永磁同步电机非线性增益非奇异快速终端滑模控制

为了研究传统滑模控制中系统误差在有限时间内无法收敛至0以及传统滑模控制中系统抖振与收敛速度互不兼容的问题,提出一种非奇异快速终端滑模控制与扰动观测器结合的速度控制器。通过将参数可变的非线性函数作为增益代替固定增益加入滑模控制策略中从而改善系统响应速度同时减小系统的抖振。针对转矩扰动对系统的影响,加入负载转矩扰动观测器并补偿到q轴电流中以进一步提高控制器抗负载扰动能力。根据李雅普诺夫稳定性理论对提出的新型滑模控制器进行稳定性证明,经过仿真和实验证明,电机在启动时响应快、无超调且抖振较小,在突加转矩时转速波动小且恢复时间迅速,证明了改进后的变增益非奇异终端滑模控制与传统非奇异快速终端滑模控制策略相比可以提高动态性能的同时抑制系统抖振、增强系统的鲁棒性。

基于改进型双幂次趋近律与全局快速终端滑模观测器的IPMSM调速系统滑模控制

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)速度环中存在的内部参数摄动与外部负载扰动等问题,为了提高速度控制系统的动态性和鲁棒性,该文提出一种基于改进型双幂次趋近律(IDPRL)与全局快速终端滑模观测器(GFTSMO)的滑模控制方法。所提趋近律在幂次项中引入系统状态变量,减少了稳态误差,解决了快速趋近滑模面和抖振抑制之间的矛盾。设计一种基于IDPRL的IPMSM滑模速度控制器。为了进一步减少系统状态的稳态误差,设计了一种GFTSMO,该观测器不仅能够减少趋近律的开关增益,还能实现系统扰动的准确补偿。仿真和实验结果验证了所提的滑模控制方法的可行性和有效性。

微纳卫星动量轮神经网络全局快速终端滑模控制

针对存在参数不确定性和外界未知干扰的微纳卫星动量轮转速跟踪控制问题,建立了包含模型不确定性和外部干扰的动量轮系统动力学模型,并提出了一种自适应神经网络全局快速终端滑模控制方法。首先,在无外部干扰情况下,设计了全局快速终端滑模控制策略以加快系统响应速度,实现系统有限时间稳定。其次,利用径向基函数神经网络对系统参数不确定性和外部干扰进行估计并补偿,并利用李雅普诺夫方法推导出神经网络自适应律,通过自适应调节网络权值确保系统在存在干扰的情况下实现系统稳定。最后通过仿真对比验证,本文设计的控制器不仅响应速度快,而且具有更好的抗干扰能力和鲁棒性。

高速动车组分布式全局快速终端滑模控制策略

速度跟踪控制是高速动车组自动驾驶的关键技术之一。通过分析列车运行过程的动力学关系,将车钩系统描述为弹簧-阻尼器系统,并考虑列车受到的附加阻力,以及由于列车车钩形变产生的列车长度变化等,建立高速动车组纵向多质点动力学模型。在此模型基础上,设计分布式全局快速滑模控制器,此策略连续的控制率消除了传统滑模控制的抖振问题,控制器考虑动车与拖车的不同动力分配和牵引电机的输出功率上限,分别对动车与拖车的控制力进行不同的饱和限制。基于李雅普诺夫稳定性原理,证明了提出的控制算法的收敛与稳定。仿真结果表明,此高速动车组多质点模型能较为准确地反映列车运行中车钩的状态与受到的附加阻力,基于该模型的带有输出限制的分布式全局快速终端滑模控制器,使车钩纵向冲动更小,速度跟踪性能更优。

基于干扰观测器的磁悬浮球系统全局快速终端滑模控制

为解决磁悬浮球系统模型不确定性和易受外部干扰影响的问题,提出一种基于终端滑模干扰观测器的全局快速终端滑模控制(GFTSMC)方法.首先,分析了磁悬浮球系统的数学模型并建立动态方程;然后,设计终端滑模干扰观测器(TSMDO),用以观测和估计系统所受到的扰动,经证明,该观测器对扰动的估计误差能在有限时间内收敛;其次,为克服系统不确定性和外部干扰的影响,设计了基于终端滑模干扰观测器的全局快速终端滑模控制器,可以实现系统的全局快速收敛,所设计的控制律不含切换项,能削弱抖振,以提高系统的抗干扰性和鲁棒性;最后,对所提出的TSMDO-GFTSMC进行了仿真验证,结果表明:与基于扩张状态观测器的连续滑模控制方法相比,采用本文方法,磁悬浮小球的起浮响应时间缩短0.38 s,位移偏差减小90%,跟踪误差由0.420 mm减小为0.032 mm;本文方法提高了对干扰的观测精度,优化了磁悬浮球系统的控制效果,增强了系统的鲁棒性.

扰动观测的PMSM模糊全局快速终端滑模控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)普通滑模控制存在的系统响应速度慢、存在抖振现象等问题,提出一种扰动观测的模糊全局快速终端滑模控制(global fast terminal sliding mode control,GFTSMC)策略。设计全局快速终端滑模控制器以提高系统的响应速度和抗干扰能力,结合控制系统状态设计模糊控制规则实时调整速度控制器中的参数,在不影响系统收敛速度的条件下抑制抖振;设计Luenberger扰动观测器,将扰动估计值反馈至PMSM控制器中,削弱扰动对PMSM控制系统的影响。搭建PMSM控制试验平台对提出的控制策略进行试验验证。试验结果表明,Luenberger扰动观测器能够有效地估计扰动实际值扰动观测的,PMSM GFTSMC策略能够提高电机的响应速度和抗干扰能力抑制滑模控制中的抖振现象,增强系统的鲁棒性。

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.

多关节机器人的全局快速终端模糊滑模控制

针对多关节机械臂轨迹跟踪控制,提出了一种全局快速终端模糊滑模控制方法。该方法根据滑模控制原理,采用模糊控制调节滑模控制的切换增益,并利用积分的方法自动对系统的建模误差和干扰的上界进行评估,实现了对建模误差和干扰的自动跟踪,削弱了抖振。文中利用李亚普诺夫定理证明了系统的稳定性,仿真结果表明了其有效性。

永磁同步电机调速系统的全局快速终端滑模控制

永磁同步电机(PMSM)是一个多变量强耦合非线性系统,对外部扰动和内部参数变化较为敏感。传统PI调节器由于控制方法简单,被广泛应用于PMSM调速系统,但它往往不能满足高性能控制要求。为此,将滑模变结构控制(SMC)应用于PMSM调速系统,采用全局快速终端滑模(GFTSM)控制策略,给出了控制器的设计方法,并对比传统PI控制方法进行仿真分析。结果表明,相对于PI调节,该控制策略使系统具有响应快、稳定性好、超调量小以及抗负载扰动强等优点,提高了系统的鲁棒性。

基于全局快速终端滑模观测器的无刷直流电机无位置传感器控制

无刷直流电机(BLDCM)位置传感器的存在影响控制系统的可靠性、体积和成本,所以控制系统常采取无位置传感器的控制方法。提出了基于全局快速终端滑模观测器(GFTSMO)的无位置传感器控制策略,所提出的滑模观测器结合了非奇异终端滑模观测器(NTSMO)和线性滑模观测器的优点。该观测器引入了混合滑模面,具有全局快速收敛性和较好的跟踪精度,减少了常规滑模观测器的相位滞后问题,提高了转子位置与速度的估算精度。设计了高阶滑模控制律,保证观测器的稳定性并抑制抖振现象,可以得到平滑的反电动势信号。实验结果表明,所提出的控制策略能够准确估计得到无刷直流电机的线反电动势,加快收敛速度,系统具有较好的静、动态特性。实验结果验证了所提出控制方法的有效性。

PSO优化的六自由度机械臂全局快速终端滑模控制

针对六自由度机械臂控制系统,提出一种基于粒子群优化(PSO)算法的全局快速终端滑模控制方法,以更大程度地减小系统的抖振,提高系统的响应速度。对于机械臂多输入多输出的特点,为了方便设计,将系统划分为6个二阶子系统,对各个关节进行设计,分析克服控制律的奇异性,同时运用Lyapunov理论证明系统的稳定性,并基于PSO算法完成控制参数的优化。实验结果表明:优化后的控制方法不仅可以提高系统的快速性,还可以明显减小系统的抖振,使系统具有良好的动静态性能。

不确定MIMO线性系统的全局快速终端滑模控制

针对一类不确定多输入多输出(MIMO)线性系统,提出一种全局快速终端滑模变结构控制方案.通过对系统进行特殊的非奇异状态变换,设计了相应的非线性终端滑模超曲面及变结构控制律,使得系统状态在有限时间内收敛到终端滑模面上,随后保持在滑模面上并按全局快速终端滑模规律运动,以较普通终端滑模更快的收敛速度在有限时间内到达平衡点.仿真结果证明了该方法的有效性.

中密度纤维板连续热压位置伺服系统自适应全局快速终端滑模控制

为实现中密度纤维板(MDF)连续平压热压机液压位置伺服系统在参数摄动和外负载力干扰存在条件下快速、精确地位置跟踪,提出一种自适应全局快速终端滑模控制方法。首先,设计了自适应律以估计系统中的不确定参数,增强了控制系统的鲁棒性;然后,采用全局快速终端滑模控制方法,设计了一种新型的全局快速终端滑动模态,保证系统误差能够在有限时间内收敛为零;最后,利用Lyapunov稳定性理论给出了系统渐近稳定、跟踪误差在有限时间收敛的证明。仿真结果表明:该方法在保证系统稳定性的同时,可以实现系统误差在有限时间内收敛,提高了系统的鲁棒性和快速性。

异步电机的全局自适应快速终端滑模控制

为了进一步提高电机控制系统的性能,保证全局快速收敛,提出了一种全局自适应非奇异快速终端滑模控制方法。首先,建立了异步电动机数学模型,设计了一种全局非奇异快速终端滑模面;然后,引入自适应律,设计出一种全局自适应快速终端滑模控制器,利用李雅普诺夫函数对全局自适应非奇异快速终端滑模控制进行了稳定性分析;最后,进行了仿真验证。仿真结果表明:全局自适应非奇异快速终端滑模控制能够使电机转速更快的趋于稳定,滑模抖振得到进一步的抑制,抗干扰能力更强,鲁棒性更好。

永磁直线同步电机自适应反推全局快速终端滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统位置跟踪精度易受参数变化、负载扰动、摩擦力等不确定性因素影响的问题,提出自适应反推全局快速终端滑模控制(ABGFTSMC)方法。首先,建立含有不确定性的PMLSM动态数学模型。然后,采用反推控制将复杂的非线性系统分解成低阶子系统,并利用全局快速终端滑模控制将系统状态快速收敛到平衡点,提高系统的响应速度,增强系统的鲁棒性;再结合自适应控制实时调整切换控制增益值,以便获得合适的切换增益,从而削弱了抖振现象。从理论上证明了该控制方案能够使系统获得快速收敛性和良好的跟踪性。最后,通过系统实验证明了所提出的控制方案不仅具有更快的收敛性,而且具有更快的跟踪性和更强的鲁棒性。

一种新型趋近律的PMSM模糊自适应终端滑模控制

针对传统永磁同步电机滑模控制方法产生抖振现象和外界干扰带来的一些不确定的影响,提出了一种新的模糊滑模控制器设计方法。首先,基于滑模控制和模糊控制两大理论,在转速环引入全局快速终端滑模控制,并设计一种新型复合趋近律,在削弱抖振的同时,又能使系统在有限时间内快速达到稳态;然后以Lyapunov函数导数的绝对值为补偿构建了自适应干扰估计项,对外界干扰进行准确估计,进而设计了全局快速终端模糊滑模控制器,通过仿真对比试验,验证该控制器能快速收敛到稳定状态,而且能够有效地抑制传统滑模控制器的抖振情况,验证了所提方法的有效性。

一类非完整系统的分层全局快速终端滑模控制

基于滑模变结构控制理论,提出了一种用于平面二自由度欠驱动机器人非完整系统的全局快速终端滑模变结构控制方法。该方法将系统的状态方程化为标准形式的单输入多输出的非线性系统方程,运用全局快速终端滑模方法分别构造子系统的滑模面,结合这两个滑模面构造一个总的滑模面,利用李雅普诺夫函数和准滑动模态设计方法求取系统总的控制量,以实现主动关节与被动关节的轨迹规划和削弱由于采用滑模变结构控制而产生的抖振。最后利用所提出的方法设计了控制系统并进行仿真,仿真结果证明了该控制方法的有效性与快速性。

基于改进模糊滑模控制的列车速度跟踪研究

列车运行过程具有强耦合、非线性等特征,且往往存在较大且不可观测的外界干扰,这些特性加大了列车运行控制的难度,针对列车运行速度跟踪控制问题,提出一种新的模糊滑模控制器设计方法。首先基于模糊滑模控制,引入全局快速终端滑模控制,使系统在有限时间内达到稳态;然后构造以李亚普洛夫函数导数的绝对值为补偿的自适应干扰估计项,对外界干扰进行准确估计,进而提出一种双层递阶指数趋近全局快速终端模糊滑模控制器,并且引入指数趋近率来调节滑模面的动态品质,该控制器能快速收敛到稳定状态,且有效地消除了控制器的抖振情况;最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性,且提高了列车运行控制系统性能。

永磁同步电机非奇异终端滑模控制器的设计

针对传统滑模控制无法将系统误差在有限时间内收敛和系统存在抖振的问题,提出了非奇异快速终端滑模控制与扰动观测器结合的策略设计速度控制器。通过非线性函数与线性函数结合的方法设计非奇异快速终端滑模面,实现了误差在不同阶段都能快速收敛。对于外部施加的负载转矩对系统性能产生的影响,设计扰动观测器,能够观测外部施加的负载转矩,并前馈补偿到速度控制器的输出端,避免使用较大的开关增益,克服了施加扰动时系统出现抖振大的缺点。仿真和实验的结果表明,电机在启动时能够快速的到达参考转速且无超调。突施转矩时,扰动观测器能够准确的估计系统施加的转矩扰动。削弱了转速的抖振,并使速度下降量小,恢复到参考转速的时间短。表明非奇异终端滑模控制与扰动观测器结合的策略具有鲁棒性强、响应速度快、稳态跟踪性能高的优点。

全局一致终端滑模控制

根据终端滑模控制的机理及终端函数构造准则,提出了一种在任意初始状态下系统可在给定的有限时间内一致到达原点邻域的全局一致终端滑模,并给出了构造全局终端函数的准则。理论研究和仿真结果表明:全局一致终端滑模控制可使系统收敛时间不受初始状态的影响。