Fuzzy-second order sliding mode control optimized by genetic algorithm applied in direct torque control of dual star induction motor

The direct torque control of the dual star induction motor(DTC-DSIM) using conventional PI controllers is characterized by unsatisfactory performance, such as high ripples of torque and flux, and sensitivity to parametric variations. Among the most evoked control strategies adopted in this field to overcome these drawbacks presented in classical drive, it is worth mentioning the use of the second order sliding mode control(SOSMC) based on the super twisting algorithm(STA) combined with the fuzzy logic control(FSOSMC). In order to realize the optimal control performance, the FSOSMC parameters are adjusted using an optimization algorithm based on the genetic algorithm(GA). The performances of the envisaged control scheme, called G-FSOSMC, are investigated against G-SOSMC, G-PI and BBO-FSOSMC algorithms. The proposed controller scheme is efficient in reducing the torque and flux ripples, and successfully suppresses chattering. The effects of parametric uncertainties do not affect system performance.

Second order sliding mode control with back stepping approach for moving mass spinning missiles

An attitude controller using the second order sliding mode control methodology with a backstepping approach（SOSMCB）is designed and implemented for a spinning missile with two internal moving mass blocks.The system consists of a rigid body and two radial internal moving mass blocks and its mathematical model is established based on Newtonian mechanics.The control scheme integrates a second order sliding mode control algorithm into the last step of the backstepping approach,and its stability is proved by means of a Lyapunov function.The performance of the controller is demonstrated by numerical simulations,the results show that the attitude controller is stable and effective.

基于扰动观测器和改进自适应二阶快速终端滑模的PMLSM伺服系统控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)在运行时易受到摩擦力、负载扰动及环境变化等不确定影响,设计一种基于扰动观测器和自适应二阶快速终端滑模控制方法。首先,该方法在高阶滑模的基础上结合了快速终端滑模控制,有效加快了系统响应速度。其次,在二阶滑模面的基础上引入条件积分项,该项仅作用于边界层内部,能够有效避免滑模到达阶段由于积分饱和现象导致的超调量过大及响应时间过慢的问题。此外,设计自适应切换控制律,使切换增益在合理的区间内,并根据系统状态进行实时更新,从而削弱抖振现象。最后,为进一步提升系统的鲁棒性,采用扰动观测器对PMLSM系统的集总不确定性进行补偿。经实验验证,该控制方法具有良好的位置跟踪精度和强鲁棒性,且对系统抖振现象有明显削弱作用。

基于超螺旋二阶滑膜的汽车主动悬架控制方法研究

汽车悬架的控制效果直接影响汽车的稳定性和舒适性,针对一阶滑模控制在主动悬架控制中存在的抖振和控制精度问题,基于汽车二自由度1/4主动悬架模型,提出了一种基于超螺旋二阶滑模控制的汽车主动悬架控制方法。在控制器前端串联一个负加速度反馈回路来调节悬架性能,并使用扩展的超螺旋观测器实时补偿系统的未知内部动态。为了验证控制方法的可行性,通过仿真进行对比分析。仿真结果表明,相比于一阶滑膜控制,该方法解决了悬架未知非线性动态的多目标控制问题,能更有效地改善汽车稳定性和舒适性。

无人机舵面故障高阶滑模重构观测器设计及主动容错控制

针对无人机舵面损伤故障容错问题,提出了基于二阶非奇异终端滑模重构观测器及主动容错设计方法。在分析舵面正常偏转运动学和动力学特性基础上,构建了无人机典型舵面故障非线性特性模型。提出无人机舵面故障的高阶滑模重构滑模观测器设计方案;引入线性变换降维简化观测器设计程式;将终端滑模和非奇异终端滑模结合起来,实现滑模运动有限时间快速收敛;综合自适应律、线性矩阵不等式设计观测器系数矩阵,确保状态估计偏差有界稳定。提出集状态与故障重构于一体的主动容错控制方案,并通过仿真算例检验所提方案的有效性。

Second-order terminal sliding mode control for hypersonic vehicle in cruising flight with sliding mode disturbance observer

This paper focuses on the design of nonlinear robust controller and disturbance observer for the longitudinal dynamics of a hypersonic vehicle （HSV） in the presence of parameter uncertainties and external disturbances. First, by combining terminal sliding mode control （TSMC） and second-order sliding mode control （SOSMC） approach, the second- order terminal sliding control （2TSMC） is proposed for the velocity and altitude tracking control of the HSV. The 2TSMC possesses the merits of both TSMC and SOSMC, which can provide fast convergence, continuous control law and high- tracking precision. Then, in order to increase the robustness of the control system and improve the control performance, the sliding mode disturbance observer （SMDO） is presented. The closed-loop stability is analyzed using the Lyapunov technique. Finally, simulation results illustrate the effectiveness of the proposed method, as well as the improved overall performance over the conventional sliding mode control （SMC）.

基于二阶滑模扰动观测的PMSM电流预测控制研究

针对无差拍电流预测控制(DPCC)对电机参数的依赖性,系统性能尤其易受电感参数影响的问题,研究基于二阶滑模扰动观测的永磁同步电机(PMSM)电流预测控制方法。首先,根据滑模控制原理分析电感参数失配对系统参数鲁棒性的影响,及传统滑模控制的不连续函数导致的系统“抖振”;然后,在DPCC中引入一种基于二阶趋近律的滑模扰动观测器(SMDO),实时补偿电感参数失配造成的扰动,同时通过二阶趋近律加速扰动误差的收敛;最后,将该方法与DPCC、SMDO+DPCC进行对比仿真实验。实验结果表明,在电感参数失配的情况下,该方法降低了电流稳态误差,提高了系统参数的鲁棒性,减少了传统滑模控制带来的系统“抖振”现象。

基于增强型扩张状态观测器的永磁同步电机低抖振高抗扰二阶终端滑模电流控制

永磁同步电机电流滑模控制具有较好的参数鲁棒性,但控制精度受到滑模抖振的影响,且抖振抑制与抗扰性之间存在矛盾。为此,该文提出一种基于增强型扩张状态观测器的二阶终端滑模电流控制方案,可以有效提升电流控制性能。通过二阶终端滑模控制器的设计,将一阶积分快速终端滑模嵌套在二阶非奇异终端滑模面中,使得滑模抖振得到较好的抑制,同时实现电流无稳态误差的快速收敛。通过引入扩张状态观测器对扰动信号的集总估计与补偿,缓解了抖振与抗扰性之间的矛盾,进一步提升了电流精度。针对数字控制的延迟影响,设计了Smith预估器,提升了扰动补偿精度。最后,通过实验对该文所设计的电流控制方案进行验证,并通过对比展示了该方案的有效性。

基于积分滑模的二阶系统任意预设时间编队控制

在通信过程中,智能体受各种未知干扰信号的影响,导致系统性能降低。针对二阶非线性多智能体系统,研究了在有向通信拓扑结构下实现任意预设时间编队期望的问题。首先,结合预设时间机制与积分滑模控制策略,设计一种新的编队控制协议,该控制协议能够确保二阶多智能体系统在任意预设时间内实现到达段和滑动段2个阶段的收敛,引入的积分滑模控制项有效降低了系统的稳态误差,并提高其在预设时间控制下的鲁棒稳定性;其次,利用李雅普诺夫方法与代数图论知识,分析得出二阶系统在该控制方法下达到预设时间编队期望的充分条件,并证明了包含预设时变函数控制协议的有界性。仿真实验结果验证所设计控制方法的有效性与可行性,即给定任意初值,带干扰项的二阶系统均可在任意预设时间内快速准确地达到稳定状态。

基于自适应超扭曲算法的燃料电池供气系统二阶滑模控制研究

针对某小型无人机基于聚合物交换膜氢燃料电池和锂离子电池的电推进混合动力系统的实用化需求,提出了一种基于非线性自适应超扭曲算法的二阶滑模氢燃料电池供气系统控制的设计方法。通过研究燃料电池供气系统空压机空气流量与过氧比之间的关系,建立了期望空气流量与最佳期望过氧比关系的参考模型。在参考模型的基础上,引入自适应超扭曲二阶滑模控制器来优化燃料电池供气系统的性能。仿真结果表明,该控制器具有较强的鲁棒性,在负载变化和参数不确定情况下具有良好的暂态性能,同时保证了受控系统的稳定性,优化的压缩机功率配置比恒定的压缩机功率配置节能2.7%,验证了自适应超扭曲二阶滑模控制器的有效性能。

基于积分滑模观测器的直线振荡电机谐振频率跟踪控制

现有直线振荡电机(LOM)无位置传感器谐振频率跟踪控制方法存在行程观测精度低、抗干扰能力差等问题,容易导致谐振频率跟踪精度低、频率振荡严重。为提高谐振频率跟踪控制性能,该文研究了一种基于积分滑模观测器(ISMO)的新型谐振频率跟踪控制方法。首先,基于LOM工作在系统谐振频率点时行程-电流相位差为90°的特点,提出一种双互相关函数比值方法,消除了行程变化对谐振频率跟踪控制的影响。其次,采用积分滑模面及新型趋近律设计ISMO,并利用二阶广义积分器获取行程估算信号,大大提高了行程估算精度。最后,对比实验结果表明,所提方法能够有效提高谐振频率跟踪精度、稳定时间及抗干扰能力。

基于疫苗接种策略的流行病学滑模控制方法

为了对流行病学模型进行动态、实时控制,提出了具有控制输入(疫苗接种)策略的易感者-潜伏者-隔离者-感染者-恢复者(susceptible-exposed-quarantined-infected-recovered,SEQIR)流行病学模型,并对其疫苗接种控制律进行滑模控制。首先,对该模型进行了动力学分析。然后,针对SEQIR流行病模型,设计滑模面和相应的接种控制律,使得系统状态移动并收敛到滑模面上,缓解系统的抖振现象。这种滑模控制策略对参数不确定性和扰动具有鲁棒性。此外,采用李雅普诺夫第二方法对闭环系统的稳定性进行了分析。实验表明,滑模控制能够实时、快速地控制流行病的传播,接种疫苗可以减缓流行病的传播速度并降低传播规模,从而减少流行病暴发的风险。结果证明滑模控制策略能够应用在流行病学模型中,并及时、有效地控制疾病流行,同时接种疫苗也是一项非常重要和有效的措施。

基于新型滑模观测器的PMSM无传感器控制

为解决传统滑模观测器因滑模增益固定而导致的抖振和估算误差较大等问题,提出了一种滑模增益可以自适应调节的新型滑模观测器。在传统滑模观测器的基础上,结合了幂次趋近率和指数趋近率的特点,设计了一种新趋近律,将滑模增益和模糊控制相结合,根据实际运行情况动态调整滑模增益。采用饱和函数代替传统的符号函数来实现滑模的连续控制。在电流环控制中设计一种二阶滑模控制器来代替传统的PI控制器。对改进滑模观测器分别进行稳态和抗干扰仿真,并与传统滑模观测器进行对比。仿真结果表明,改进的滑模观测器在稳态性能和抗干扰性能上都优于传统的滑模观测器。

非理想条件下并联有源电力滤波器的无源超螺旋二阶滑模控制策略

电力系统运行在非理想状态时,容易产生短暂的电压波动,此时并联有源电力滤波器(shunt active power filter,SAPF)采用无源控制策略无法高效、精确地调节电能质量,而常规滑模控制又容易引起抖振。针对上述情况,将无源控制和抗干扰能力更强的超螺旋二阶滑模控制相结合,提出了一种无源超螺旋二阶滑模控制策略。首先,根据有源电力滤波器的数学模型建立基于正负序分离的欧拉−拉格朗日模型;其次,对系统的模型进行了无源性分析,且根据其无源性设计了无源控制器,同时采用超螺旋二阶滑模控制对无源控制器进一步优化,提高了系统整体的鲁棒性和抗干扰能力;最后,在理想状态和负载突变、负载不平衡、电网电压不平衡、单相电压突变4种非理想状态下,通过仿真实验验证了无源超螺旋二阶滑模控制策略的有效性和优越性。

基于RBF神经网络的双馈风电机组最大功率追踪控制方法

双馈风电机组通过转子回路进行功率调节控制,当系统在最大功率点附近工作时,回路电流会出现高频振荡的问题。这种振荡会影响系统稳定性,最大功率追踪控制是解决该问题的核心手段。提出基于径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络的双馈风电机组最大功率追踪控制方法。分析双馈风电机组基本结构与运行原理,获取风电机组输出功率,并将其输入RBF神经网络输入层中,通过网络隐含层对其展开优化训练,再通过输出层输出最大功率。采用二阶滑模控制策略与比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制器相结合的方法对发电机转矩展开追踪控制,实现对双馈风电机组最大功率的追踪控制,使风电机组保持最大功率运行。实验结果表明,所提方法追踪效果好、追踪精度高、控制精度高。

基于循环Legendre模糊神经网络的DFIG二阶滑模容错控制

针对双馈感应发电机(DFIG)易受外界干扰而对并网产生影响的问题,将循环Legendre模糊神经网络(RLFNN)与二阶滑模控制(SOSMC)应用于DFIG控制中,从而提高了DFIG在传感器故障和不确定条件下的功率跟踪能力。首先,SOSMC采用超螺旋算法进行推导,并使用Lyapunov第二定理证明了控制系统的渐近稳定性。其次,提出了使用RLFNN来估计不确定部分,RLFNN的控制律与参数可在线训练,以进一步确保系统鲁棒性。仿真结果表明,所提出的方法能够使DFIG在发生传感器故障、参数变化以及外部干扰情况下保持正常运行,实现了有效容错控制。

基于二阶滑模的四旋翼无人机姿态控制算法研究

在电力系统中,中低压架空线路的装拆接地线是一个关键但具有挑战性的任务,传统人工操作存在较高的安全风险和效率低下的问题。无人机技术的应用显著提高了这一过程的安全性和效率。为保证无人机具备极高的姿态稳定性和精确的控制能力。本文提出了基于二阶滑模控制的四旋翼无人机姿态控制算法。使用二阶滑模控制方法为小型四旋翼无人机(UAV)设计鲁棒的飞行控制器。由于四旋翼无人机UAV的欠驱动特性,飞控可以使四旋翼飞行器移动三个位置并将偏航角调整到所需值,并稳定俯仰角和横滚角。该飞行控制器旨在为四旋翼无人机提供针对模型参数不确定性的鲁棒位置和姿态跟踪控制。仿真表明,所设计的控制器能够稳定地控制四旋翼无人机。

基于二阶滑模算法的步进电机自动升降转速控制方法

受各部分联动关系的影响,步进电机转速的升降调节控制效果难以满足实际需求。为此,提出基于二阶滑模算法的步进电机自动升降转速控制方法。在综合步进电机转子的运动方程、步进电机的电磁力矩方程、电机转动方程及阻尼系数方程的基础上,构建步进电机数学模型,并明确通过调节输入电流,控制步进电机的转速,使得电机达到期望转速的控制目标。在具体的控制阶段,引入二阶滑模控制器,根据增益系数对滑模面函数和滑模控制律进行循环迭代,直至满足控制要求。测试结果表明,设计控制方法不仅能够实现在短时间内迅速调整测试步进电机转速,并且转速表现出较高的稳定性,满足实际应用需求。

Second Order Sliding Mode Control for Discrete Decouplable Multivariable Systems via Input-output Models

The problem of the chattering phenomenon is still the main drawback of the classical sliding mode control. To resolve this problem, a discrete second order sliding mode control via input-output model is proposed in this paper. The proposed control law is synthesized for decouplable multivariable systems. A robustness analysis of the proposed discrete second order sliding mode control is carried out. Simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed strategy.