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。

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。

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。

基于干扰观测器的航天器非奇异终端二阶滑模控制

为了消除干扰力矩和结构不确定性对卫星姿态控制性能的影响,本文提出了一种基于新型干扰观测器的非奇异终端二阶滑模控制方法.首先,文章设计了一种基于跟踪微分器的干扰观测器,来对卫星系统中的不确定项进行估计,利用估计值进行补偿,并保证估计误差在有限时间内收敛.在此基础上,文章设计一个非奇异终端滑模面,当系统到达滑模面时,姿态误差可以在有限时间内收敛,并利用二阶滑模趋近律设计控制器,保证系统在有限时间到达滑模面.在干扰观测器误差未完全收敛时,滑模控制器可以对存在的扰动进一步抑制,实现姿态跟踪系统的有限时间稳定,并通过李雅普诺夫方法严格证明了其稳定性.最后,仿真结果表明,干扰估计值误差可以在有限时间内收敛,证明了该控制方法对存在的干扰是具有较好的鲁棒性.

基于指数增益迭代学习的机械臂二阶滑模控制方法

机械臂系统具有非线性和不确定性,针对其精确跟踪控制问题,提出基于指数增益迭代学习的二阶滑模控制算法。首先,采用滑模控制增强系统对外界非重复干扰的鲁棒性,采用二阶滑模方法使控制器产生连续的控制信号,以减轻传统滑模控制的抖振问题;其次,结合指数增益迭代学习控制逼近由摩擦力等周期性扰动引起的有界重复性扰动,通过设置指数增益系数以提高迭代的收敛速度,该方法既能减小系统的跟踪误差又能保证系统的全局渐近稳定性,提高系统的动态性能;最后,分析算法收敛的充分条件,以二自由度机械臂为例对所提方法进行理论数值仿真。仿真结果表明:所提控制方法可以保证系统的稳定运行,输出跟踪误差收敛到接近零的邻域,提高了系统的控制精度,对干扰保持了良好的鲁棒性。

基于二阶滑模自抗扰控制的道路融冰除雪系统水泵电机优化策略

针对道路主动融冰除雪喷淋系统的电机线性比例-积分(PI)控制策略控制效率低、精确性差的问题,提出了一种基于二阶滑模自抗扰控制(ADRC)技术的转速电流双闭环控制策略。建立了喷淋系统三相永磁同步电机(PMSM)的不确定性数学模型,根据电机转速动态模型设计了扰动观测器估测负载转矩和系统的不确定性并证明了其收敛性。同时,结合超螺旋滑模控制算法,设计了复合转速控制器调节电机转速。结果表明:所提的二阶滑模ADRC策略表现出较短的响应时间,且电机恢复至额定转速的调节时间比PI控制策略缩短60%,转速超调仅为PI控制策略的48%,鲁棒性更好,能够实现电机在扰动情况下的全速域运行,可提高喷淋系统的控制精度和速度。

IPMSM有效磁链二阶滑模自适应估计控制

针对传统滑模观测器的动态品质差、抖动大的问题,提出一种基于无位置传感器内置式永磁同步电机控制系统的定子有效磁链二阶滑模自适应磁链观测器。该观测器利用超螺旋算法理论,以静止坐标系下电流误差及电流误差的估计值为状态变量,构造出定子电流误差估计值的二阶滑模自适应观测器,得到准确的有效磁链估计,使得该估计值可在有限时间内快速收敛且具有强鲁棒性;同时利用定子磁链估计值获取电机转子位置信息,实现电机稳态运行。仿真和实验结果表明,在不同负载条件下该观测器具有很强的适应性,且磁链估计值抖动小、精度高,因此所提控制方案可行有效。

基于规定收敛律算法的二阶滑模制导律设计及仿真

制导律指引导弹以近似零脱靶量击中目标需要使用弹目视线角速率信息。对于实际应用中视线角速率难以直接获得的情况下,根据滑模控制理论设计了一种一阶滑模微分器,针对一阶滑模微分器的抖振问题,根据积分滑模理论的思想,基于规定收敛率算法提出了一种二阶滑模微分器,并构造了增广比例导引律和滑模导引律,数值计算结果表明设计的滑模微分器能够准确估计视线角速率,重构的导引律对机动目标具有良好的导引性能。

基于有限时间扰动观测器的水厂加矾系统二阶滑模控制

水厂絮凝沉淀过程具有强非线性、不确定性和参数时变等特点,并且原水水质和水量突变等扰动容易对絮凝沉淀过程造成不利影响.本文提出了一种基于有限时间扰动观测器的加矾系统二阶滑模控制设计方法.首先,文章采用带有非光滑项的二阶滑模控制方法设计加矾系统反馈控制;然后,文章设计有限时间扰动观测器对原水水质和水量突变等扰动,以及絮凝沉淀过程强非线性、不确定性和参数时变等导致的模型不匹配进行估计,估计结果作为前馈补偿与反馈控制相结合;最后,理论分析证明了基于有限时间扰动观测器的二阶滑模控制方法的稳定性.仿真结果表明,本文所提出的复合控制方法有效提升了加矾系统的鲁棒性和抗扰动性能.

农用拖拉机的自适应二阶滑模路径跟踪控制

针对农用拖拉机在未知扰动影响下的路径跟踪控制问题,本文提出了基于自适应二阶滑模和扰动观测技术的路径跟踪控制策略.首先,建立含有未知扰动项的路径跟踪偏差模型,通过利用自适应控制和改进的加幂积分技术,构造自适应二阶滑模路径跟踪控制方法,该控制方法削弱了滑模控制中存在的抖振影响.其次,为了解决大扰动下控制增益调整过度的问题,通过将鲁棒精确微分器和自适应二阶滑模控制结合,构造复合的路径跟踪控制方法.严格的Lyapunov分析表明横向偏差和航向偏差均在有限时间内稳定到原点.最后,仿真结果验证了本文设计的制导方法能够保证农用拖拉机快速且稳定地跟踪上任意弯曲的参考路径.

DC-DC降压变换器的固定时间变增益二阶滑模

针对DC-DC降压变换器提出了一种基于变增益二阶滑模控制的固定时间输出电压调节算法。首先,在考虑外部干扰以及未知建模动态的前提下,通过平均状态空间法得到了含有不确定性的降压电路的状态空间数学模型。接着,针对所得到的数学模型构造了相对阶为2的滑模变量,并提出了一种增益可变的新型滑模控制算法,实现了收敛时间不依赖于系统初值的固定时间输出电压调解控制。此外,通过Lyapunov分析得出闭环系统能够完成全局性固定时间稳定的结论。最后,通过仿真与已有算法进行比较,验证了所提算法的有效性。

基于超螺旋二阶滑模理论的直流微电网母线电压控制

针对直流微电网系统中的负载波动、参数摄动等不确定因素造成的母线电压稳定性问题,提出了一种超螺旋二阶滑模控制策略。文中以直流微电网三相AC-DC变流器为主体,通过合理选取滑模变量,利用Super-twisting思想设计了直流微电网三相AC-DC变流器电压外环二阶滑模控制器,该控制器既保留了传统滑模的强鲁棒性,又有效地削弱了控制系统抖振;根据Lyapunov第二定律,给出了超螺旋二阶滑模的稳定性条件。通过数值仿真验证了该控制策略的可行性与正确性。

自适应二阶滑模的有限时间收敛角度约束制导律

针对终端角度约束制导问题,提出了一种新型基于自适应二阶滑模的有限时间收敛角度约束制导律。构建非奇异有限时间收敛滑模面,保证了滑模面上角度及角速率误差有限时间快速收敛。采用参数自适应二阶滑模算法构建角度约束制导律,所设计的制导律不仅可抑制目标机动加速度等未知干扰,而且可确保滑模面的有限时间可达。相比采用传统二阶滑模或者含有切换项的滑模制导律,所提出的制导律参数可自适应变化,从而无需提前已知目标加速度等不确定项的上界信息。在各种目标机动情况下仿真,结果表明所设计的制导律具有强自适应以及快速收敛的制导性能。

超声速导弹的光滑二阶滑模控制器设计

建立了带有气动系数不确定量和外界干扰的超声速导弹的运动模型。采用输出重定义技术克服了导弹过载输出的非最小相位特性,利用容易测量的过载和角速度相组合重新定义了新输出量。为了削弱滑模控制的颤振影响,同时又保持滑模控制的强鲁棒性,采用光滑二阶滑模控制方法设计了导弹过载控制系统中的控制器。设计了二阶滑模观测器对汇总不确定量进行有效估计。为了检验所设计的观测器和控制器的控制效果,仿真分析中对比了光滑二阶滑模控制器和传统滑模控制器的仿真结果。仿真结果表明:光滑二阶滑模控制器能够有效地削弱颤振影响,使导弹过载输出快速准确地跟踪上过载指令信号。

基于二阶滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

为了准确估计永磁同步电机的转子位置与速度,提出一种二阶滑模观测器。该观测器在传统线性滑模面基础上引入了混合非奇异终端滑模面,避免了常规滑模观测器由于低通滤波所产生的相位滞后问题,同时可以提高转子位置与速度的估算精度。为了保证观测器的稳定并抑制滑模固有的抖振现象,设计了滑模控制律。最后,采用具有锁相功能的转子位置与速度跟踪算法从观测的反电动势中解调出转子位置和速度信息。仿真和实验证明了所提观测器的正确性。

基于等效误差法的直线电机XY平台二阶滑模控制

对于直线电机驱动XY平台,系统动态的非线性、系统不确定性因素以及曲线轨迹的轮廓误差模型相对复杂等问题影响其轮廓加工精度。采用适用于多轴非线性运动系统轮廓控制的等效误差法,建立可用于一般曲线跟踪且容易计算的XY平台等效误差非线性模型。运用二阶滑模控制方法进行轮廓控制器的设计,通过连续控制量使滑模面及其时间导数在有限时间内趋近于零,削弱抖振的同时抑制不确定性因素对系统性能的影响,使直线电机XY平台达到高加工精度要求。理论推导与仿真结果表明,所设计控制系统能有效提高XY平台的轮廓加工精度。

一类新的二阶滑模控制方法及其在倒立摆控制中的应用

二阶滑模作为高阶滑模的特殊情形,不仅具有传统滑模鲁棒性强、对外界干扰不敏感的特点,而且能够有效地消弱传统一阶滑模中存在的"抖振"现象.本文设计了一种新的二阶滑模控制算法.该算法的优点是假设不确定性是由非负函数限制而不是由常数限定.因此,该算法在实际应用中具有更广的应用范围.此外,算法中的加幂积分技术保证了系统在有限时间内稳定,而不是传统二阶滑模中普遍存在的有限时间收敛,并给出了严格的数学证明.最后,在倒立摆控制中的应用验证了该算法的有效性.

汽车DYC系统的二阶滑模控制

为提高汽车直接横摆力矩控制(DYC)系统的精度和鲁棒性,提出了DYC二阶滑模(SOSM)控制策略.为了发挥滑模控制的优势并抑制其固有的颤振现象,基于高阶滑模控制理论设计了DYC的上层控制器——二阶滑模变结构车身运动控制器,并采用螺旋控制算法设计滑模控制律;为了产生维持车辆稳定所需的目标横摆力矩,在目标滑移率自动识别的基础上,采用逻辑门限值控制方法设计了DYC下层控制器——滑移率控制器.在Matlab/Simulink和veDYNA车辆动力学仿真环境下建立了汽车DYC硬件在环/驾驶员在环仿真测试平台,并采用该仿真平台对所提出的DYC控制策略进行了评价.结果表明该控制算法在极限工况下可较好地提高车辆的行驶稳定性,显著提高车辆的主动安全性能.