滑模控制的新型双幂次组合函数趋近律

提出一种基于双幂次组合函数趋近律的新型滑模控制方案。与现有的快速幂次或双幂次趋近律相比,具有更快的收敛速度,同时还保持了全局固定时间收敛特性,收敛时间上界与滑模初值无关。当系统存在有界扰动时,能够使滑模变量在有限时间内收敛到稳态误差界内,同时其稳态误差要小于现有方法的。仿真实验验证了该方法的有效性及理论分析的正确性。

改进双幂次指数趋近律的滑模控制设计

针对目前系统抖振仍影响滑模趋近律在实际中应用,并导致系统收敛速度缓慢、滑模平面趋近至原点时间长等缺陷,提出一种改进的双幂次指数趋近律。改进趋近律中指数项采用分段设计,指数项分段参数将系统分为两部分进行。当状态绝对值小于1时,系统沿滑模面平滑进入,抖振影响可忽略不计;当状态绝对值大于等于1时,系统的动态响应显著提高,收敛时间缩短,且总时间小于初始状态运动至临界值时间和系统运动至滑模面平衡点的时间之和。在理论上验证了改进后的双幂次指数趋近律能够快速收敛到平衡点且消除了抖振影响,并通过实验验证了该趋近律的有效性。对比多种趋近律,改进的双幂次指数趋近律具有最佳性能且收敛速度最快,并通过实验验证在外界干扰下该趋近律仍可快速收敛于平衡点。

基于改进型双幂次组合趋近律的永磁同步电机无模型滑模控制

针对采用PI控制或传统无模型滑模控制(MFSMC)的永磁同步电机(PMSM)实际运行时因内部电磁参数摄动导致系统控制性能下降的问题,提出一种新型无模型滑模控制算法(IMFSMC)。首先,建立参数摄动下PMSM超局部模型;其次,设计改进型双幂次组合趋近律加快系统在趋近滑模面阶段的收敛速率;再次,设计扩展滑模扰动观测器(ESMDO)实时观测系统未知总扰动;同时,利用Lyapunov稳定性判定第二方法证明所设计控制器和观测器的稳定性;最后,将IMFSMC、MFSMC以及PI控制的仿真和实验进行对比,结果证明所提方法可以有效加快转速响应速率,增强系统的鲁棒性。

滚珠丝杠副的增益模糊自适应双幂次趋近律滑模控制

为了提高滚珠丝杠副激光切割平台的切割速度控制性能,基于双幂次趋近律滑模和模糊控制原理,提出了一种增益模糊自适应双幂次趋近律滑模控制方法。考虑到滚珠丝杠副存在各种轴向振动与扭转振动,采用集中参数方法建立了滚珠丝杠副运动系统的拉格朗日动力学模型,同时摩擦力的高度非线性对高精度的控制系统存在较大的影响,因此引入了Stribeck摩擦模型估计摩擦力;由于传统双幂次趋近律滑模控制存在抖振,引入饱和函数代替符号函数,在一定程度上抑制了控制系统的抖振;针对传统双幂次趋近律滑模控制的控制增益的动态调整性能不足,即固定增益很难保证激光切割的最佳动态控制效果,分析并建立了激光切割深度、速度与双幂次趋近律滑模控制增益之间的模糊关系,以激光切割深度作为自适应参考依据,采用基于模糊规则表的模糊控制方法自适应调整控制增益,增强了系统的鲁棒性和自适应性;经过与PI控制方法和传统双幂次趋近律滑模控制方法进行仿真实验比较,结果表明本文所提出的控制方法不仅解决了控制系统超调问题,而且提高了系统的响应速度和鲁棒性,有效地削弱了系统的抖振;同时搭建激光切割实验平台,通过在滚珠丝杠副激光切割平台上的激光切割实验,发现最佳的激光切割深度范围为电池片厚度的1/2~2/3,最佳的激光切割速度为200 mm/s。在此基础上,采用PI控制方法、传统双幂次趋近律滑模控制方法和本文所提出的控制方法进行电池片激光切割,实验结果表明,通过对比分析由金相显微镜获得的切割后电池片切缝图像,由本文所提出控制方法所得的电池片切缝平整,验证了本文所提控制方法在激光切割速度控制性能上的优越性。

Buck变换器的幂次函数指数趋近律滑模算法研究

在指数趋近律的基础上,设计一种新型的幂次函数指数趋近律。利用幂次函数的智能特性,使轨迹的运动速度与轨迹和滑模面的距离相关联,实现自适应调节,克服了指数趋近律在穿越滑模面时的剧烈切换,抑制了抖振现象。将此幂次函数指数趋近律应用于Buck变换器,并给出具体的Matlab/Simulink仿真模块,仿真验证了此方法的有效性。

基于双幂次滑模趋近律方法的PMLSM精密位置控制

针对永磁直线同步电机的位置伺服控制系统高精度、强鲁棒的要求,提出了基于双幂次滑模趋近律的滑模控制策略。双幂次滑模趋近律具有全局有限时间收敛特性,且能够弥补传统滑模趋近率方法存在的收敛速度慢、抖振严重的不足。同时,为了降低控制方法的保守性,设计了一种改进的基于超螺旋算法的滑模扰动观测器,可实现对控制系统未知扰动的自适应估计,即在传统超螺旋算法中增加一个幂指数,增加指数值可提高对未知扰动的估计的收敛速度,并通过仿真实验验证了所提出的扰动观测器的正确性。最后,搭建了用于测试永磁直线同步电机激光切割的实验台对所提出的控制器进行,实验结果验证了所提出的控制策略的有效性。

基于分段式双幂次趋近律的迭代滑模航向控制

应用滑模变结构控制方法设计了一种简单高效的船舶航向控制器。为解决滑模变结构控制器方法中的收敛速率慢和抖振强的难题,提出一种分段式双幂次趋近律。数学验证表明提出的趋近律的收敛速率更快。同时,在未知海况干扰下为使控制器时刻保持在最佳状态,引入RBF神经网络对控制器参数实施在线估计,增强自适应性。仿真结果表明:分段式双幂次趋近律削弱抖振效果明显,基本无抖振;依此方法设计的控制器对外界风浪干扰有更强的鲁棒性。

基于双幂次趋近律的单舵轮AGV双闭环轨迹跟踪滑模控制策略

为了实现单舵轮自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)轨迹跟踪的快速稳定响应,设计了一种基于双幂次趋近律的单舵轮AGV双闭环轨迹跟踪滑模控制策略。建立了单舵轮AGV的运动学模型,构建包括外环位置子系统和内环姿态子系统的双闭环轨迹跟踪控制方案;采用基于双幂次趋近律的滑模变结构控制算法,分别设计了前轮速度和前轮转角控制律,并利用李雅普诺夫稳定性理论分别对所设计的外环位置子系统和内环姿态子系统进行稳定性证明;MATLAB软件仿真结果表明,相较于基于指数趋近律的单舵轮AGV双闭环轨迹跟踪滑模控制器,基于双幂次趋近律的单舵轮AGV双闭环轨迹跟踪滑模控制器在保证单舵轮AGV轨迹跟踪稳定性的同时具有更快的响应速度。

一种改进的双幂次指数趋近律的滑模变结构控制策略

针对系统状态到达滑模面时抖振频率大和时间长的问题,提出一种改进的双幂次指数趋近律的滑模变结构控制策略,在双幂次趋近律基础上增加指数项,即将滑模控制方法以|s|=1为临界值,将系统到达滑模面分为2个阶段,得出总的时间小于初始状态到临界值时间与系统到达滑模面平衡点时间之和。其次将该方法应用于一个二阶系统,并进行滑模控制器搭建,与原始单次幂趋近律通过Matlab/Simulink仿真对比分析,得出该方法降低系统抖振频率,缩短系统状态到达滑模面的时间,可以较快地跟踪给定的期望轨迹,保证系统的动态品质,验证所提改进方法的有效性与合理性。

基于滑模双幂次趋近律的轮式机器人轨迹跟踪控制

针对轮式移动机器人的轨迹跟踪控制问题,首先,通过对系统运动学的分析建立了跟踪误差模型,然后,采用双幂次趋近律设计了轨迹跟踪滑模控制律.以设计的控制律为控制输入,并在考虑到机器人受到外部干扰的情况下进行了仿真验证,结果表明,所设计的控制律跟踪速度快,抗干扰能力强.

基于快速双幂次趋近律的新型滑模控制

对于滑模控制中传统的趋近律收敛速度慢、时间长和抖振严重等不足,首先提出利用快速双幂次趋近律提高系统状态收敛速度的设计方案,使得该快速双幂次趋近律无论在远离滑模还是在接近滑模的空间内均具有快速收敛能力.理论分析表明,该快速双幂次趋近律具有二阶滑模特性,当系统存在不确定性时,系统状态及其导数可以快速收敛到平衡零点的邻域内.仿真结果表明,快速双幂次趋近律与传统幂次趋近律、指数趋近律、快速幂次趋近律相比,具有更快的收敛速度和更好的运动品质.

基于双幂次趋近律的感应电机控制设计与仿真研究

为了提高感应电机矢量控制转速环中转速控制的跟踪性能和抗干扰性能,提出一种用于转速控制的基于双幂次趋近律的滑模控制器设计方法。采用比例积分滑模面减小转速稳态静差。通过双幂次趋近律实现快速跟随转速指令。用双曲正切函数来减小抖振现象。同基于传统比例速度控制器的对比仿真表明,所提出控制器使转速控制不仅获得了较快的跟踪性能和较好的抗干扰性能,而且没有明显抖振现象。

基于双幂次趋近律火炮链传动药仓自适应控制

针对火炮链传动药仓在运动过程中存在负载非线性变化、抖振、参数不确定、非线性摩擦等问题,提出了一种自适应滑模控制策略.通过对系统等效转动惯量、扰动力矩等参数采取自适应估计,缓解了参数不确定性对模型的影响,使系统数学模型更加准确.采用新型双幂次趋近律降低切换过程中系统的抖振现象,并对趋近参数进行自适应在线选取,进一步提高了趋近过程和切换过程的鲁棒性.系统在不同负载下进行试验验证,结果表明,在该控制策略下,空载、半载、满载的链传动药仓均具有较好的稳定性和较高的控制精度,能够保证电机输出轴动态误差小于2.5 rad,稳定误差小于0.8 rad.

基于双幂次趋近律的导弹终端滑模制导方法

针对导弹使用的传统滑模制导方法和传统滑模趋近律在末端制导中存在收敛速度慢、消耗时间长及抖振现象严重等缺点,提出了一种使用双幂次趋近律的导弹终端滑模制导方法。使用终端滑模控制方法结合非线性函数,构造Terminal滑模面,以提高导弹的动态响应速度,运用双幂次趋近律,结合终端滑模的控制思想及新型趋近律的思想设计新型Terminal滑模制导律,并对其进行Lyapunov稳定性分析和仿真。结果表明,设计的新型导引律与传统幂次趋近律的导引律对比,具有更快的收敛速度,使导弹在实战中的应用性能更优。

基于双幂次趋近律的终端滑模舵机控制器设计

针对电动舵机系统的快响应鲁棒控制问题,提出了一种基于双幂次趋近律的全局非奇异终端滑模控制方法。首先,建立了舵机系统的数学模型,将气动干扰和摩擦建模为有界扰动;其次,根据系统模型构建非奇异终端滑模面,结合双幂次趋近律设计舵机控制器,从而保证滑模面的固定时间可达性,充分利用滑模控制方法的鲁棒性和不变性,并提高舵机系统的响应速度;最后,针对该控制器进行Lyapunov稳定性分析和数值仿真分析。相关结果表明:新型控制方法使得系统误差在有限时间内收敛至零,有效提升了舵机系统的响应速度和稳态精度。

基于双幂次趋近律柔性火箭滑模变结构控制

为了解决对有外界扰动和不确定参数的柔性运载火箭高精度姿态控制问题,提出一种基于双幂次趋近律滑模的变结构姿态控制算法。首先,针对弹道倾角不可测的柔性运载火箭姿态控制问题,设计了基于弹道倾角观测器的滑模变结构控制系统。其次,针对滑模变结构控制算法切换函数的影响,产生控制力矩高频抖振的问题,提出了一种具有全局固定时间收敛特效的双幂次趋近律姿态控制算法,在保证控制系统鲁棒性的前提下,保证了运载火箭完成姿态机动的速度。仿真结果表明,在外界扰动和箭体高阶弹性模态的耦合作用下,此算法在柔性运载火箭姿态控制中取得了较好的控制效果,同时具有较强的鲁棒性。

基于双幂次趋近律的移动机器人反演滑模路径跟踪控制方法

针对传统滑模控制在移动机器人路径跟踪过程中收敛速度慢和抖振严重等不足,提出了一种基于双幂次趋近律的移动机器人反演滑模路径跟踪控制方法,构建了基于Kinect的移动机器人远程控制平台,以削弱抖振并提高收敛的快速性。该方法首先对Kinect采集到的地面路径图像进行金字塔分割和阈值分割,并对分割后的图像采用Zhang快速并行细化算法得到参考路径的骨架像素点集;然后通过一元线性回归算法对细化获取的骨架像素点集进行拟合,得到路径参数;接着通过本文设计的路径跟踪控制器计算控制律,最终实现了移动机器人对地面路径的准确和快速跟踪。通过两种方法的仿真实验对比,可以看出本文方法的距离偏差和角度偏差分别在2.3 s和2.5 s达到收敛且具有更好的稳态性能。基于真实场景的iRobot Create移动机器人路径跟踪远程控制实验结果可知,路径跟踪误差仅为0.012 7 m。仿真和实验结果均验证了所提控制系统和远程控制平台在削弱抖振和提高收敛速度方面的有效性。

一种离散系统滑模双幂次趋近律设计

在控制理论的研究中,离散系统的滑模变结构控制是控制理论所关注的重要问题,其中趋近律与控制器的设计直接影响系统稳定性及动态性能。为了解决传统趋近律存在系统抖振、动态过程过渡较慢等问题,提出一种基于神经网络的离散系统双幂次趋近律,并设计了相应滑模控制器。经理论证明,该趋近律可以有效抑制系统抖振、加快动态趋近速度并增强系统鲁棒性。通过与单幂次趋近律以及传统双幂次趋近律仿真对比,趋近律具有较快收敛速度并且系统在基于趋近律设计的控制器控制下,动态性能得到明显改善。

基于双幂次趋近律的滑模轨迹跟踪控制器设计

针对轮式移动机器人的轨迹跟踪控制问题,提出一种基于双幂次趋近律的滑模轨迹跟踪控制器设计方法。首先,在轮式移动机器人质心与几何中心不重合的情况下,建立移动机器人的运动学轨迹跟踪误差模型。然后,选取适当的滑模面,采用双幂次趋近律设计了滑模轨迹跟踪的线速度和角速度控制器,使得系统轨迹跟踪误差快速收敛至0,实现了移动机器人对期望轨迹的快速跟踪。通过Lyapunov稳定性理论证明了所设计的轨迹跟踪误差闭环系统是全局渐近稳定的,并对系统的收敛性进行分析,给出系统到达滑模面的时间的上界。最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性。

永磁同步电机幂次变速趋近律积分滑模控制

为了提高永磁同步电机转速伺服控制性能,针对伺服系统模型参数不确定和外部扰动强的特点,利用基于趋近律设计方法的滑模控制理论,设计了一种永磁同步电机转速伺服积分滑模控制器。滑模面函数中的状态偏差积分项,确保了转速跟踪稳态无静差;通过引入非线性幂次组合函数构造的基于跟踪偏差的变速趋近律,使得切换增益具有随系统偏差自适应调整的特性,并可有效抑制滑模控制输出的抖振。经与转速伺服PI控制器对比实验表明,变速趋近律积分滑模控制器具有更好的动、静态特性和鲁棒性。