基于快速趋近律的永磁同步电机驱动系统改进无模型滑模控制

针对永磁同步电机驱动控制系统应用传统无模型滑模方法时性能指标达不到预期的问题,提出了一种基于快速趋近律的改进无模型滑模控制方法。首先,根据永磁同步电机参数摄动时的数学模型,建立速度外环的超局部模型;其次,设计一种基于改进快速趋近律的速度外环新型无模型滑模控制器,同时为了提高电机转速的控制精度,采用扩展滑模观测器实时观测超局部模型中的未知部分;最后,通过与PI控制、传统无模型滑模算法进行仿真和试验对比,验证所提算法能降低对电机模型的依赖,提高了永磁同步电机的暂稳态控制性能,保证系统的抗扰能力和强鲁棒性。

永磁同步电机变指数快速幂次趋近律滑模控制

为了提高永磁同步电机调速系统的控制性能,克服扰动对转速的影响,研究了一种变指数快速幂次趋近律。该趋近律趋近速度快,抖振小。基于该趋近律设计永磁同步电机积分滑模速度控制器,用李雅普诺夫函数对控制器进行稳定性分析,并与传统指数趋近律控制器、PI控制器进行仿真对比,结果表明采用变指数快速幂次趋近律控制器的系统速度响应快,鲁棒性强,具有良好的动、静态性能。

采用快速幂次趋近律的滑模控制仿真实验

对于二阶van der Pol混沌系统,采用不同的趋近律设计滑模控制器进行平衡控制。在滑模控制器的设计中,分别采用指数趋近律和快速幂次趋近律。采用指数趋近律时,控制输入出现了抖振现象。采用快速幂次趋近律时,控制输入没有出现抖振现象。通过MATLAB/Simulink软件建立采用不同趋近律的滑模控制仿真实验。该仿真实验,有助于学生对混沌控制和滑模控制的理论理解和工程应用。

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。

永磁同步电机调速系统的快速幂次趋近律控制

针对在采用PI控制器的永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统中,PI控制器无法满足高精度控制要求,且易出现积分饱和的问题,提出一种基于快速幂次趋近律的滑模变结构控制器。该趋近律是在幂次趋近律的基础上,加入指数项以及系统状态变量。其中,指数项具有较快的收敛速度,可以解决幂次趋近律在远离滑模面时趋近速度慢的问题,系统状态变量可抑制由于引入指数项带来的抖振。基于该改进趋近律设计永磁同步电动机滑模速度调节器,并采用李雅普诺夫函数对其进行稳定性分析。经过与PI速度控制器进行仿真实验比较,结果表明采用该控制器的系统可实现速度无超调跟踪,并具有稳定性高、抗负载扰动强的优点。

基于改进快速幂次趋近律的PMSM无速度传感器控制

设计了一种快速幂次趋近率改进控制算法,该趋近律在系统状态由滑模面较远处到达滑模面附近的过程中加入了幂次项的作用,使得动态响应过程中收敛速度得到一定程度提高,同时使用双曲正切函数代替了趋近律中的开关函数,可以在一定程度上削弱滑模动态运行过程中的抖振。仿真结果表明,改进型趋近律比快速幂次趋近率起动过程更加平稳,对转速跟踪的能力强,且抖振得到了抑制。

基于快速幂次趋近律的人-椅及油气悬架系统模糊滑模控制

为了提升工程车辆的行驶平顺性和驾驶员的驾驶舒适性,在工程车辆半主动油气悬架系统力学模型的基础上,综合考虑驾驶室座椅对人体臀部和驾驶室地板对人体小腿两部分振动对驾驶员的影响,参考人体集中质量模型建立人-椅集中质量模型。基于工程车辆半主动油气悬架系统,针对滑模控制策略的稳定性问题,提出基于快速幂次趋近律的模糊滑模控制方法,并将其与被动悬架、模糊滑模控制方法进行方真对比。仿真结果表明,基于快速幂次趋近律的模糊滑模控制方法与被动悬架和模糊滑模控制方法相比,车身垂向加速度分别降低了82.6%和67.6%,车轮动载荷分别降低了46.2%和25.7%;与被动悬架相比,驾驶员总加权加速度降低了71.1%。经频域分析可见,基于快速幂次趋近律的模糊滑模控制器可以明显降低人体内脏和脊椎共振频率范围内的振动,表明基于快速幂次趋近律的模糊滑模控制方法相比于模糊滑模控制方法,可以有效提升工程车辆的行驶平顺性和驾驶员的驾驶舒适性。

基于一种快速幂次滑模趋近律的电力系统混沌控制

存在于电力系统中的混沌振荡如若不及时加以控制,将会造成停电事故等危害。为分析一个二阶电力系统的混沌振荡动力学行为,采用李雅普诺夫指数图的方法,并有针对性地对指数趋近律、比例积分控制等传统滑模趋近律所暴露的抖振现象、收敛速度慢以及动态响应不平滑等问题加以改进,进而提出一种快速幂次滑模趋近律。仿真实验结果表明,此方法可大幅度改善系统动态过程并有效消除抖振,且具有优越鲁棒性。

非奇异快速终端滑模控制

现有的非奇异终端滑模控制方法和非奇异快速终端滑模控制方法都存在收敛速度缓慢以及"收敛停滞"等问题,针对这些问题提出了一种改进方法。在保证控制器非奇异的条件下将原滑模面中指数项设计参数由分数扩展到正实数域,既提高了收敛速度又扩大了参数选择的灵活性;引入快速终端趋近律,将原来的线性或指数渐近趋近改进为快速终端趋近,提高了系统状态的趋近速度;对"收敛停滞"问题产生的原因进行分析,提出了设计参数所应满足的条件。最后对某无人平台进行航向跟踪数值仿真,仿真结果验证了改进方法的有效性。

反坦克导弹带落角约束滑模导引律研究

为增大反坦克导弹终端落角,提高战斗部的毁伤效能,基于终端滑模控制理论,及弹目相对运动模型,选取弹目相对速度偏角作为滑模面,同时引入落角约束项,结合快速幂次趋近律,推导出了一种带落角约束的滑模导引律。采用有限时间控制理论对导引律的稳定性和有限时间收敛特性进行了证明。最后基于弹道仿真,将该导引律与带落角约束的偏置比例导引律进行了对比仿真分析,结果表明该导引律能够满足制导精度和末端落角约束的要求,脱靶量更小,落角控制精度更高,鲁棒性更强。

基于快速双幂次单向滑模的飞行器纵向控制

高性能飞行器因其自身特殊的飞行特性,模型非线性强、参数强耦度高,飞行控制器的设计有较大难度。传统滑模控制方法在设计非线性系统控制器时具有易实现、鲁棒性强的特点,但系统状态容易出现抖振,导致控制效果降低。针对上述问题,设计了基于快速双幂次的单向辅助面滑模控制器,证明了系统状态的收敛条件。将飞行器纵向模型分解为高度、速度、姿态角以及姿态角速率4个回路,并依次设计控制器。仿真表明,所提控制器设计方法能够有效对飞行器纵向状态进行控制,且能有效抑制系统抖振。

一种新型滑模控制双幂次趋近律

针对滑模控制中传统趋近律存在收敛速度慢、时间长和抖振严重等不足,提出一种利用双幂次趋近律提高系统状态收敛速度的设计方案.该双幂次趋近律无论在远离滑动模态还是在接近滑动模态的空间内均具有快速收敛能力.理论分析表明,该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,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.

基于改进终端SMC和SMO的SRM瞬时转矩控制

针对开关磁阻电机(SRM)常规终端滑模控制器(SMC)响应速度慢和传统滑模观测器(SMO)存在的抖振问题,提出一种基于改进终端SMC和变速趋近律SMO的SRM瞬时转矩控制(DITC)方法。设计了电机速度误差可快速收敛的改进非奇异快速终端滑模面和可自适应调整趋近律速度的变速幂次趋近律,利用等效控制法,得出了连续非奇异控制律。通过Lyapunov函数证明了该系统的稳定性和有限时间收敛性。设计了变速趋近律SMO以实现SRM无位置传感器控制。采用双曲正切函数作为切换函数,并引入快速幂次趋近律作为SMO速度观测的趋近律,克服了传统SMO固定开关增益带来的抖振和收敛速度问题。通过Lyapunov函数证明了SMO运行的稳定性。仿真和实验验证了所提方法的有效性。结果表明:与常规终端SMC相比,改进终端SMC能够在0.07 s内实现对期望转速的跟踪,调节时间减少了0.04 s,并且系统稳定时转速波动降低了0.5 r/min,具有更好的响应速度和稳定性。在负载突增时,系统转速可在0.02 s内调节至给定值,恢复时间减少了0.05 s,具有更好的调节性能。变速趋近律SMO能够在0.01 s内实现转速估计误差的收敛,且误差波动维持在2 r/min以内,可实现电机转速和转子位置的准确估计。

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。

导弹滑模抗干扰自动驾驶仪设计

针对拦截弹的抗干扰控制问题,设计了一种基于扩张状态观测器和快速滑模控制的三通道自动驾驶仪。首先建立考虑有界未知不确定性和外界干扰的拦截弹系统模型,构建扩张状态观测器对有界未知不确定性和外界干扰进行估计;在此基础上,根据自动驾驶仪系统特性,设计了一种快速滑模控制算法使得系统在受到有界未知不确定性和外界干扰的情况下仍然能精准快速跟踪指令信号,并基于李雅普诺夫函数证明了其稳定性。仿真结果验证了所设计控制算法的有效性。

桥式吊车基于二阶滑模干扰观测器的连续消摆控制

针对二维欠驱动桥式吊车系统,设计一种基于super-twisting二阶滑模干扰观测器的连续消摆控制器。将负载的摆动运动并入台车的动态中以设计桥式吊车系统的滑动面,并利用super-twisting二阶滑模干扰观测器对被控系统的复合干扰进行估计。采用super-twisting二阶滑模干扰观测器的控制注入项作为补偿控制,所设计的消摆控制器将补偿控制和基于快速幂次趋近律的控制律相结合,能够有效消除复合干扰对闭环系统性能的不良影响。基于Lyapunov稳定性理论证明了台车的定位误差和负载的摆动角度渐近收敛于零,数值仿真实验结果进一步验证了所设计的消摆控制器的有效性和鲁棒性。

水田植保机自主作业滑模抗干扰路径跟踪方法

为解决无人化水田植保机在田间作业时上线速度慢、精度不高和抗干扰能力差的问题,提出了一种基于快速幂次趋近律和全局滑模控制的水田植保机路径跟踪控制方法。首先建立了含有滑移干扰项和航向角干扰项的水田植保机四轮异相位转向运动学模型,提出了一种基于全局滑模控制和快速幂次趋近律的直线作业跟踪转向控制算法,解决了滑模控制算法的抖振和趋近模态对干扰敏感的问题,使用Lyapunov判据检验了算法的收敛性。使用Matlab建立了仿真模型,对算法进行了仿真,相比基于指数趋近律和等速趋近律的滑模控制算法,本文算法的快速性更好。实际作业实验结果表明,该方法直线跟踪横向偏差绝对值最大为0.0778 m,能够有效提高自主导航控制系统的稳定性和快速性。

一种高超声速滑翔飞行器滑模控制器设计

针对高超声速滑翔飞行器(HGV)再入段姿态控制,设计了一种基于快速幂次趋近律的滑模控制器,通过仿真验证了该控制器的控制性能.仿真结果表明,该控制器能够实现对姿态角阶跃指令的良好跟踪,对参数偏差具有较好的鲁棒性,且在相同的飞行条件和控制器参数下,与基于传统幂次趋近律的滑模控制器相比具有更好的控制性能.

高机动弹道目标末端拦截的新型有限时间滑模制导律设计

针对高机动弹道目标末端拦截问题,设计了一种具有有限时间收敛特性的新型滑模制导律。首先针对目标三维运动强耦合的特点,基于视线旋转坐标系内弹目相对运动关系建模,结合降维微分几何制导律和滑模控制理论,并采用快速双幂次趋近律构造了有限时间内快速收敛的连续制导指令;同时,采用了一种在末端拦截段使视线转率随弹目相对距离的减小在有限时间内快速收敛的滑模面;进而将目标的机动加速度视为上界未知的有界扰动,并通过自适应估计实现对目标加速度上界的快速逼近,可显著提高滑模面收敛速度,同时减弱抖震现象;最后,通过李雅普诺夫定律,对所提出新制导律的稳定性进行了证明。仿真结果表明,所设计的新型制导律能有效拦截高机动弹道目标。