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。

非奇异终端滑模控制系统的设计方法

提出一种全局非奇异终端滑模控制器 ,可用于带有参数不确定和外部扰动的二阶非线性系统。证明了系统从任意初始状态到达滑模的时间和在滑模上到达平衡点的时间均为有限 ,分析了终端滑模控制用于不确定性系统的跟踪精度 ,推导了系统跟踪精度和用于消除抖振的饱和函数宽度之间的数学关系。根据给定的跟踪精度 ,可设计出合适的饱和函数。

Boost变换器混沌现象的非奇异终端滑模控制方法

以Boost变换器为研究对象,研究了其产生混沌的现象及机理,并分析了在一定的参数条件下,混沌现象的产生及系统平衡点对混沌现象的影响。为了有效地控制Boost变换器中的混沌,使其获得良好的性能,本文从能量平衡的角度提出了一种非奇异终端滑模控制策略对其进行控制,使得Boost变换器的电压、电流在有限时间内收敛,并将此方法与普通线性滑模控制进行对比研究,最后通过仿真和实验表明了所提控制策略的有效性和正确性。

非奇异终端滑模控制仿真实验设计

以二阶非线性系统为研究对象,采用非奇异终端滑模控制器进行控制。在非奇异终端滑模控制器的设计中,提出了一种变速指数趋近律。采用饱和函数代替符号函数,对抖振现象进行抑制。采用Matlab/Simulink软件建立了仿真实验系统,对提出的方法进行了仿真验证。采用变速指数趋近律时,状态变量的收敛速度更快。该仿真实验系统将理论学习和编程实现相结合,提高了学生学习的兴趣和积极性,激发学生的创新意识。

双凸极电励磁发电机系统非奇异终端滑模控制器的设计与仿真

针对双凸极电励磁发电机调压系统,提出了一种非奇异终端滑模控制的调压控制策略。介绍了双凸极电励磁发电机的结构,并构建了数学模型。在此基础上,详细分析了基于非奇异终端滑模控制的调压器工作原理,给出了相应的滑模面方程与滑模控制律。通过李雅普诺夫稳定性方程和固定PWM控制载波交截等限制条件,给出了控制律系数的计算选取方法。基于电磁有限元瞬态分析技术与控制电路构建了"场-路"联合仿真系统,并对发电机的稳态与动态运行性能进行了仿真,结果表明基于非奇异终端滑模控制的双凸极电励磁发电机调压系统具有良好的稳态性能和优良的动态特性,具有输出电压静差和纹波小、动态恢复时间短和动态输出电压变化小的优越性能。

电动舵机的复合自适应非奇异终端滑模控制

非奇异终端滑模控制(NTSMC)能够实现误差的有限时间收敛,但一般NTSMC的控制律采用高增益项来消除系统不确定性的影响,具有较强的保守性.为了降低这种保守性,本文采用复合自适应律对系统的不确定参数进行估计,按照估计值设计复合自适应非奇异终端滑模控制(CANTSMC),对不确定参数引起的系统动态进行补偿.本方案曾经应用于电动舵机,以补偿不确定参数对模型动态性能的影响.本文证明了闭环稳定性,以及输出跟踪误差在有限时间内的收敛性.通过仿真验证了该方法的有效性.

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制

针对传统滑模控制中高频切换控制特性不适用于永磁同步电机的双闭环矢量控制的问题,针对PMSM转速控制系统,提出一种基于鲁棒微分估计器的新型平滑非奇异终端SMC方法,理论上可完全克服抖振现象对PMSM的性能影响,提高系统的动静态特性。同时考虑到PMSM控制系统的非线性饱和特性造成的Windup现象,借鉴Anti-reset Windup PI控制,将转速SNTSM控制器的输入与输出电流之差作为反馈信号,克服Windup现象诱发的超调量、动静态性能变差等影响。基于李雅普诺夫稳定性理论,证明控制器的稳定性。通过仿真和实验验证所提控制方法的可行性和有效性,实现将SMC应用于PMSM的双闭环控制系统中,解决了交轴最大电流限幅造成的Windup问题,响应速度、无超调量、鲁棒性等性能得到优化。

基于快速非奇异终端滑模控制的矿用PMSM控制研究

为了提高矿用永磁同步电机(PMSM)调速系统的控制性能,利用滑模控制的优良特性,提出了一种适用于永磁同步电机的快速非奇异终端滑模控制器。构建了可在有限时间内快速收敛的快速非奇异终端滑模面,并避免了终端滑模面的奇异问题。在此基础上设计了一种新型永磁同步电机调速系统。

永磁无刷直流电机非奇异终端滑模控制减振分析

永磁同步电机的振动和噪声一直是困扰人们的难题,严重时可能直接决定系统能否稳定运行,甚至会产生混沌现象。采用先进的控制算法,可以减弱振动和噪声,提高驱动性能。针对永磁无刷直流电机设计一种全局非奇异终端滑模控制器,该控制器可以控制控制系统对外界扰动完全免疫,从而使得电机在连续调速、负载波动的情况下具有平稳特性,与经典PID控制相比具有更强的鲁棒性。

基于轮廓误差补偿的机械臂自适应非奇异终端滑模控制

针对机械臂外部干扰、执行器故障等不确定因素对末端轮廓跟踪精度的影响,提出一种基于交叉耦合的自适应非奇异终端滑模控制方法。基于机械臂动力学模型,采用Lyapunov函数设计系统的非奇异终端滑模控制律;为解决滑模控制器设计过程依赖于不确定性上界这一局限性,引入自适应技术估计系统集总不确定性,有效抑制滑模控制的高频抖振现象;根据有限时间稳定性理论证明闭环控制系统的有限时间稳定。结合交叉耦合控制技术与抛物线过渡轨迹规划技术,设计交叉耦合轮廓补偿与参考位置预补偿相互协调的统一框架;提高机械臂各关节间的协调性,以更好地削弱系统不确定性对末端轮廓跟踪精度的影响。结果表明:所设计的控制器能够在机械臂系统存在不确定性因素下实现末端轮廓精确跟踪,并能有效抑制系统抖振现象。

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.

十字梁控制系统的非奇异终端滑模控制

为了保证系统跟踪误差在有限时间内收敛到零,采用非奇异终端滑模控制方法设计十字梁系统的控制器。将十字梁系统3个通道之间的耦合因素和外界干扰影响视为不确定项,将十字梁系统模型转变为一种类解耦形式。设计了自适应算法分别调节3个通道的控制器参数,对不确定项进行估计和补偿,使得3个通道的控制器中不包含耦合因素,从而简化了控制器结构。仿真分析表明,所设计的3个通道的非奇异终端滑模控制器比前人设计的控制器具有跟踪速度更快、跟踪精度更高的优点。

Stewart并联机器人的非奇异终端滑模控制

针对Stewart并联机器人的控制问题,提出一种基于双幂次趋近律的非奇异终端滑模控制算法。所提控制算法可以确保机器人系统快速收敛至期望位姿,并且具有良好的控制输入高频抖动抑制能力。首先定义机器人系统的非奇异终端滑动面;然后基于机器人系统的拉格朗日动力学模型求得等效控制律,并采用双幂次趋近律设计非线性控制律,从而得到系统的奇异终端滑模控制律;最后采用李亚普诺夫稳定性定理证明位姿误差能够在有限时间内减小至0,并通过数值仿真测试验证所提控制算法的有效性。

基于降阶ESO的电动舵机非奇异终端滑模控制

针对电动舵机系统中存在的间隙、摩擦、时变干扰等非线性因素,该文结合降阶扩张状态观测器(ESO)和非奇异终端滑模控制(NTSMC),提出一种复合控制方法来实现闭环系统误差有限时间收敛并提高系统的抗干扰能力。首先引入降阶ESO估计系统的干扰,并将观测值作为前馈量补偿到输入端,然后应用非奇异终端控制方法设计控制器。文中对该复合控制器的稳定性进行了证明,并给出闭环系统误差收敛域。与自适应非奇异终端滑模控制方法进行仿真对比,进一步验证了该方法的有效性。

水下机器人-机械手系统非奇异终端滑模控制

针对复杂集总干扰下水下机器人-机械手系统的轨迹跟踪控制难题,提出基于时延估计的非奇异终端滑模控制方法.该方法以时延估计为基础架构,利用非奇异终端滑模控制的强鲁棒性,实现复杂集总干扰下系统高性能的轨迹跟踪控制.受益于时延估计无需动力学模型的特性和非奇异终端滑模控制的强鲁棒性,所提算法具有优异的控制性能、良好的鲁棒性和工程易用性.以实验室搭建的一型水下机器人-机械手系统为研究对象,展开9自由度数值仿真和7自由度水池试验研究,结果表明:在未知复杂集总干扰下,利用相同的控制增益,所提控制方法相对传统时延估计控制可以保证更优的综合控制性能,前者系统末端定位精度为0.038 m,而后者仅为0.067m.

引入扰动补偿的PMSM混合非奇异终端滑模控制

针对非奇异终端滑模控制(NTSMC)在系统状态离平衡点较远时收敛速度慢的问题,采用了一种混合NTSMC(HNTSMC)策略,该控制策略结合线性滑模与非奇异终端滑模的优点,提高了系统状态的收敛速度,实现了状态变量的全局快速收敛。其次,为了解决滑模控制系统中抖振现象与抗扰性相矛盾的问题,采用扰动观测器对系统内部参数和外部扰动进行实时观测,并对速度进行前馈补偿。实验结果表明,引入扰动补偿的混合非奇异终端滑模速度控制器提高了系统的响应速度和抗扰能力,同时有效削弱了抖振现象。

永磁同步电机自适应非奇异终端滑模控制

针对永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）运行在低速轻载条件时存在的转速脉动及电磁转矩脉动问题，提出了一种自适应变速非奇异终端滑模速度控制器。首先建立了包含参数不确定性及负载扰动的PMSM数学模型，同时为了解决传统指数趋近律存在的缺点，设计了一种自适应变速指数趋近律算法，该方法能够根据系统状态距离平衡点的远近而自适应调整等速趋近律速度。应用此方法设计PMSM滑模速度控制器，并与常规滑模控制器和PI控制器进行仿真比较，结果表明该算法不仅提高了系统的响应速度，减小了稳态误差，同时也有效地抑制了脉动现象。

基于干扰观测器的板球系统非奇异终端滑模控制研究

针对板球系统存在非匹配外界干扰和建模误差的问题,提出了基于非线性干扰观测器(NDO)的非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC)。首先利用非线性干扰观测器对系统的非匹配干扰进行估计,结合反演法思想对虚拟控制量进行调整;然后设计非奇异快速终端滑模控制律保证系统的收敛速度和精度,并对其稳定性进行了分析;最后将所设计方法用于板球系统的不同速度情况下的控制。仿真结果表明,所提出的方法能有效地观测系统干扰,保证系统的鲁棒性。

漂浮基空间机器人关节协调运动的非奇异终端滑模控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控制的单臂空间机器人系统的控制问题。利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,建立了双臂空间机器人系统的非线性动力学模型。以此为基础,对单臂空间机器人姿态、关节协调运动的控制问题作了研究。考虑到空间机器人系统结构的复杂性及其某些参数的变动性,根据具有较强鲁棒性的滑模变结构控制理论,设计了单臂空间机器人姿态、关节协调运动的非奇异终端滑模控制方案。该控制方案不仅可以保证机器人控制系统的稳定性,而且还能使系统在有限时间内实现对所期望运动状态的精确跟踪,同时又可避免普通终端滑模控制中所出现的奇异问题。最后用数值仿真结果证实了所提控制方案的有效性。

基于干扰观测器的机械臂分数阶非奇异终端滑模控制

针对串联式工业机械臂在实际控制中内部存在建模误差,外部存在多种干扰的轨迹追踪问题,提出了一种结合干扰观测器和滑模控制的复合控制方法。采用拉格朗日方法建立了机械臂的动力学模型以分析其动力学特性;设计了一种有限时间干扰观测器来补偿机械臂受到外界干扰的可观测部分,主动减小干扰对于控制系统的影响;对于不可观测部分,提出了一种改进的分数阶非奇异终端滑模控制策略,并设计了趋近律以保证逼近阶段的控制性能;采用Lyapunov定理分析控制系统的闭环稳定性。通过MATLAB/Simulink控制仿真验证,结果表明该控制方法能够克服扰动以及建模误差带来的不确定性,有效提高机械臂轨迹跟踪的精度,并实现对于期望运动轨迹的迅速追踪。