Paralleled DC-DC Power Converters Sliding Mode Control with Dual Stages Design

This paper proposes the new cascaded series parallel design for improved dynamic performance of DC-DC buck boost converters by a new Sliding Mode Control (SMC) method. The converter is controlled using Sliding Mode Control method that utilizes the converter’s duty ratio to determine the skidding surface. System modeling and simulation results are presented. The results also showed an improved overall performance over typical PID controller, and there was no overshoot or settling time, tracking the desired output nicely. Improved converter performance and robustness were expected.

Non-Negative Adaptive Mechanism-Based Sliding Mode Control for Parallel Manipulators with Uncertainties

In this paper,a non-negative adaptive mechanism based on an adaptive nonsingular fast terminal sliding mode control strategy is proposed to have finite time and high-speed trajectory tracking for parallel manipulators with the existence of unknown bounded complex uncertainties and external disturbances.The proposed approach is a hybrid scheme of the online non-negative adaptive mechanism,tracking differentiator,and nonsingular fast terminal sliding mode control(NFTSMC).Based on the online non-negative adaptive mechanism,the proposed control can remove the assumption that the uncertainties and disturbances must be bounded for the NFTSMC controllers.The proposed controller has several advantages such as simple structure,easy implementation,rapid response,chattering-free,high precision,robustness,singularity avoidance,and finite-time convergence.Since all control parameters are online updated via tracking differentiator and non-negative adaptive law,the tracking control performance at high-speed motions can be better in real-time requirement and disturbance rejection ability.Finally,simulation results validate the effectiveness of the proposed method.

MODELING AND CONTROLLING OF PARALLEL MANIPULATOR JOINT DRIVEN BY PNEUMATIC MUSCLES

A parallel manipulator joint driven by three pneumatic muscles and its posture control strategy are presented. Based on geometric constraints and dynamics, a system model is developed through which some influences on dynamic response and open-loop gain are analyzed including the supply pressure, the initial pressure and the volume of pneumatic muscle. A sliding-mode controller with a nonlinear switching function is applied to control posture, which adopts the combination of a main method that separates control of each muscle and an auxiliary method that postures error evaluation of multiple muscles, especially adopting the segmented and intelligent adjustments of sliding-mode parameters to fit different expected postures and initial states. Experimental results show that this control strategy not only amounts to the steady-state error of 0. 1° without overshoot, but also achieves good trajectory tracking.

City-Bus-Route Demand-based Efficient Coupling Driving Control for Parallel Plug-in Hybrid Electric Bus

Recently,plug?in hybrid electric bus has been one of the energy?e cient solutions for urban transportation. However,the current vehicle e ciency is far from optimum,because the unpredicted external driving conditions are di cult to be obtained in advance. How to further explore its fuel?saving potential under the complicated city bus driving cycles through an e cient control strategy is still a hot research issue in both academic and engineering area. To realize an e cient coupling driving operation of the hybrid powertrain,a novel coupling driving control strategy for plug?in hybrid electric bus is presented. Combined with the typical feature of a city?bus?route,the fuzzy logic inference is employed to quantify the driving intention,and then to determine the coupling driving mode and the gear?shifting strategy. Considering the response deviation problem in the execution layer,an adaptive robust controller for electric machine is designed to respond to the transient torque demand,and instantaneously compensate the response delay and the engine torque fluctuation. The simulations and hard?in?loop tests with the actual data of two typical driving conditions from the real?world city?bus?route are carried out,and the results demonstrate that the pro?posed method could guarantee the hybrid powertrain to track the actual torque demand with 10.4% fuel economy improvement. The optimal fuel economy can be obtained through the optimal combination of working modes. The fuel economy of plug?in hybrid electric bus can be significantly improved by the proposed control scheme without loss of drivability.

Study on the Servo Drive of PM-LSM to Be Used in Parallel Synchronous Drive

Recently, linear motors can have high speed control, high acceleration-deceleration. So linear motors are widely used in industrial applications such as precision machine tools. In our laboratory focusing on transport system, we propose parallel synchronous drive of used the PM-LSM （permanent magnet linear synchronous motor）. It can pass luggage without having to stop the working. When you establish ＂parallel synchronous drive＂, a motor follows the other motor. In our laboratory, one of the motors is called ＂master motor＂ and the other motor called ＂slave motor＂. The master motor＇s speed and position pass slave motor then establish parallel synchronous drive. Therefore, slave motor requires high-responsive and precision that follows the master motor. This paper focuses on the control of the slave motor.

基于终端积分滑模的三相逆变器自适应下垂控制方法

针对并联逆变器传统下垂控制中电压电流双闭环方法的鲁棒性较差问题,提出了基于自适应鲁棒的终端积分滑模控制律的下垂控制策略。分析滑模控制的收敛速度、响应时间和抖振幅度三个指标,在终端滑模控制律中增加积分环节建立一类扩展滑模控制律。其次,针对系统参数扰动及直流源侧电压的不确定性,利用自适应鲁棒控制实现抑制扰动,将输出电压控制在参考电压的合适范围内,提高了系统的鲁棒性。最后,综合终端积分滑模控制律,根据LC型并联三相逆变器的下垂控制模型,实现逆变器输出电压的自适应鲁棒跟踪控制,有效实现孤岛模式下逆变电源并联干扰抑制。通过MATLAB/Simulink建立并联逆变器的仿真控制模型并进行电路实验,验证了本文控制器的可行性和有效性。

一种新型3-RRPU并联机构的运动学及鲁棒控制研究

针对现有的三平移并联机构大多正解不唯一、较难实现精确稳定运动控制的问题,提出了一种新的3-RRPU型三平移并联机构,同时研究了机构的运动学、动力学及轨迹跟踪控制方法。首先,运用螺旋理论分析了该机构三平移的原理,进行了驱动输入的选取与论证,对机构平台奇异性、驱动奇异性和支链奇异性进行了分析;其次,运用运动学理论建立了运动学模型,推导了位置正、逆解析解;再次,运用拉格朗日动力学理论建立了机构操作空间的刚体动力学模型;最后,提出了一种基于非线性反馈解耦的自适应滑模轨迹跟踪控制方法,以证明其控制稳定性,并基于动力学模型对空间轨迹跟踪精度和控制力矩进行了仿真分析。研究结果表明:3-RRPU并联机构的位置正解在一般位形下具有唯一性,机构的平台奇异位形和驱动奇异位形少且无支链奇异。该轨迹控制方法可使机构在载荷20 kg、速度0.18 m/s、加速度0.12 m/s 2下,实现0.002 m以内的高精度复杂轨迹跟踪;基于Sigmoid函数的轨迹控制方法还能有效削弱控制力矩的抖振,为实现工业领域高速、高精度、高性能的三平移运动提供了新方法。

Stewart平台神经网络非奇异终端滑模控制

针对Stewart平台的六自由度(six degrees of freedom,6-DOF)轨迹跟踪问题,提出一种基于神经网络的非奇异终端滑模控制方法并应用于Stewart平台的位置姿态控制中。通过分析Stewart平台的位置反解和速度反解,建立运动学方程,利用牛顿-欧拉方程建立动力学方程,并结合加速度反解得到了平台的状态空间表达式;基于非奇异滑模面函数,设计非奇异终端滑模控制律。考虑到径向基函数(radial Basis function,RBF)神经网络的逼近特性,采用RBF神经网络对模型未知部分进行自适应逼近,并利用Lyapunov第二法设计了自适应律;通过仿真证明控制器设计的有效性。仿真结果表明,相比于比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制器,提出的RBF神经网络非奇异终端滑模控制器具有更好的轨迹跟踪精度和动态特性。

基于全局快速终端滑模的6-PSS并联运动模拟器轨迹跟踪控制研究

针对6-PSS并联运动模拟器动力学模型中的不确定性和时变扰动,提出了一种基于全局快速终端滑模的鲁棒控制策略。首先,运用虚功原理建立了该机构的动力学模型(该动力学模型表明6-PSS并联机构是一个具有非线性和强耦合特性的多变量系统),对动力学模型进行了离线处理,使其反映出机构真实动力学特性,并满足设备实时计算能力的要求;然后,基于简化后的动力学模型设计了一种全局快速终端滑模控制器(GFTSMC),设计李雅普诺夫(Lyapunov)函数对控制律进行了分析,证明了控制器的稳定性;最后,将控制策略应用于6-PSS并联运动模拟器轨迹跟踪控制,并将其与PD前馈控制及传统滑模控制(SMC)进行了对比实验。研究结果表明:GFTSMC相对于PD和SMC的平均误差分别下降了82.92%和18.88%,标准差分别下降了80.03%和41.73%,且能够起到抑制抖振的效果,是6-PSS并联运动模拟器的一种有效且实用的鲁棒控制方案。该研究结果可为6-PSS并联运动模拟器控制及工程应用提供理论依据。

工程车辆3-RPS座椅悬架半主动滑模控制

工程车辆处于恶劣的工作环境中,垂向单维度的被动减振无法满足实际需求。为解决该问题,依据可实现三维减振的3-RPS并联机构座椅悬架,提出一种新型三维控制策略。基于“座椅-人体”三维振动数学模型,设计一种新的三维天棚控制模型,作为滑模控制的参考对象。设计滑模控制器,并根据Lyapunov稳定判据,对控制系统的稳定性进行分析判断。利用Simulink软件建立座椅-人体受振模型,对处于E、F、G级3种路面环境中,分别采用滑模控制以及被动控制模式的座椅的减振效果进行仿真对比分析。结果表明,相较于被动控制的座椅悬架,采用三维滑模控制的座椅悬架在垂直方向上的加速度下降率在38.88%至57.06%之间;俯仰方向上的角加速度的下降率在36.00%至54.89%之间;侧倾方向上的角加速度的下降率在49.58%至59.97%之间。且可有效降低垂直方向上的加速度峰值,对于冲击载荷减振性能良好。研究成果可为半主动多维减振座椅悬架控制策略的研究提供一定参考。

多算法融合的并联食品分拣机器人轨迹跟踪控制方法

目的:解决并联食品分拣机器人轨迹跟踪控制方法存在的控制精度低和运动稳定性差等问题。方法:在四自由度并联机器人结构基础上,提出将滑模控制算法、模糊控制算法和改进蝙蝠算法相结合用于并联食品分拣机器人轨迹跟踪控制。通过改进蝙蝠算法对模糊算法带宽进行寻优,通过优化的模糊控制算法自适应调整滑膜控制算法的模糊增益和滑膜面斜率,降低控制器的跟踪误差,提高抗干扰能力,并验证所提轨迹跟踪控制方法的优越性。结果:所提轨迹跟踪控制方法实际分拣准确率为99.90%,平均分拣时间为0.509 s。结论:与常规方法相比,所提轨迹跟踪控制方法的关节轨迹跟踪精度更高,抗干扰能力更强,输出力矩更加平滑。

基于ESO的分拣并联机器人无标定视觉伺服自适应滑模控制

针对无标定分拣并联机器人需获取精确图像雅可比矩阵的问题,同时为克服图像检测误差、建模误差及外部干扰对无标定视觉伺服系统的影响,提出一种基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的分拣并联机器人无标定视觉伺服自适应滑模控制方法。通过将表征机器人图像空间与任务空间映射关系的图像雅可比矩阵与系统不确定项集总到同一通道的状态方程,引入ESO对分拣并联机器人视觉伺服系统的集总不确定性进行在线估计,设计一种基于扩张状态观测器的自适应积分滑模控制器,并通过设计自适应律动态调整滑模控制切换增益,以提高视觉伺服系统精度,同时达到抑制滑模控制抖振的效果。采用Lyapunov稳定性理论证明该控制方法的稳定性,最后通过仿真实验验证了所提出视觉伺服自适应滑模控制方法的可行性和有效性。

分拣并联机器人自适应滑模控制

串类水果分拣并联机器人分拣负载未知且动态变化,当水果串发生牵连时将引起负载转动惯量发生较大变化。为实现串类水果分拣并联机器人的高性能控制,提出一种能够在线辨识系统负载转动惯量的自适应滑模控制算法。在分析交流伺服电机机械运动方程的基础上采用梯度校正参数辨识算法辨识负载转动惯量,设计出一种自适应规则以提高并联机器人系统克服负载变化的能力,同时有效抑制滑模控制带来的抖振。在MATLAB上对该控制算法进行仿真,并将其应用于串类水果分拣并联机器人样机平台进行实验,实验结果验证了算法辨识负载变化的有效性。

涂覆并联机器人轨迹跟踪同步控制策略研究

当涂覆并联机器人两侧分支不同步或从主动关节到末端执行器存在运动传递误差时,会影响机器人的轨迹跟踪性能。为此,提出一种结合深度学习的智能跟踪滑模同步控制方法(ITSSMSC)。基于复合误差设计滑动面,利用深度学习算法训练具有多隐层的深度神经网络,在不调整额外参数的情况下跟踪由不同涂层工艺要求决定的任意给定轨迹,并保证同步性能。最后,通过实验验证了该控制方法的有效性。结果表明:该控制方法在不同期望轨迹下均能实现良好的跟踪控制性能和同步性能。

虚实结合的多元化实验教学研究

基于大型仪器设备开展的传统实验教学在软硬件配套和实践能力培养方面存在诸多限制,为提升实验教学成效,拓展知识面的广度与深度,虚拟仿真技术进入课堂。但虚拟实验操作利弊兼具,不能完全满足实验教学的目的。为寻求课程建设与人才培养的科学合理途径,以生物大分子表征及成像技术课程为例,通过采用虚实结合的模式,以虚拟仿真实验辅助现场实践教学,分设线上线下双重考核标准,让“多元化”体现在知识板块的组成以及教学形式的多样化上。此外,将平行对照实验引入实践教学环节,科学合理地分析数据、协同合作,实现人力与物力的资源优化,保障课程考核的公平有效。

Bio-inspired Backstepping Adaptive Sliding Mode Control for Parallel Mechanism with Actuation Redundancy

This paper presents a bio-inspired backstepping adaptive sliding mode control strategy for a novel 3 degree of freedom(3-DOF) parallel mechanism with actuation redundancy. Based on the kinematic model and the dynamic model, a sliding mode controller is designed to assure the tracking performance, and an adaptive law is introduced to approximate the system uncertainty including parameters variation, external disturbances and un-modeled part. Furthermore, a bio-inspired model is introduced to solve the inherent chattering problem of sliding mode control and provide a chattering free control. The simulation and experimental results testify that the proposed bio-inspired backstepping adaptive sliding mode control can achieve better performance(the tracking accuracy,robustness, response speed, etc.) than the conventional slide mode control.

三自由度并联机器人的轨迹跟踪滑模控制

为了提高并联机器人在有干扰或者模型不确定情况下的工作性能,本文设计了一种模糊自适应滑模控制方法,并将其应用于平面3-PRR并联机器人的轨迹跟踪控制中。首先,采用解析法对机器人进行了运动学分析,并基于虚功原理法建立了其动力学模型;其次,改进了滑模趋近率以提高误差收敛速度,同时利用滑模变量设计了模糊控制器,动态调节滑模控制自适应项的增益,以消除抖振并提高控制精度。最后利用Simulink对同一轨迹进行了仿真实验,并应用不同的控制方法进行了比较。仿真结果表明,所提控制方法在不同的干扰下,轨迹跟踪误差更小,抗干扰能力更强,对于三自由度平面并联机器人的位置控制非常有效。

基于ESO的车载并联稳定平台快速非奇异终端滑模控制

针对车载并联稳定平台受到多源干扰影响姿态稳定问题,提出了一种线性扩张状态观测器复合快速非奇异终端滑模控制方案。首先,建立并联稳定平台系统模型;然后,设计姿态环扩张状态观测器对系统多源干扰进行扰动估计,基于干扰估计值设计姿态环复合快速非奇异终端滑模控制器;接着,基于李雅普诺夫定理证明快速非奇异终端滑模控制器的稳定性;最后,在车载并联稳定平台上完成所设计控制器的仿真和实验验证。结果表明:所设计的控制器提升了车载并联稳定平台姿态控制的响应速度和抗干扰性能。

逆变器并联的自适应滑模全局鲁棒电压控制方法

针对孤岛微电网非线性负载产生的谐波电流扰动和逆变器滤波参数摄动,使得经典的比例–积分–微分电压控制器难以实现对逆变器满足精度的控制,文中设计一种自适应滑模全局鲁棒电压控制器。该控制器对逆变系统负载电流扰动和滤波参数摄动采取自适应预测,使得控制系统具备全局鲁棒性。另外,负载电流扰动的自适应预测,在保证控制系统稳定性前提下,能够实时调节输入电压控制信号的切换增益,从而限制了输出电压的抖振。仿真和实验结果表明:该策略降低了逆变系统输出电压的抖振、谐波畸变率、稳态跟踪误差以及并联逆变器之间的环流,提高了逆变系统输出电压的动态调节能力及抵御滤波参数摄动的能力。

农业并联机器人同步滑模控制

农业并联机器人的多支链相对末端执行器运动的协调性、耦合性成为并联机器人运动控制的难题,鉴于此,提出一种将同步控制与滑模控制相结合的控制方法。仿真和实验结果表明,该控制方法跟踪性能好,响应速度快,系统误差小,具有较强的鲁棒性,能够满足并联机器人的控制要求。