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.

航天器自适应快速非奇异终端滑模容错控制

针对存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障的航天器姿态跟踪控制问题,本文提出了基于自适应快速非奇异终端滑模的有限时间收敛故障容错控制方案.通过引入能够避免奇异点,且具有有限时间收敛特性的快速非奇异终端滑模面,设计了满足多约束条件有限时间收敛的姿态跟踪容错控制律,利用参数自适应方法使控制器不依赖转动惯量和外部干扰的上界信息.Lyapunov稳定性分析表明:在存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障等约束条件下,本文设计的控制律能够保证闭环系统的快速收敛性,而且对执行器故障具有良好的容错性能.数值仿真校验了该控制律在姿态跟踪控制中的优良性能.

基于快速非奇异终端滑模的多弹协同制导律设计

针对空空导弹协同攻击高速大机动目标问题,提出了一种带有期望攻击角约束的多弹协同制导律。首先,在纵向平面内建立弹-目几何关系,建立含有攻击角约束的导弹视线方向和视线法向方向的多弹协同制导模型;其次,针对视线方向制导模型,基于代数图论和有限时间一致性理论设计了视线方向上的协同制导律,保证3枚导弹能够实现对目标的协同攻击,并利用现有观测器对目标的机动能力进行估计;再次,基于快速非奇异终端滑模控制理论设计了视线法向方向上的制导律,保证3枚导弹均能够精确命中目标,同时保证弹-目的视线角收敛到期望的终端视线角,视线角速率收敛到0;最后,仿真验证了所设计制导律的有效性。

基于快速非奇异终端滑模控制的矿用PMSM控制研究

为了提高矿用永磁同步电机(PMSM)调速系统的控制性能,利用滑模控制的优良特性,提出了一种适用于永磁同步电机的快速非奇异终端滑模控制器。构建了可在有限时间内快速收敛的快速非奇异终端滑模面,并避免了终端滑模面的奇异问题。在此基础上设计了一种新型永磁同步电机调速系统。

基于快速非奇异终端滑模的直线开关磁阻电机位置控制

采用有限元数据构建了直线开关磁阻电机的本体模型,并将快速非奇异终端滑模(FNTSM)控制算法应用到直线开关磁阻电机位置控制系统中。通过选择适当的切换函数和控制律,设计了位置控制器,提高电机控制系统的动态性能和鲁棒性。仿真验证了快速非奇异终端滑模相比于传统的PID控制具有响应速度快、无超调、鲁棒性强等优点,相对于传统的滑模控制(SMC)可明显削弱抖振,表明了快速非奇异终端滑模控制在直线开关磁阻电机位置控制系统中的优越性。

基于快速非奇异终端滑模的姿态控制技术

针对存在执行器故障与外部干扰的刚体飞行器姿态控制系统,提出一种基于快速非奇异终端滑模(NSFTSM)的姿态容错控制方法。控制方法不仅保证姿态机动过程的快速性,而且避免了传统的终端滑模面所带来的奇异性问题。采用二阶鲁棒精确微分器估计执行器故障与外部干扰,采用快速非奇异终端滑模技术设计姿态容错控制律,根据Lyapunov稳定性理论证明了方法的稳定性。稳定性分析表明,通过引入新型快速非奇异终端滑模,控制器使得闭环系统能够快速收敛到滑模面的微小邻域内,进而收敛到系统平衡点的微小邻域内,并且系统对外部干扰具有较强的鲁棒性。数值仿真结果验证了方法在姿态跟踪控制中的有效性。

对带有死区的机械臂系统的快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制

针对带有死区的机械臂系统轨迹跟踪问题,提出了一种快速非奇异终端滑模控制方法。首先,选取基于非奇异终端滑模框架的快速非奇异终端滑模,保证了系统状态能够在有限时间内收敛到零,并且在没有添加任何辅助措施的情况下避免了控制律的奇异问题;其次,通过将原控制律中的符号函数替代成饱和函数而获得连续的控制信号,消除了抖振;最后,仿真结果验证了所提出的方法的有效性。

基于STESO的PMSM非奇异快速终端滑模控制

为了提高永磁同步电机驱动系统速度控制器的跟踪性能和鲁棒性,提出了一种基于超螺旋扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模复合控制器。首先,采用一种基于新型变指数趋近律的非奇异快速终端滑模控制算法设计速度控制器,该趋近律在常规指数趋近律中引入系统状态变量,加快系统收敛到滑模面的速度,同时保持较小的抖振;其次,提出了一种超螺旋扩张状态观测器来观测系统的扰动,并补偿给速度控制器,提高了速度控制系统的鲁棒性;最后,通过仿真和实验证明所提方法的有效性。

基于非奇异快速积分终端滑模的机械臂鲁棒控制

为了克服机械摩擦、未知负载和模型误差等不确定性因素对机械臂控制精度的影响,采用指数障碍李雅普诺夫函数设计了非奇异快速积分终端滑模有限时间鲁棒控制律。首先,建立了带有各类不确定性因素的机械臂数学模型,并通过设计的观测器准确地估计出干扰值;然后,利用机械臂转角误差设计了非奇异快速积分终端滑模面,在指数障碍李雅普诺夫函数的基础上,设计出了有限时间鲁棒控制律;最后,通过稳定性分析验证了设计的有限时间鲁棒控制律能够在有效时间内收敛。三自由度机械臂的仿真结果表明:提出的有限时间鲁棒控制律能够有效克服不确定性因素对机械臂控制精度的影响,观测器的最大估计误差为0.1(°)/s 2,机械臂各关节转角的最大跟踪误差为0.1°,验证了设计方法的有效性。在三维空间固定坐标定位实验中,机械臂在提出的有限时间鲁棒控制律作用下的最大定位误差为0.22 cm,最长运行时间为2.2 s,验证了在实际工程应用中能够实现更高的控制精度和运行效率。

永磁直驱风力发电机非奇异终端滑模控制

为提高永磁直驱风力发电系统的抗扰能力和控制精度,提出了一种扰动观测器与非奇异快速终端滑模控制相结合的最大功率跟踪控制策略。利用扰动观测器得到风力发电机的转矩变化,对控制器进行前馈补偿;采用非奇异快速终端滑模面提高控制器的动态性能,实现系统快速收敛,减少因扰动引起的抖振。仿真结果表明,所提策略在随机风速的情况下可以准确估计转矩变化,提高最大功率跟踪过程中的转速跟踪精度和风能利用率。

基于改进非奇异快速终端滑模反演控制的风力发电系统最大功率跟踪

针对永磁直驱风力发电机系统的最大功率跟踪存在非线性、系统参数不确定及外部扰动问题,提出一种基于有限时间干扰观测器的非奇异快速终端滑模反演控制策略。针对转速跟踪问题,将系统参数不确定与外部扰动定义为集总扰动,用观测器快速精确估计之后补偿。采用反演控制法处理非线性系统,结合动态面控制设计虚拟控制律,同时设计滑模控制律,提高系统收敛速度与跟踪精度。通过李雅普诺夫理论与仿真实验证明该系统的稳定性与有效性。

PMLSM伺服系统自适应非奇异快速终端滑模控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)的位置跟踪精度易受外部扰动的影响,设计了一种自适应非奇异快速终端滑模控制(ANFTSMC)方法。建立PMLSM数学模型。为解决滑模控制(SMC)系统时会产生收敛速度慢、可能产生奇异性等问题,利用非奇异快速终端滑模控制(NFTSMC)解决该问题,保证系统收敛,既不产生奇异性又提高快速性。加入自适应律可以在线估计系统未知扰动的上界,提高系统的鲁棒性。通过仿真分析得出结论,与SMC和NFTSMC相比,ANFTSMC方法能解决收敛速度慢的问题,跟踪精度与鲁棒性亦有所提高。

双连杆柔性臂非奇异快速终端滑模控制

针对双连杆柔性机械臂轨迹跟踪过程中抖振大、精确度低等问题,设计了一种非奇异快速终端滑模控制算法。首先根据拉格朗日方程及能量守恒定律推导出双连杆柔性机械臂的动力学方程,进而设计了基于跟踪误差状态方程的非奇异快速终端滑模控制器,其中采用双曲正切函数代替符号函数来削弱抖振的影响,并利用李雅普诺夫理论证明了该闭环系统的稳定性。仿真结果表明,提出的控制策略具有跟踪精度高,抖振更小的优点。

考虑液体大幅晃动充液航天器的自适应非奇异快速终端滑模控制

针对考虑液体燃料大幅晃动的充液航天器进行姿态机动控制,研究控制系统中存在系统参数不确定、外部未知干扰以及测量不确定的充液航天器姿态控制系统,设计了一种自适应非奇异快速终端滑模控制器。将大幅晃动的液体燃料等效为运动脉动球模型,建立了液体大幅晃动航天器动力学方程。针对充液航天器姿态稳定问题,设计具有有限时间收敛且能避免奇异点的非奇异快速终端滑模面,使充液航天器可以快速达到姿态稳定;与此同时,设计自适应更新律估计集总扰动的未知上界。Lyapunov稳定性分析表明,在系统参数不确定、外部未知干扰、测量不确定和大幅液体晃动的影响下,所提出的自适应非奇异快速终端滑模控制能够保证系统的快速收敛特性,仿真分析验证了所提出控制器的有效性。

PMSM非奇异快速终端滑模无速度传感器控制

针对传统表贴式高速永磁同步电机无速度传感器系统采用PI控制存在超调及抗负载扰动能力差的问题,提出非奇异快速终端滑模面的新型滑模控制器策略。搭建表贴式高速永磁同步电机数学模型,设计了组合趋近律算法和速度环控制器,通过MATLAB进行验证。仿真表明:与传统PI以及滑模算法相比,文中方法具有抗扰动能力强、超调小以及抖振小的优点。

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。

基于扩张状态观测器的四旋翼无人机快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制

针对受多源干扰影响的四旋翼无人机系统的轨迹跟踪控制问题进行研究,充分考虑位置回路和姿态回路动态特性,提出一种全回路复合快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制方案.首先,通过变换将轨迹跟踪问题转化为位置回路和姿态回路的指令跟踪控制问题;然后,将各通道之间的耦合以及多源干扰影响视作集总干扰,并基于扩张状态观测器对其进行估计;接着,基于干扰估计信息和快速非奇异终端滑模控制算法,分别在位置回路和姿态回路构造复合快速非奇异终端滑模控制器;最后,基于位置回路和姿态回路虚拟控制量解得无人机真实控制量旋翼转速.仿真结果表明,所提出控制方案显著提升了四旋翼无人机轨迹跟踪的响应速度和抗干扰性能.

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。

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。

六自由度机械臂的非奇异快速终端滑模控制

首先对快速终端滑模控制方法应用到六自由度机械臂系统时存在的奇异问题进行了分析。然后提出了一种新的非奇异快速终端滑模控制方法,并基于Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性。最后将非奇异快速终端滑模控制器应用于六自由度机械臂运动控制中,试验结果表明:非奇异快速终端滑模控制提高了六自由度机械臂位姿控制的稳定性、精确性、快速收敛性和鲁棒性。