考虑系统总和扰动的多关节机械臂反步有限时间滑模控制

针对多关节机械臂轨迹跟踪控制中存在的模型参数摄动和外部有界扰动等不确定性因素影响问题,设计了一种考虑系统总和扰动的反步有限时间滑模控制算法,用于实现多关节机械臂轨迹跟踪控制任务。首先,利用严格反馈形式描述多关节机械臂的动力学模型,并将模型参数摄动和外部有界扰动等不确定性因素看成系统的总和扰动,进而设计非线性扩张状态观测器对系统总和干扰加以估计,以提高系统的鲁棒性能;其次,在传统反步法设计的基础上结合有限时间滑模控制技术,完成系统反步有限时间滑模控制器的设计;最后,应用Lyapunov稳定性理论证明了多关节机械臂的位置矢量能够实现对期望位置矢量的有限时间稳定跟踪。仿真对比结果表明设计反步有限时间滑模控制算法的有效性。

基于模糊自抗扰技术的机械臂轨迹跟踪控制

考虑机械臂动力学模型中存在未建模动态、摩擦力矩、外部干扰等不确定性因素,为了提高系统的轨迹跟踪控制性能,设计了模糊自抗扰控制器。利用自抗扰技术中的扩张状态观测器能够对系统内外部扰动进行实时估计的特性,观测系统的不确定性因素,应用跟踪微分器提高系统动态响应性能,同时结合模糊控制技术对非线性误差反馈控制加以改进,从而实现了误差反馈增益的优化自整定。仿真结果验证了该控制器的强鲁棒性和有效性。

基于扩张状态观测器的永磁同步电机自适应滑模调速控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统存在参数不确定性及负载扰动问题,提出了一种基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法。在系统模型存在参数不确定性及负载扰动情况下,通过扩张状态观测器对系统的总和扰动进行实时观测,并在控制过程中加以前馈补偿以降低系统总和扰动对控制精度的影响,提高系统的动态性能。由于系统观测误差上界无法精确获得,自适应滑模控制器中的切换控制增益采用参数自适应律来调节,可有效改善系统的抖振现象,保证系统输出高精度跟踪期望信号。仿真结果表明,与传统的比例-积分(proportional-integral,PI)控制方法相比较,提出的基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法具有转速超调量小,响应速度快,对系统的参数不确定性及负载扰动具有很强的抑制力,且能够有效减弱滑模控制的抖振问题和提高系统的鲁棒性能。

基于ACPI的风力发电系统MPPT控制方法

针对直驱永磁同步风力发电系统存在非线性、参数不确定性以及转矩扰动等问题,研究了一种基于自耦PI控制理论的最大功率跟踪控制方法。该方法以转速跟踪为目标,将发电机内部动态与外部输入转矩的不确定性定义为一个总和扰动,从而将非线性不确定系统映射为未知线性系统,并构建了一个在总和扰动反相激励下的受控误差系统。据此设计了基于误差速度因子的自耦PI控制器模型,理论分析了自耦PI闭环控制系统的鲁棒稳定性和抗扰鲁棒性。仿真结果表明了该控制方法能稳定保持最大功率系数,在风力发电系统的最大功率跟踪领域具有良好的应用前景。

基于扩张状态观测器的飞行器姿态控制研究

以四旋翼飞行器作为被研究对象,根据牛顿—欧拉方程建立其动力学模型,将该系统模型中存在的耦合项和其他未知干扰当作总和扰动,运用扩张状态观测器对其进行估计并实时补偿到PD控制器中,克服内部耦合等非线性扰动对系统带来的不利因素。最后将该控制策略应用于X-Aircraft四旋翼,对该飞行器进行姿态控制。实验结果证明了扩张状态观测器可以很好地观测出四旋翼模型中的耦合项和未知干扰,该控制策略保证四旋翼飞行器能够快速精准地达到预期的姿态位置,进一步表明该控制策略可以广泛应用于带有未知扰动的非线性被控对象中。

基于改进自耦比例积分的直流微电网母线电压控制

针对直流微电网中分布式电源出力不稳定、参数摄动以及负载波动等问题,文中以三相AC/DC换流器为主体,提出了一种具有强抗扰能力的改进自耦比例积分(ACPI)母线电压跟踪控制方法。首先,将直流微电网内部动态和外部扰动的不确定性定义为一个总和扰动,从而使非线性不确定系统映射为未知线性系统;其次,构建了一个在总和扰动反相激励下的受控误差系统,据此设计了基于改进自适应速度因子的ACPI控制器模型,有效抑制了母线电压波动,提高了系统的动态响应速度;最后,理论分析了ACPI闭环控制系统的鲁棒稳定性和抗扰鲁棒性,并搭建了仿真模型进行验证。针对不同工况下直流母线电压跟踪的仿真结果表明,文中控制方法响应速度快,抗扰能力强,对于直流母线电压波动具有良好的稳定效果。

基于线性自抗扰控制器的光伏板旋转定位控制

针对光伏板旋转定位系统设计了线性自抗扰控制器。通过跟踪微分器分别得到光伏板旋转参考倾角的过渡值及其微分信号,使参考倾角平滑化,防止产生超调。设计扩张状态观测器(ESO)估计光伏板旋转倾角及其微分的同时,估计总和扰动,进而设计具有干扰补偿的控制律实现了对光伏板旋转定位系统的跟踪控制。最后,通过数值仿真验证了所设计的线性自抗扰控制方法的有效性与优越性。

自抗扰控制方法在单级倒立摆摆角控制中的应用

针对存在扰动情况下的单级倒立摆摆角控制问题,设计一种基于自抗扰技术的倒立摆摆角控制方法.首先,利用牛顿-欧拉建模方法建立单级倒立摆模型,并将其表示成二阶系统.然后,将部分已知系统动态和扰动因素扩张为一个新的状态变量,设计扩张状态观测器对系统总和扰动进行估计.最后,在系统总和扰动估计的基础上设计非线性状态误差反馈控制律.仿真结果表明所设计控制器具有较高的控制精度和鲁棒性能.