永磁同步电机分数阶改进快速终端滑模控制

为了提高永磁同步电机的控制性能,将传统控制策略与分数阶微积分相结合,提出了一种综合的分数阶控制器。通过在速度环加入分数阶,改进了快速终端滑模控制器;电流环采用分数阶PI控制器,并加装分数阶扰动观测器将观测值反馈到滑模控制器中,滑模控制律经Lyapunov稳定性定理计算得出。最后,通过仿真实验证明所提出的分数阶控制器能有效地提高系统的控制性和抗扰动性。

永磁直线同步电机自适应分数阶终端滑模控制

针对永磁直线同步电机的位置跟踪性能易受负载扰动、动子质量变化等不确定性的影响,提出一种基于半正定屏障函数的自适应分数阶终端滑模控制策略。首先,采用分数阶终端滑模控制方法来抑制不确定性对系统的影响,保证了跟踪误差在有限时间收敛,且能够有效地减小系统稳态误差。然后,为了进一步改善系统鲁棒跟踪性能,设计基于半正定屏障函数的自适应控制对不确定扰动的上界进行估计,避免了控制增益的过高估计且削弱了系统抖振。此外,该自适应策略在不需要外界扰动先验信息的情况下,可以使得系统误差收敛到一个预定的零邻域内。最后,实验结果表明,该策略提高了系统的跟踪精度,对负载扰动和附加有效载荷具有较强鲁棒性。

永磁直线同步电机分数阶微分型边界层终端滑模控制

针对永磁直线同步电机易受参数摄动、负载扰动等不确定因素的影响,该文提出一种分数阶微分型边界层非奇异快速终端滑模控制(FO-NFTSMC)策略。首先,采用NFTSMC方法来抑制不确定因素对系统的影响,保证了跟踪误差在有限时间快速收敛,避免了奇异性;其次,在系统不确定上界未知的情况下,将Riemann-Liouville分数阶微分定义和边界层技术结合,实现一种新的分数阶微分型边界层控制,不仅具有整数阶边界层的输出特性,还具备“大误差大增益,小误差小增益”的功能,化解了整数阶边界层控制中的“弱抖振”与“快收敛”之间的矛盾,使得系统全局快速收敛;最后,实验结果表明,该策略提高了系统的跟踪精度与响应速度,对负载扰动和参数变化具有很强的抑制能力,同时有效地削弱了抖振现象。

绳驱动空中机械臂的自适应分数阶终端滑模控制

针对集总干扰下绳驱动空中机械臂关节空间内高精度轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于时延估计技术的自适应鲁棒控制策略。在控制框架中,引入时延估计技术来补偿系统未建模特性、外界扰动及动力学耦合效应;采用分数阶非奇异终端滑模面来加快系统状态量的收敛速度和保证轨迹跟踪控制的精度;添加自适应律来增加控制器的鲁棒性。同时,基于李雅普诺夫稳定性理论分析了闭环系统的稳定性。最后,通过可视化仿真和地面试验对本文所设计控制器的有效性进行了验证,结果表明:与其他两种控制器相比,本文控制器具有较高的轨迹跟踪精度、较好的鲁棒性和较强的抗干扰能力。

非匹配不确定MIMO系统的分数阶终端滑模控制

针对一类非匹配不确定多输入多输出(Multi-input multi-output,MIMO)系统提出一种分数阶终端滑模控制(Fractional-order terminal sliding-mode,FOTSM)策略,使系统输出收敛到零而非其邻域.该方法解除传统反步法控制律设计中,虚拟控制增益右伪逆矩阵必须存在的严苛限制;对系统不确定性的假设不局限于慢时变和H2范数有界型扰动,分析控制增益存在摄动情况下系统的控制问题.分数阶终端滑模面及其控制律的设计使得虚拟和实际控制信号连续,削弱抖振现象,利用自适应滑模切换增益技术解决由控制增益矩阵摄动引起的代数环问题.最后,仿真分析验证所提方法的正确性和优越性.

非奇异快速终端滑模的分数阶迭代学习控制策略研究

针对传统迭代学习控制所存在的鲁棒性差的问题以及传统滑模控制收敛速度慢与奇异性的问题,利用分数阶微积分理论、迭代学习控制以及滑模控制算法,提出一种非奇异快速终端滑模的分数阶迭代学习控制策略。在控制器的设计过程中,首先,对于迭代学习控制鲁棒性差的问题,设计了PDα型分数阶迭代学习控制策略;其次,对于传统滑模控制收敛速度慢和奇异性的问题,设计了奇异快速终端滑模控制。最后,利用李雅普诺夫函数进行了稳定性证明,并通过仿真实验得出结论:与传统迭代学习控制以及滑模控制相比,所设计的控制策略在一定程度上提高了系统的鲁棒性,加快了系统收敛速度,具有更好的收敛速度和精度。

基于无模型的PMLSM改进自适应滑模自抗扰控制

为了提高永磁直线同步电机的自抗扰控制的动态响应性能和抗干扰性能,增强系统整体的控制性能,提出了一种基于无模型控制的改进滑模自抗扰控制策略。首先,基于滑模变结构原理以及无模型控制理论对自抗扰控制器中的扩张状态观测器和非线性状态误差反馈进行优化,建立了超局部模型,采用非奇异快速终端滑模控制代替原有的非线性状态误差反馈,同时设计相应滑模面与扩张状态观测器相结合,提高观测器对扰动因素的观测精确度的同时增强控制器的动态响应性能和抗干扰能力。然后设计了改进指数趋近率,通过引入系统状态变量使得控制器可以进行自适应调节,进一步提高系统的控制性能。通过李雅普诺夫理论证明了控制策略的稳定性,仿真和实验结果表明,该控制策略相对传统的自抗扰控制器所具备的优越性。

分数阶终端滑模控制器在DTC系统中的应用

针对SVPWM调制的永磁同步电机直接转矩控制系统磁链和转矩波动较大的问题,结合非奇异终端滑模和分数阶微积分理论的特点,设计了一种分数阶非奇异终端滑模控制器。结合直接转矩原理和分数阶微积分理论,对误差进行分数阶微分后与误差之和作为滑模面;根据非奇异终端滑模控制原理,在所设计分数阶滑模面的基础上确定了相应的控制律;利用李亚普诺夫定理证明了滑模面的稳定性和可达性。仿真结果表明,该策略能提高系统的动静态性能,可以进一步抑制磁链和转矩波动。

基于新型滑模观测器和非奇异快速终端滑模的永磁同步电机控制

针对永磁同步电机传统无传感器滑模控制系统中存在超调大,抖振严重,鲁棒性差等缺点,设计了一种带扰动补偿的新型非奇异快速终端滑模控制器和分数阶滑模观测器的联级控制系统。首先,新型非奇异快速终端滑模面和趋近率构造速度控制环,相比于普通滑模面,新型滑模面的引入有效提高系统的鲁棒性,抑制PI控制中的转速超调和抖振现象,并将电机负载扰动补偿到设计的滑模控制器中,进一步提高系统的抗扰动性;其次,分数阶滑模观测器包含分数阶滑模面和双正切函数的符号函数;最后通过改进的分数阶锁相环提取转子位置信息。仿真结果表明,新提出的新型级联控制系统有效降低滑模抖振,系统抗扰动性更强,鲁棒性更好。

不确定分数阶单摆多混沌系统的终端滑模同步控制

基于终端滑模控制方法,利用分数阶微积分研究了不确定分数阶单摆多混沌系统的同步控制问题,给出了整数阶分数阶多混沌系统的主从系统取得滑模混沌同步的两个充分条件.研究表明:选取适当的控制器及非奇异终端滑模面下,单摆多混沌系统取得滑模同步.

基于分数阶滑模与快速指数趋近律的永磁同步电机功率控制

提出了一种基于分数阶滑模与快速指数趋近律的永磁同步电机输出功率控制策略。永磁同步电机的拓扑结构由晶闸管逆变器、升压斩波电路、L型逆变器及中性点箝位逆变器组成。所提出的分数阶滑模方法在收敛速度及抑制抖振现象上显示出了优越的控制性能。同时,采用快速指数趋近律,使得系统的总谐波失真程度大大降低。通过在一个永磁同步风力电机上的仿真实验,验证了所提方法具有更好的追踪性能,并能得到平滑地公共耦合点电流,同时可以维持直流链电压的平衡与稳定。

永磁同步电机的改进快速终端滑模控制

针对线性滑模控制永磁同步电机不能实现有限时间控制以及终端滑模控制不能实现快速收敛的问题,提出了一种改进快速终端滑模控制方法。所提控制方法经理论证明能实现更快的收敛速度。滑模控制律通过Lyapunov稳定性定理计算得出。对所提方法进行了仿真验证,并与终端滑模控制作对比,结果证明了所提改进快速终端滑模控制能有效地提高系统的起动性能和抗扰动性能。

基于扰动观测与分数阶终端滑模转速调节器的永磁同步电机模型预测控制

针对三相永磁同步电机(PMSM)驱动系统,为提高其转速控制精度和响应速度,减小定子电流脉动,结合分数阶控制理论和终端滑模控制技术设计了一种分数阶终端滑模(FOTSM)转速调节器。在提高系统响应速度和精度的同时减小了传统滑模控制的抖振,增强了系统的抗扰动能力和鲁棒性;考虑PMSM在实际运行过程中易受到参数变动及外部扰动不确定性等因素的影响,基于滑模控制技术设计了一种扩展滑模扰动观测器(ESMDO),实现了对系统所受内外扰动的实时观测及前馈补偿;采用分数阶控制理论来设计转速调节器能够更加切合实际的控制过程,使所得到的系统参数和实验数据更加符合电机运行的真实情况;采用模型预测转矩控制(MPTC)算法取代传统的DTC系统,减小了转矩和磁链脉动、提高了系统的运行性能。通过对比仿真验证了所设计的控制策略的正确性。

永磁同步电机的分数阶全局快速滑模控制

针对一类高阶非线性系统,提出一种分数阶全局快速滑模控制策略。融合分数阶微积分理论与滑模变结构控制方法的优点,利用分数阶微积分算子设计滑平面,并应用于永磁同步电机(PMSM)速度控制器的设计,不仅加快了系统状态的收敛速度,削弱了系统的抖振,并且对外部干扰及参数摄动具有较强的鲁棒性。仿真结果表明,本文提出的分数阶滑模控制方法能够有效确保PMSM的鲁棒性、快速性和稳定性。

分数阶单摆系统的终端滑模控制混沌同步

针对一类具有不确定性和外部扰动的分数阶单摆系统,本文提出了一种新的分数阶滑模同步控制方法.首先,在分数阶微积分的基础上,引入了一种新的非奇异分数阶终端滑模面,并利用分数阶Lyapunov稳定性定理,证明了在滑模面上误差系统能够在有限时间内收敛到平衡点.在此基础上,针对事先未知系统中不确定性和外部扰动的界的情况,设计了适当的自适应律.基于自适应律和有限时间控制思想,提出了一种自适应滑模控制器,以保证系统在给定的时间内发生滑模运动,并证明了所提出的滑模控制方法在到达和滑模阶段都具有有限时间收敛性和稳定性.最后,通过数值算例验证了该方案的适用性和有效性.

开关磁阻电机的分数阶终端滑模控制

针对开关磁阻电机常规滑模控制器的抖振问题,提出一种改进分数阶终端滑模控制器。不同于常规的滑模控制策略,该控制器可以保证系统全局具有较快的收敛速度,并可以显著改善系统的抖振情况。利用分数阶系统稳定性理论和李雅普诺夫稳定性理论分析了该分数阶系统的稳定性和有限时间收敛特性。为了验证提出方法的有效性和实用性,进行了仿真分析与实验验证,结果表明:与常规滑模控制相比,改进的分数阶终端滑模控制器使开关磁阻电机控制系统具有更良好的动态特性,在加速、加载的情况下均具有更加优良的动态性能,且换相过程中转矩脉动更小。

基于改进分数阶快速终端滑模的APF优化控制研究

电力电子化系统的快速发展导致电网中的谐波问题日益严重。为进一步提高有源电力滤波器(activepower filter, APF)的补偿电流跟踪性能和滤波效果,提出一种基于金枪鱼群优化(tuna swarm optimization, TSO)算法的改进型分数阶快速终端滑模控制(improved fractional-order fast terminal sliding mode control, IFOFTSMC)策略。首先,搭建三相并联型APF的数学模型,并考虑其参数扰动。其次,提出一种改进的分数阶快速终端滑模控制策略,其中滑模面采用分数阶快速终端滑模与分数阶PI相结合,并进行了有限时间分析,趋近律采用指数趋近律和幂次趋近律相结合,同时以反双曲正弦函作为切换项。然后,利用TSO算法对所设计控制器的参数和阶次进行优化并获得最优解。最后,通过仿真验证了所提控制方法的有效性。此外,经与相关文献比较进一步证实了所提优化控制算法不仅可以获得最优控制参数和最优分数阶阶次,使系统在有限时间内到达稳定,还能使APF具有更好的电流跟踪性能、滤波效果和更强的鲁棒性。

IPMSM非奇异快速终端滑模无速度传感器转矩控制

为了提高轨道交通用内置式永磁同步电动机转矩控制性能,构建了非奇异快速终端滑模观测器观测等效反电动势,采用分数阶锁相环实现速度和位置的辨识,基于有效磁链实现了转矩控制。首先,采用等效反电动势的概念建立了内置式永磁同步电动机的模型,此模型和表贴式永磁同步电机等效;其次,在α-β静止坐标系构建了非奇异快速终端滑模观测器(NFTSMO),应用滑模等值原理观测内置式永磁同步电动机的等效反电动势,利用分数阶锁相环(FO-SPLL)实现了转子速度和位置的辨识,并观测有效磁链和负载转矩,构成转矩闭环控制。最后,通过仿真和RT-Lab硬件在环实验验证了所提出方法的正确性和有效性。

基于分数阶次符号函数的永磁同步电机滑模控制技术

针对永磁同步电机的传统滑模控制技术中趋近速度与抖振程度之间存在矛盾的问题,利用分数阶积分型符号函数的特性,设计了一种基于分数阶的积分时变滑模变结构控制器。在趋近律的设计中引入分数阶,达到了在抖振程度较小的前提下提高系统响应速度的目的。仿真和实验结果证明了所提出的滑模控制方法相比于传统的滑模控制方法能更快、更好地跟踪给定的信号,且对系统外部扰动具有较强的鲁棒性。

高速机器人的分数阶终端滑模跟踪控制

针对整数阶终端滑模控制存在的抖振问题,提出了基于分数阶的终端滑模控制策略,并应用到高速工业机器人的轨迹跟踪控制。该方法在传统终端滑模控制的基础上引入了分数阶项,利用滑模分数阶系统的特性,缓慢地传递系统的能量,从而有效地削减抖振。通过理论分析得出:所提出的分数阶终端滑模控制系统不但能有效地削减抖振而且能在有限时间内收敛,因此具有快速的响应特性、较高的鲁棒性和较高的跟踪精度。通过仿真说明了该方法的可行性和有效性。