Adaptive Sliding Mode Control for MIMO Nonlinear Systems Based on Fuzzy Logic Scheme

In this study an indirect adaptive sliding mode control (SMC) based on a fuzzy logic scheme is proposed to strengthen the tracking control performance of a general class of multi-input multi-output (MIMO) nonlinear uncertain systems. Combining reaching law approach and fuzzy universal approximation theorem, the proposed design procedure combines the advantages of fuzzy logic control, adaptive control and sliding mode control. The stability of the control systems is proved in the sense of the Lyapunov second stability theorem. Two simulation studies are presented to demonstrate the effectiveness of our new hybrid control algorithm.

基于混沌控制的采摘机器人防碰撞系统设计

针对采摘机器人在作业过程中遇到障碍物导致路径规划出现混沌现象的问题,基于混沌控制对采摘机器人防碰撞系统进行设计,并采用模糊自适应控制算法和滑模变结构控制算法结构的方式对系统进行控制。为了验证防碰撞系统的有效性,对采摘机器人进行了防碰撞和采摘仿真试验,结果表明:采摘机器人在作业过程中可以避开障碍物,按照规划路线到达预设位置,完成果蔬的采摘。

融合反步法的无人驾驶汽车轨迹跟踪控制方法

为了解决无人驾驶汽车轨迹跟踪控制的准确性、稳定性和快速性问题,将反步法分别融合滑模变结构控制和模糊自适应控制.建立车辆三自由度运动学位姿误差微分方程,推导了基于反步法的车速和横摆角速度控制律,结合Lyapunov稳定性判据验证了系统稳定性.分别建立融合反步法的滑模变结构和模糊自适应轨迹跟踪控制方法,结合轨迹跟踪稳态误差、超调量和调整时间,验证、比较了控制方法准确性、稳定性和快速性3种性能的优劣.结果表明:融合反步法的滑模变结构轨迹跟踪控制的稳定性最好,轨迹跟踪超调量接近于0;融合反步法的模糊自适应轨迹跟踪控制快速性最好,轨迹跟踪调整时间相对于反步法缩短了18.2%.

仿真转台控制系统变结构自适应控制技术研究

仿真转台是航空航天及工业领域重要的仿真设备。为了使仿真转台控制系统适应负载转动惯量变化,并增强其对控制系统数学模型参数摄动、外界干扰等的鲁棒性,现将自适应理论应用于仿真转台的伺服控制系统,并使用变结构滑模控制设计控制律,添加全程滑动模态因子,设计了一种基于现代控制的复合自适应控制器。使用Simulink和Matlab搭建仿真环境,在20 Hz的正弦信号下得到负载变化前后的仿真结果。PID控制系统和自适应控制系统的响应幅值误差分别增大了3.6%和1.3%,证明了自适应控制有效地降低了系统的误差。当输入阶跃信号时,自适应控制系统将稳态误差由3.2%减小到0.3%。最后在仿真转台上进行了实物实验。在幅值0.1°频率20 Hz的正弦信号下,添加负载及干扰后,PID控制系统的响应幅值误差增大了6.6%,而自适应控制系统的幅值误差仅增大2.4%,比PID控制系统误差变化小。实验结果表明,自适应控制器的控制效果优于PID控制器,所设计的自适应控制器提高了控制系统对负载变化和干扰的鲁棒性。

多虚拟同步机系统的自适应滑模变结构控制方法

虚拟同步机是一种可以改善分布式能源并网兼容性的技术手段。目前有关虚拟同步机滑模控制的研究大多数仅针对于单机系统。由于单机系统无需考虑多机系统中出现的虚拟惯量等参数之间的耦合影响,这导致现有的滑模变结构控制策略不适用于多虚拟同步机系统,当功率波动时系统频率有可能产生振荡。针对上述问题,提出了多虚拟同步机虚拟惯量的整定判据,并基于整定判据提出多虚拟同步机系统的自适应滑模变结构控制策略,可以使系统中各台机组在扰动状态下输出稳定频率。通过自适应滑模变结构控制策略使得多虚拟同步机组在功率波动时输出稳定的频率,从而避免系统频率失稳。最后,通过搭建PSCAD仿真模型验证了理论分析的正确性及有效性,所提控制方法可提高多虚拟同步机系统的稳定性与鲁棒性。

基于预瞄时间自适应的爆胎车辆横向控制

针对汽车在高速行驶过程中突然爆胎极易引发严重交通事故的问题,文章提出一种基于预瞄时间自适应的爆胎车辆横向控制方法。在单点预瞄驾驶员模型的基础上,提出一种预瞄时间自适应算法,通过预测未来一段时间内不同预瞄时间的车辆运行状况,将道路边界约束添加为约束条件设计优化函数,选取合适的预瞄时间,提高车辆的行驶稳定性;采用滑模控制理论设计主动转向控制器,根据爆胎前、后横摆角速度偏差对车辆前轮转角进行补偿,以解决爆胎导致的车辆横向偏航问题。在CarSim与Simulink联合仿真平台下进行的仿真验证结果表明,该文提出的控制方法可以使爆胎车辆基本保持在原路径上行驶,有效提高了车辆的稳定性和安全性。

基于非线性输入控制实现受扰混沌系统同步

针对一类受扰混沌系统的同步控制,采用具有扇区非线性输入的自适应滑膜变结构控制器,设计了相应的控制律和自适应律。在该控制器的作用下,实现了驱动系统和响应系统的同步控制,且不受扇区非线性输入、参数失配及外部干扰的影响,具有有很强的鲁棒性。所设计的控制策略简单,易于实现,而且没有强加在系统上的限制条件,因此应用范围较广。理论分析和数值仿真证明了该方法的有效性。

控制理论在电力电子学中的应用(下)——非线性与智能化方法

综述了电力电子学中的自适应控制、滑模变结构控制、神经网络控制及模糊控制。

基于边界层的不确定机器人自适应迭代学习控制

针对不确定的多连杆机械手的跟踪控制问题,提出一种基于边界层的自适应迭代学习控制方法.自适应控制用来估计系统的未知参数的上界,本文主要特征是基于边界层设计自适应迭代学习控制器,避免了传统方法设计控制器的不连续性,削弱抖振现象的同时也提高系统的鲁棒性.理论证明系统所有信号有界,系统误差渐进收敛到边界层邻域内.仿真表明了算法的有效性.

基于滑模变结构和高增益状态观测器的直流电机位置控制

针对直流电机位置跟踪控制,提出一种基于高增益状态观测器的直流电机位置滑模控制算法.首先建立直流电机状态空间表达式;然后设计高增益状态观测器,观测直流电机的速度和电流及其导数信号,选取合适的极点保证观测器的准确性和稳定性;最后改进滑模变结构控制算法的指数趋近律,在只采用位置传感器、电流和速度及其导数信号通过状态观测器得到的情况下,实现直流电机的位置跟踪控制,使控制系统具有较好的控制性能且易于硬件实现.对比传统滑模和PID算法,验证了该算法的有效性.

移动式数控机床横梁磁浮系统的滑模-H_∞控制

针对龙门移动式数控机床在运行过程中参数摄动以及未建模动态参数可能对系统造成的影响,结合鲁棒H∞理论的控制方案设计出自适应积分滑模控制器.通过积分滑模变结构控制器对整个系统进行鲁棒控制,以确保磁悬浮系统的稳定性和精确性.为降低滑模控制器抖振的发生,采用自适应控制对控制律中的不确定值进行估测.考虑到刀具切削部件所引起的系统质量变化以及外力干扰等对系统的影响,在控制过程中结合了H∞的控制理论,以增加系统的鲁棒性.仿真研究结果表明,与传统控制器相比该控制器具有很强的抑制扰动能力,可以实现稳定悬浮.

反舰导弹的自适应全局滑模变结构控制

为了消除变结构控制的到达阶段,保证系统在整个控制过程中的鲁棒性,提出了一种自适应全局滑模变结构控制方法。该方法利用自适应控制来调节变结构控制器的参数,对系统不确定项的上界进行估计,保证了整个闭环控制系统的渐近稳定性。考虑到反舰导弹的法向过载输出存在非最小相位特性,采用了输出重定义技术来解决。在此基础上,应用自适应全局滑模变结构控制方法设计导弹的飞行控制系统,保证了导弹的新输出量渐近地跟踪其期望值。仿真结果证明了所提出的控制方法的有效性。

旋转导向钻井工具稳定平台模糊滑模控制研究

关于稳定平台是旋转导向钻井工具的重要环节。针对稳定平台存在的摩擦问题带来的不确定性,为提高平台系统的控制精度和稳定性,提出利用模糊控制理论与滑模变结构控制相结合的稳定平台控制系统。通过建立带摩擦的稳定平台模型,设计出变结构控制器和自适应模糊系统逐步逼近等效控制,并对切换项进行模糊逼近,以平滑不连续控制。仿真结果表明方法既保证了控制系统对外界扰动和参数不确定性具有较好的鲁棒性,也实现了较高的稳定平台姿态控制精度,使闭环系统具有良好的动态性能。

基于滑模变结构的异步电机转速控制系统

在无速度传感器转速估算系统中,针对传统滑模变结构不连续开关特性引起的估算转速抖振现象,利用具有光滑连续特性的sigmoid()函数对传统变结构模型算法进行改进,设计了一种变结构模型参考自适应(VS-MRAS)的速度观测器,提高了估算的准确性;在此基础上,以趋近律算法作为优化手段,通过对传统等速趋近律算法公式的改进,设计了一种新型滑模转速调节器。通过仿真试验,改进后的变结构MRAS转速观测器跟随性良好,消除了抖振现象。将新型滑模转速调节器代替常规的PI转速调节器在VS-MRAS速度观测器的矢量控制系统中进行验证,结果表明所设计的转速调节器解决了转速超调量大的问题,从而使得估算误差减小。

静液传动系统自适应模糊滑模控制

针对静液传动系统的速度控制问题,提出一种带有摩擦力矩补偿的自适应模糊滑模的设计方案。引入摩擦力矩动态补偿的方法,对摩擦力矩进行动态实时补偿,提高系统的响应速度和稳态误差。采用自适应模糊滑模控制解决因系统的不确定性及干扰的存在而不能准确控制的问题,使控制器的设计不依赖于被控对象的精确数学模型。基于李雅普诺夫函数推导出规则参数调整的自适应率,保证闭环控制系统的稳定性,并削弱了高频抖振。仿真结果表明该方案可以提高稳态误差,增强系统的鲁棒性,削弱控制信号中的高频抖振现象。

变后掠翼航弹最优弹道自适应滑模跟踪控制

根据变后掠翼航弹在预定弹翼构型下对最优方案弹道跟踪的精确性和鲁棒性要求,设计了一种轨迹-姿态双回路自适应滑模控制器。外环轨迹跟踪回路以位置偏差为参考输入,得到方案攻角参考指令,同时基于Lyapunov稳定性理论给出外环滑模收敛的充分条件;内环姿态跟踪回路则设计了参数自适应律,抑制由后掠角引起的时变参数摄动,同时生成舵偏控制指令,以实现对姿态的跟踪控制。仿真对比结果表明,该自适应滑模控制器在有效消除参数不确定性影响的同时保证了变后掠翼航弹在弹翼预定作动时对最优方案弹道跟踪的稳定性,并且消除了常规滑模控制的抖振现象。

船舶航向控制的多滑模鲁棒自适应设计

针对带有未知虚拟控制增益和常参数不确定的非匹配不确定船舶航向非线性控制问题,设计了一种新的多滑模鲁棒自适应控制算法.该算法利用神经网络来逼近系统模型的不确定性;应用逐步递推的多滑模控制算法降低了控制器的复杂性;尤其是采用Nussbaum函数处理系统中符号未知的问题,避免了可能存在的控制器奇异值问题;然后借助Lyapunov稳定性分析方法,理论分析证明了所得闭环系统全局一致最终有界,且跟踪误差收敛到零.仿真试验结果表明,该方法具有较好的控制效果.

不确定非线性系统的自适应最终滑模控制──Backstepping方法(英)

对具有参数不确定与未知非线性的一类非线性系统，本文通过引入快慢两种切换线给出了一种自适应有限时间滑模控制机制．Backstepping方法被应用到设计中．此种控制机制保证了闭环系统的稳定性并使状态在有限时间内收敛到原点．仿真结果表明该控制机制的有效性．

基于自适应滑模控制的燃料电池电站输出波形控制策略

为得到与燃料电池电站相适应的输出波形,研究了基于自适应滑模控制的燃料电池电站输出波形控制策略。滑模变结构控制具有响应快、抗干扰等优点,但也有控制输出抖振的问题。为有效克服离散滑模变结构控制的抖振问题,采用自适应趋近律来改善滑模变结构控制,实现对燃料电池电站功率调节系统逆变器输出波形的控制。同时,为抑制系统外部干扰和测量噪声,在控制系统中加入了滤波环节。仿真实验结果表明,采用自适应趋近律改善的滑模变结构控制器有良好的抗干扰能力,能较好地抑制抖振。

实现混沌系统同步的自适应变结构观测器方法

针对一类状态不能全部测量且含有不确定项的混沌系统,采用自适应滑模变结构观测器方法,设计了相应的控制律和自适应律,实现了混沌系统的同步控制。所给控制策略,不仅对参数变化和噪声干扰具有很强的鲁棒性,而且不需要已知不确定项的上界,也不需要串联惯性滤波器。理论分析与仿真结果表明了该方法的有效性。