基于增益自适应超螺旋滑模理论的无人机控制

以无人机为研究对象,针对无人机系统非线性强和飞行过程中外界干扰产生的不确定性,设计一种基于增益自适应滑模控制的无人机姿态控制器.该方法无需观测器对不确定性进行估计就可以实现对给定无人机姿态的跟踪控制,同时滑模控制中的抖振情况可以得到有效抑制.首先介绍无人机模型,给出其数学模型;其次,以误差为状态量,设计稳定收敛的滑模面,采用增益自适应超螺旋滑模算法设计能够有限时间收敛的无人机姿态控制器;再采用Lyapunov第二法证明闭环无人机系统的稳定性;最后对所提控制方法进行仿真验证.结果表明:该控制方法具有可靠的控制性能.

Boost型PFC变换器的自适应超螺旋全局滑模控制

针对Boost型功率因数校正(PFC)变换器,提出一种自适应超螺旋全局滑模控制(ASTTSMC)方法。该方法可以保证PFC变换器在理想工作条件下具备良好的性能,并且在面对负载突变、电网电压波动和电感参数变化等系统不确定性情况下时仍然能够保持全局鲁棒性。在控制律的设计中,采用全局滑模控制作为基准模型,从而确保系统在整个响应过程都具有鲁棒性;同时,切换项采用自适应超螺旋算法,考虑系统不确定项,通过自适应超螺旋算法中的切换增益参数来改善系统潜在的“抖振”现象;此外,基于李雅普诺夫稳定定理证明了所设计控制系统的稳定性。实验结果表明,在理想工作条件下和系统存在不确定性的情况下,该方法都能够有效改善网测电流的质量和提高变换器的功率因数,验证了该方法的有效性和所设计控制器的鲁棒性。

基于超螺旋滑模自适应观测器的SynRM无传感器控制

针对同步磁阻电机模型参考自适应法的无传感器控制存在的转速估计精度低、动态性能差等问题,提出一种基于超螺旋滑模自适应观测器的无传感器控制方法。首先,通过有限元仿真构建同步磁阻电机电感非线性模型,根据电机不同运行工况实时更新电感参数,提高观测器中模型准确性。在此基础上,使用超螺旋滑模算法代替PI自适应环节,并结合所选取的线性补偿矩阵构造超螺旋滑模自适应观测器来减小估计误差。最后,引入积分型全局快速终端滑模速度控制器提高系统的动态性能。仿真与实验结果表明,相比于基于模型参考自适应法的无传感器系统,所提策略在启动阶段转速响应速度快且超调量小,电机运行更加平稳,突变负载时转速波动小且转速误差收敛速度更快,在变速运行整个阶段也具有更高的转速和转子位置辨识精度,具有良好的动稳态性能,可以实现电机的高性能运行。

无人船自适应超螺旋轨迹跟踪滑模控制

针对无人船受到风浪等不确定性干扰时易出现轨迹跟踪误差大、自适应增益范围小、滑模控制方法的抖振等问题,提出了一种新型自适应超螺旋滑模控制算法。根据无人船结构建立数学模型,引入轨迹参考点将数学模型转换为二阶系统微分方程;设计自适应超螺旋滑模控制器;构造Lyapunov函数,推导满足系统闭环稳定性的自适应增益。在考虑风阻、浪阻的情况下,将本文方法分别与超螺旋滑模控制和传统自适应超螺旋滑模控制这两种方法进行仿真实验对比。结果显示,在仿真实验的30 s中,本文方法的轨迹跟踪平均绝对误差比超螺旋滑模控制和传统自适应超螺旋滑模控制分别减少了0.60 m和0.27 m,仿真结果表明本文方法能够有效提高系统控制性能,抑制抖振,减小轨迹跟踪误差。

双定子无刷双馈风力发电机无速度传感器超螺旋滑模直接功率控制

结合新型背靠背笼障转子耦合内外双定子无刷双馈发电机,提出一种无速度传感器直接功率控制方法。将电机内、外同相功率绕组及内、外同相控制绕组各自串联连接,采用超螺旋滑模控制及SVPWM技术,以固定开关频率驱动控制绕组机侧变流器功率器件,以模型参考自适应系统和Popov超稳定性理论设计发电机速度观测器,取代易发生故障的传统机电式转速/位置传感器。通过12/8极50 kW样机控制系统的特性仿真,验证了所提无速度传感器超螺旋滑模直接功率控制策略的正确性和有效性。

基于模糊控制的自适应超螺旋滑模观测器无传感器控制

针对永磁同步电机传统超螺旋滑模观测器(Super-twisting algorithm based sliding-mode observer,STA-SMO)使用固定滑模参数,从而导致较大抖振和扰动抑制能力差的问题,提出了一种滑模参数可以随着系统转速变化而实时更新的永磁同步电机自适应超螺旋滑模观测器无位置传感器控制方法,并给出了所提方法的稳定性证明,通过在线调整滑模系数可以获得较高的估计精度。针对永磁同步电机传统矢量控制速度环采用固定参数PI控制器、无法满足系统快速响应和参数扰动抑制能力等问题,速度外环采用模糊PI控制器,通过模糊控制器的输出更新PI控制器的参数,增强系统的鲁棒性。最后,通过仿真和试验,验证了基于模糊控制的永磁同步电机自适应超螺旋滑模观测器可以有效抑制系统抖振,且估计精度高,鲁棒性强。

机械臂自适应反演超螺旋全局终端滑模控制

针对机械臂系统存在的系统参数摄动、非线性摩擦及外部干扰等不确定问题,提出一种自适应反演超螺旋全局终端滑模轨迹跟踪控制方法。该方法基于反演法、Lyapunov理论和全局快速终端滑模理论设计控制器,保证系统稳定性及全局收敛性,增强系统的鲁棒性。为解决系统集总扰动上界未知的问题,采用自适应技术设计切换控制律,抵消不确定性的影响,同时引入超螺旋算法抑制滑模控制固有的抖振现象。最后,通过理论分析和仿真算例验证了该控制器的有效性与可行性。

IPMSM自适应超螺旋滑模永磁磁链观测器设计与研究

针对传统滑模磁链观测器(SMO)观测内置式永磁同步电机磁链容易受参数变化而出现观测误差的问题,以定子电流作为状态方程,构建一种自适应超螺旋滑模观测器(STA-SMO)。通过滑模等值理论对永磁磁链进行重构,实现永磁磁链的在线辨识,通过Lyapunov函数推导出定子电阻自适应律。结果表明:所设计的自适应STA-SMO相较于传统SMO,克服了电阻参数变化对磁链观测的影响,有效抑制了抖振,提高了辨识精度。

具有自适应增益的电液位置伺服系统超螺旋滑模控制

电液位置伺服系统是复杂的非线性控制对象,存在各种建模不确定性,使得设计高性能的控制器以满足系统伺服精度要求更加困难。针对考虑各种建模不确定性的电液位置伺服系统,设计了一种具有自适应增益的超螺旋滑模控制方法。利用已知的系统模型信息,在传统超螺旋滑模控制算法中引入基于模型的前馈控制律,提升系统伺服精度。采用自适应律实时更新控制器增益,无需先获知系统建模不确定性的确切界,避免了传统算法中由人为设定与该界相关的控制增益造成的保守性。基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统全局稳定,系统跟踪误差可在有限时间内渐近收敛到零附近任意小的范围内,且收敛的速度和稳态误差的界可通过参数进行调节。仿真结果表明,所提出的控制方法可有效地抑制建模不确定性对系统的不利影响,显著提高其跟踪精度,且所得到的控制输入是连续的,更利于实际应用。

离散型变增益永磁同步电机超螺旋滑模观测器

针对传统滑模观测器存在的固有抖振问题,提出一种离散变增益永磁同步电机超螺旋滑模观测器。首先,该观测器增益随电机转速及系统内部状态动态调整,实现了宽范围变转速工况下的滑模抖振抑制。其次,设计一阶低通滤波器提高滑模控制系统暂态过程中的鲁棒性,基于反证法验证滑模轨迹在有限时间内的收敛性。最后,提出一种新型矢量控制策略对系统电流环d、q轴进行充分解耦,基于混合定向策略从观测器输出提取α、β轴有效反电动势分量,结合反电动势变换矩阵进行电流环内的前馈补偿。实验结果验证了该文所提出控制策略的有效性和实用性。

基于超螺旋滑模扰动观测器的永磁同步电机无传感器抗干扰控制策略研究

目的 提高包装行业中自动化设备的工作精准度,优化传统永磁同步电机无传感器控制系统的稳定性,提高电机遭遇内外扰动后的系统鲁棒性和抗扰动性能。方法 引入超螺旋滑模算法,设计一种超螺旋滑模MRAS观测器来提高系统的稳定性,同时利用滑模扰动观测器对电机良好的动态进行性能追踪,利用超螺旋滑模算法对其进行性能优化,提出超螺旋滑模MRAS观测器和超螺旋滑模扰动观测器对永磁同步电机复合控制的策略。结果 该方案有效降低了电机遭遇扰动时转速估计误差,误差在0.8r/min附近波动,明显提高了电机控制系统遭遇干扰后的响应速度。结论 在MATLAB/SIMULINK中进行实验仿真,结果表明所提控制策略提高了系统的鲁棒性和追踪精度,加强了系统的抗干扰能力。

基于自适应超螺旋滑模弹道跟踪控制方法

针对导弹组网编队飞行过程中弹道跟踪控制问题,求解两点边值问题得到最优标称轨迹,结合滑模控制器抗干扰特性,提出了基于自适应超螺旋滑模弹道跟踪控制器设计方法。在末制导模型的基础上通过非线性规划的思想求解两点边值问题进而得到最优标称轨迹;结合自适应超螺旋滑模算法设计了基于状态偏差的跟踪控制器;引入LQR弹道跟踪控制法作为对比方法,通过仿真验证了在存在初始状态误差下滑模弹道跟踪方法的有效性和可行性,并通过蒙特卡罗仿真验证了该方法在不同初始状态偏差下仍具有良好的轨迹跟踪控制效果。

带视线角约束的三维超螺旋滑模协同制导律

针对三维情况下带视线角约束的多弹协同制导问题,基于二阶一致性理论和自适应超螺旋滑模控制方法提出了一种新的三维多弹协同制导律。在视线切向方向,设计了一种协同方法,并利用二阶一致性理论,证明了导弹的相对距离和相对速度能在有限时间内趋于一致。在视线高低角和方位角方向,设计了一个新的滑模面,并利用自适应超螺旋滑模控制方法,证明了在该制导律下导弹能够在有限时间内实现期望视线角且视线角速率收敛到0。所采用的自适应超螺旋滑模控制方法能有效解决传统的滑模抖振问题,且对机动目标有一定的鲁棒性。最后,在仿真实验中,通过对比分析验证了所提出的制导律具有更高的制导精度。

基于超螺旋滑模的直驱波浪发电系统功率优化

针对复杂工况下的直驱式波浪发电系统功率提取问题,提出一类超螺旋滑模控制策略。由ANSYS软件获取浮子辐射力信息,建立系统水动力方程,构造并求解能量函数,得到最大功率捕获策略下的参考电磁力。以电压、电流为输入,设计基于超螺旋滑模的模型参考自适应速度观测器,实现无速度传感器控制。结合矢量控制策略,设计超螺旋滑模电流控制环,保证系统对参考信号的跟踪效果。仿真结果表明,所提速度观测器观测误差小,电流控制环可准确跟踪期望电流,系统输出功率提高,动态性能更好。

主动悬架自适应容错滑模控制研究

为提高主动悬架系统的控制可靠性,针对主动悬架作动器故障对悬架系统稳定性的影响,本文提出了一种自适应容错滑模控制算法。首先,搭建了1/4主动悬架模型与理想天棚参考模型;然后在分析主动悬架系统作动器故障类型后,构建了作动器恒增益故障模型;并在滑模控制算法的基础上结合自适应控制理论设计了自适应容错滑模控制算法;最后在Simulink中搭建系统仿真模型,选取传统滑模控制器作为对照进行了仿真验证。由仿真结果可知,在作动器发生故障时,相比传统滑模控制算法,本文所设计的控制器提高了悬架系统的鲁棒性能和车辆的乘坐舒适性,从而确保了汽车的行驶安全性。

桥式吊车自适应超螺旋移动滑模控制研究

针对变绳长下的桥式吊车防摇定位控制问题,提出了一种基于不确定性和扰动估计器的自适应增益超螺旋移动滑模控制的方法。首先,所设计的移动滑模面可以根据输入的误差及相应的导数实时改变自身的斜率;此外,在该移动滑模面上加入动态指数项以使任意初始状态误差变量都在滑模面上,从而大大提高系统的鲁棒性和控制性能。其次,为实现系统状态误差的快速收敛,设计一种自适应超螺旋滑模控制算法,该方法不仅能有效地削弱控制系统的抖振,也能很好地抑制系统的匹配扰动,另外构造一个不确定性和扰动估计器用来解决系统的非匹配扰动。最后利用李雅普诺夫理论对该控制器进行了稳定性分析,仿真结果表明了该控制器的有效性。

基于新型超螺旋滑模自适应观测器的永磁同步电机转速估计策略

为了提高传统基于模型参考自适应系统(model reference adaptive system,MRAS)的转速估计策略的动态性能和鲁棒性,提出了一种基于新型超螺旋滑模自适应观测器(super-twisting algorithm adaptive observer,STA-AO)的转速估计策略。首先,在MRAS结构的基础上加入了反馈校正环节,提高参考模型输出和可调模型输出之间误差的收敛速度。其次,在STA-AO中引入超螺旋滑模算法替代观测器中的PI自适应机构,提高观测器的鲁棒性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真软件和由TMS320F28335控制的500 W永磁同步电机进行仿真和实验验证。结果表明:相比于基于MRAS的转速估计方法,在其基础上改进提出的STA-AO能使得转速估计误差更快地收敛到零,并且当电机参数发生摄动时,STA-AO对转速估计的准确性所受影响更小。因此,相比于基于MRAS的估计策略,基于STA-AO的估计策略有着更加良好的动态性能和鲁棒性。

自适应超螺旋控制和磁链滑模观测的PMSM DTC

针对传统一阶磁链滑模观测器的抖振和电机转速的精度及鲁棒性受扰动影响的问题,提出了一种二阶磁链滑模观测器的定子磁链估计方法和一种自适应超螺旋的转速控制策略。首先,建立了永磁同步电机(PMSM)的数学模型,然后推导了以定子电流和定子磁链为状态变量的状态方程。其次,根据二阶滑模算法理论设计新型控制律,完成了定子磁链的观测。最后,设计了一种超螺旋转速滑模控制器,并且构造了自适应律消除不确定性的影响。实验结果表明,设计的二阶磁链滑模观测器有更高的观测精度,可以有效地降低滑模抖振。同时自适应超螺旋的转速控制策略有效的提高了转速的精度和鲁棒性,对于PMSM的高精度控制和鲁棒性研究以及实际应用有一定的参考价值。

临近空间飞行器超螺旋滑模自适应姿态控制

针对临近空间飞行器快速滚转机动过程中的姿态控制问题,提出一种改进的超螺旋滑模自适应控制方法.考虑模型不确定以及干扰,建立临近空间飞行器非线性耦合数学模型.为了增强控制器的鲁棒性并削弱抖振影响,设计并改进超螺旋滑模控制器,提高响应速度和控制精度.针对复合干扰导数上界存在但未知的情况,设计自适应律对控制器参数进行估计.利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性,通过数字仿真进行指令跟踪性能和鲁棒性能验证.仿真结果表明,该控制器具有良好的姿态控制能力,能够有效抑制干扰,同时削弱抖振,控制参数具有自适应性.

变质心喷砂除锈移动平台自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制

由于喷砂除锈并联机器人移动平台的质心会随升降机运动而变化,为实现高性能轨迹跟踪控制变质心移动平台,提出一种自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制算法。首先,根据移动平台质心坐标与轨迹跟踪参考点的几何位置关系推导质心速度方程,建立考虑质心变化的移动平台动力学模型。然后,基于该模型设计一种自适应全局鲁棒超螺旋滑模控制算法,并在全局滑模面中引入超螺旋滑模控制消除趋近阶段,保证系统全局鲁棒性。最后,引入切换增益自适应律提高系统收敛速度。实验结果表明,该算法既能增强系统鲁棒性,又改善了轨迹跟踪的动态品质,并采用Lyapunov直接法证明系统能在有限时间内渐进稳定,为处理移动平台质心变化提供新的方法。