性。最后,仿真结果证明了所提控制策略的收敛速度快、鲁棒性强。

充液航天器姿轨耦合预设性终端滑模控制

主要研究充液航天器在存在参数不确定和外部扰动的情况下,姿轨耦合一体化运动与控制问题。将液体晃动等效为一阶弹簧质量模型,基于对偶四元数建立了充液航天器姿轨耦合动力学模型,按照动量与动量矩守恒定律推导充液航天器姿轨耦合动力学方程与运动学方程;考虑外界干扰和模型耦合特性,提出了一种基于指数形式的预设性能终端滑模控制策略,采用干扰观测器对综合扰动进行估计;并利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性;最后,数值仿真结果表明,在设计的控制器作用下,充液航天器可以实现精确的姿轨控制,验证了控制器的有效性。

基于模糊终端滑模控制器的路径跟踪横向控制策略

为了解决智能车辆采用传统滑模控制器(SMC)时跟踪精度较差和稳定性欠佳的问题,提出了一种基于模糊终端滑模控制器(FTSMC)的路径跟踪横向控制策略.首先,建立了车辆二自由度动力学模型和路径跟踪误差模型,并采用改进的指数趋近律设计了终端滑模控制器(TSMC).其次,为解决SMC抖振问题,通过模糊逻辑在线优化指数趋近律中的边界层,并基于Lyapunov稳定性理论证明了控制系统的稳定性.最后,建立了Matlab/Simulink和Carsim联合仿真模型,验证了所提控制策略的有效性.结果表明,在低、高车速两种工况下,FTSMC的横向位移偏差最大值分别降低了14.4%和23.3%,横摆角偏差最大值分别降低了11.0%和18.9%,抖振现象得到了显著的抑制.

基于扩张状态观测器的PMLSM高阶自适应非奇异快速终端滑模控制

为改善永磁直线同步电机控制系统的位置跟踪精度和鲁棒性,提出了一种基于扩张状态观测的高阶自适应非奇异快速终端滑模控制方案。首先,设计了一种高阶非奇异快速终端滑模面,通过引入反馈电流实现对电机位置、速度和电流的整体控制。其次,设计新型滑模趋近律,使控制系统能快速将误差趋近于零并削弱抖振。同时,引入自适应律估计并实时调整趋近律系数。最后,设计了扩张状态观测观测外部扰动,从而提高位置跟踪系统的动态和稳态性能。基于Lyapunov稳定性理论,证明了该控制系统的稳定性。通过仿真与实验验证,结果表明,提出的控制方法能有效提高系统的位置跟踪精度,并且增强了系统的抗干扰能力。

基于高增益比例积分观测器的液压伺服系统全局快速终端滑模控制

针对受不确定性影响的非线性液压伺服系统,设计了一种基于高增益比例积分观测器的全局快速终端滑模控制方法。首先,采用输入输出反馈线性化方法对非线性模型进行线性化处理,使其适用于观测器与控制器的设计结构,其中比例积分观测器用于估计包括建模误差、外部干扰和测量噪声等综合不确定性,全局快速终端滑模控制器用于快速补偿观测器误差,从而进一步提高控制系统的鲁棒性。此外,根据李亚普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性。最后,将所设计方法与传统PID控制以及传统滑模控制方法在相同的不确定性环境下进行了对比实验,实验结果表明所提方法具有更快的响应速度、更高的跟踪精度与抗干扰能力。

基于磁链观测的永磁直线同步电机自适应非奇异快速终端滑模控制

针对应用于电磁弹射的永磁直线同步电机(PMLSM)无位置传感器控制系统易受参数变化等不确定因素影响,提出一种将磁链观测器与自适应非奇异快速终端滑模控制(ANFTSMC)相结合的组合控制系统。该组合控制系统针对含有不确定参数的PMLSM,设计磁链观测器实时计算电机动子的位置和速度信息,确保控制系统快速获得准确的运行参数,并利用ANFTSMC自适应调整系统收敛速度的特性,抑制不确定因素的影响,提高系统的响应速度,避免终端滑模控制出现的奇异性问题。通过仿真分析验证,该控制系统可以在保证跟踪精度和响应速度的同时,削弱抖振,实现PMLSM无位置传感器情况下快速、平稳运行,该控制系统能够满足电磁弹射的工程应用要求。

复合式空气悬架多模式切换终端滑模控制

针对车辆空气悬架系统在复杂工况下车身高度与悬架阻尼难以协调的问题,提出一种复合式空气悬架多模式切换终端滑模控制策略。考虑悬架系统非线性及外界干扰的影响,建立复合式空气悬架非线性动力学模型;设计多模式切换控制器以确定不同车身高度下的最优阻尼控制模式;采用未知输入观测器估计悬架系统状态量,并设计一种基于径向基神经网络的非奇异快速终端滑模控制器,控制直线电机输出对应模式下的电磁推力;最后,对多模式切换终端滑模控制策略下的悬架动态性能进行仿真与台架试验。仿真结果表明:该控制策略可有效协调车身高度与悬架阻尼,提高车辆在复杂工况下的平顺性和操稳性。试验结果表明:相比于被动悬架,系统的簧载质量加速度在时域和频域内分别降低了32.5%和33.7%,验证了该控制策略的有效性。

基于复合连续终端滑模控制的永磁同步电机位置伺服系统

为了提高永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统的动态响应和抗负载扰动能力,提出一种基于高阶滑模观测器(HOSMO)的复合连续终端滑模控制(CTSMC)策略。首先,建立一个针对速度状态和集总不确定性估计的HOSMO。其次,通过引入状态和干扰估计信息构造基于积分器的终端滑模面,使系统能够精确跟踪期望轨迹。最后,通过综合趋近律和扰动前馈补偿技术,得到复合滑模控制(SMC)器。实验结果表明:所提出的控制策略能够有效地提高PMSM伺服系统的跟踪和定位性能,并且具有良好的鲁棒性和抗扰能力,能够在实际应用中取得良好的控制效果。

基于变指数干扰观测器的无人机非奇异终端滑模控制

针对四旋翼无人机系统在受干扰下的跟踪问题,以及姿态子系统的扰动问题和滑模控制时出现的抖振缺陷,基于连续快速非奇异终端滑模控制算法,给出一种适用于有扰动姿态子系统的变指数收敛干扰观测器的趋近率滑模控制器。首先,针对传统滑模控制中存在的快速性问题,采用变指数收敛干扰观测器来对扰动进行补偿和预测。然后利用姿态跟踪误差变化率的估计信息,构建快速非奇异终端滑模面。提高轨迹跟踪误差的收敛速度,并利用Lyapunov分析方法验证姿态跟踪误差在有限时间内收敛,仿真结果证实了这一方法的有效性,使用滑模控制和其改进方法设计四旋翼无人机系统控制器。

基于扩展状态观测器的永磁同步电动机的加权快速终端滑模控制

为提高永磁同步电动机的位置跟踪精度和抗扰性,提出了一种基于扩展状态观测器的加权快速终端滑模控制方法。首先,为降低系统扰动带来的影响,设计扩展状态观测器估计永磁同步电动机系统的总扰动。然后,根据扰动对系统的影响,对位置误差加权并将其作为滑模面中的非线性项,从而设计基于位置误差权重分配的滑模面。最后,设计快速加权终端滑模控制器对扰动做出具体补偿,并使系统在有限时间内趋于稳定。通过仿真结果验证,与传统的快速终端滑模控制器相比,在受到扰动时,本文设计的控制方法收敛速度更快,抗干扰性更强,能实现更准确的轨迹跟踪。

自同步型并网逆变器有限时间全阶终端滑模控制研究

由于单台逆变器从离网到并网的切换过程中电网侧信息的获取会延迟,使得经典的虚拟阻抗方法难以实现逆变器自同步电网信息的功能.因此,文中设计一种基于有限时间全阶滑模控制的直流母线电压/无功功率控制器,该控制器与PQ型控制器相比减少了复杂的锁相环(PLL)结构,与虚拟同步发电机(VSG)控制技术相比增加了电网侧频率信息的采样,可实现对对电网信息的自同步追踪,并且有限时间的全阶滑模控制保证了微网系统具有更快的响应速度和较强的鲁棒性.对比的仿真和实验结果表明,所设计的控制策略可以快速跟踪电网电压信息,有效提高逆变器输出电压的动态调节能力.

无人机全电刹车系统级联快速终端滑模控制

无人机防滑刹车系统具有高阶非线性、强耦合以及参数时变性等特点,会对无人机的地面滑跑性能造成不利影响。提出了一种无人机全电防滑刹车系统快速终端滑模控制方法,实现对最佳滑移率的准确跟踪,并保证刹车系统的稳定性。建立了无人机全电刹车系统整体模型,在控制器设计过程中避免了对地面结合系数拟合公式的依赖。结合反演控制的思想,逐级设计了快速终端滑模控制器实现对滑移率以及刹车压力参考值的精确跟踪,并通过Lyapunov稳定性理论证明了控制器的稳定性。通过仿真测试验证了所提出控制策略的有效性。

基于扩展状态观测器的永磁同步直线电机自适应快速非奇异终端滑模控制

针对永磁同步直线电机(PMSLM)伺服系统的位置跟踪精度易受参数变化、负载扰动和摩擦力等不确定性因素影响的问题,该文提出了一种基于扩展状态观测器(ESO)的自适应快速非奇异终端滑模控制器(AFNTSMC).首先,采用了快速非奇异终端滑模面,在保证系统有限时间快速收敛的同时消除奇异性问题;然后,提出了一种新的自适应滑模趋近律(ASMRL),在抑制系统固有抖振的同时提高系统状态点趋近滑模面的速度;最后,考虑到高开关增益引起的高频抖振问题,设计了一个基于双曲正切函数的ESO来观测系统的不确定性扰动,作为前馈补偿以保证系统强鲁棒性的同时,削弱高频抖振.仿真实验结果表明,该方法提高了系统的瞬态响应速度和位置跟踪精度,在保证系统有限时间快速收敛的同时,拥有更好的动态跟踪性能,能够有效削弱抖振提高系统鲁棒性能.

基于终端滑模控制的多智能体系统有限时间跟踪控制

针对有向拓扑结构下带领导者的非线性二阶多智能体系统,基于终端滑模控制策略,研究其有限时间一致性跟踪问题;利用快速积分型终端滑模控制理论与有限时间稳定性理论,设计了一类分布式有限时间一致跟踪控制协议,以确保多智能体系统中跟随者对动态领导者的跟踪。提出的控制协议可以使多智能体系统的状态在有限时间内到达并停留在设计的滑模面上,并且能有效削弱抖振。通过数值仿真,验证了所获得的理论结果的有效性。

基于扩展扰动观测器的PMSM终端滑模控制

针对传统滑模变结构控制下永磁同步电机(PMSM)驱动系统收敛速度慢和抖振现象,提出一种基于扩展滑模扰动观测器(ESMDO)的转速环改进非奇异快速终端滑模(INFTSM)控制方法。首先,设计了提高滑模趋近速度的新型趋近律,提出了INFTSM控制方法。同时利用ESMDO估计系统未知扰动并对控制器加以补偿。实验结果表明,电机启动时能够快速到达指定转速且无超调,在突加负载时也能够快速响应,恢复时间短。与PI控制、传统滑模控制(SMC)以及非奇异快速终端滑模(NFTSM)控制相比,该方法不仅削弱了抖振、提高了响应速度、减小了系统稳态误差,还具有稳态跟踪精度高的优点。

加速非定常影响下跨介质飞行器终端滑模控制

为解决非定常影响下的跨介质飞行器加速段深度控制问题,设计一种基于有限时间收敛状态观测器的快速非奇异终端滑模控制器。考虑通气空泡不稳定上限设计通气规律,得到非定常空泡形态方程,建立考虑尾部沾湿区域时变的跨介质飞行器加速段数学模型,简化为控制器设计导向的误差模型。为处理系统中的复杂扰动,设计模型参考形式的有限时间收敛状态观测器对系统不确定性进行观测补偿,并基于高阶滑模趋近律设计非奇异终端滑模控制器,完成控制系统设计,并通过Lyapunov理论证明了闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器可有效抑制扰动对系统的影响,可实现考虑加速非定常影响下的跨介质飞行器深度与姿态的高精度控制。