基于扰动观测器和改进自适应二阶快速终端滑模的PMLSM伺服系统控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)在运行时易受到摩擦力、负载扰动及环境变化等不确定影响,设计一种基于扰动观测器和自适应二阶快速终端滑模控制方法。首先,该方法在高阶滑模的基础上结合了快速终端滑模控制,有效加快了系统响应速度。其次,在二阶滑模面的基础上引入条件积分项,该项仅作用于边界层内部,能够有效避免滑模到达阶段由于积分饱和现象导致的超调量过大及响应时间过慢的问题。此外,设计自适应切换控制律,使切换增益在合理的区间内,并根据系统状态进行实时更新,从而削弱抖振现象。最后,为进一步提升系统的鲁棒性,采用扰动观测器对PMLSM系统的集总不确定性进行补偿。经实验验证,该控制方法具有良好的位置跟踪精度和强鲁棒性,且对系统抖振现象有明显削弱作用。

基于高增益比例积分观测器的液压伺服系统全局快速终端滑模控制

针对受不确定性影响的非线性液压伺服系统,设计了一种基于高增益比例积分观测器的全局快速终端滑模控制方法。首先,采用输入输出反馈线性化方法对非线性模型进行线性化处理,使其适用于观测器与控制器的设计结构,其中比例积分观测器用于估计包括建模误差、外部干扰和测量噪声等综合不确定性,全局快速终端滑模控制器用于快速补偿观测器误差,从而进一步提高控制系统的鲁棒性。此外,根据李亚普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性。最后,将所设计方法与传统PID控制以及传统滑模控制方法在相同的不确定性环境下进行了对比实验,实验结果表明所提方法具有更快的响应速度、更高的跟踪精度与抗干扰能力。

基于扩展状态观测器的永磁同步电动机的加权快速终端滑模控制

为提高永磁同步电动机的位置跟踪精度和抗扰性,提出了一种基于扩展状态观测器的加权快速终端滑模控制方法。首先,为降低系统扰动带来的影响,设计扩展状态观测器估计永磁同步电动机系统的总扰动。然后,根据扰动对系统的影响,对位置误差加权并将其作为滑模面中的非线性项,从而设计基于位置误差权重分配的滑模面。最后,设计快速加权终端滑模控制器对扰动做出具体补偿,并使系统在有限时间内趋于稳定。通过仿真结果验证,与传统的快速终端滑模控制器相比,在受到扰动时,本文设计的控制方法收敛速度更快,抗干扰性更强,能实现更准确的轨迹跟踪。

基于双扰动观测器的永磁同步电机双惯量系统无模型递归终端滑模控制

为了提高永磁同步电机双惯量系统在不确定性扰动影响下的控制性能,提出一种基于双扰动观测器的无模型递归终端滑模控制策略。首先,建立存在不确定性扰动的永磁同步电机双惯量系统模型,并结合无模型控制与递归终端滑模控制设计无模型递归终端滑模控制器,使系统状态直接从滑模面开始运动,缩短了状态误差的收敛时间,有效抑制抖振。其次,通过构造扩张状态观测器观测负载速度并反馈到改进型扩展扰动滑模观测器中,构成双扰动观测器。同时,双扰动观测器精确估计总扰动信号并前馈补偿到所设计的控制器,进一步提高系统稳态性能和抗扰动能力。最后,通过仿真和实验验证得出,所提出的控制方案相较于比例积分控制和改进型无模型滑模控制方法更具有优越性和可行性。

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.

基于扩展观测器的永磁同步电机快速积分终端滑模控制

为了优化永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态性能,使用滑模控制的PMSM控制系统的非线性速度控制算法。提出一种新的快速积分终端滑模面(FITSMC),以提高传统积分终端滑模控制在速度误差远离平衡点时的跟踪误差收敛速度。针对高切换增益引起的大抖动现象,提出一种改进的抗干扰滑模速度控制器,该方法引入扩展状态观测器观测集中扰动,并在FITSMC中添加前馈补偿项。最后,通过仿真验证所提控制方法的有效性。结果表明:采用FITSMC替代传统的PI控制器,可以有效地降低动态速度跟踪误差。通过与传统方法进行比较,验证了所提方法(FITSMC+ESO)的优越性。

基于扰动观测器的永磁直线电机高阶非奇异快速终端滑模控制

针对永磁直线同步电机运行时存在模型不确定性、负载扰动、参数摄动等匹配/不匹配扰动等问题,该文提出一种基于扰动观测器的高阶非奇异快速终端滑模控制策略。利用非线性扰动观测器观测匹配/不匹配扰动,降低系统对多重扰动的保守性。此外,设计高阶非奇异快速终端滑模控制器,增强系统的鲁棒性,并将反馈电流引入滑模面,实现电机位置、速度和电流的整体控制,以提高位置跟踪系统的动态性能和稳态性能。基于李雅普诺夫稳定性理论,分析证明了闭环系统的稳定性和收敛性。最后,通过实验验证了所提控制方法的可行性,能够有效提高系统的跟踪精度和鲁棒性。

基于扰动观测器补偿的机械臂非奇异快速终端滑模控制

针对机械臂系统在实际应用中存在的建模误差及未知扰动问题,设计了一种基于扰动观测器的改进型非奇异快速终端滑模控制策略.通过扰动观测器准确估计系统存在的总扰动,并设计恰当的非线性增益函数使扰动观测误差指数收敛,实现了对控制器的前馈补偿.考虑到终端滑模存在的奇异性问题,结合扰动观测器设计了非奇异快速终端滑模控制器,在保证跟踪误差有限时间收敛的同时抑制了滑模控制固有的抖振现象.同时在控制器设计过程中,用fal函数代替sig函数有利于削弱滑模控制抖振,提高系统稳定性及跟踪精度.最后,利用MATLAB软件进行实验仿真,验证了所设计控制器的有效性.

基于扰动观测器的三相PMSM滑模控制策略研究

为优化永磁同步电机的控制性能和增强其抗扰动能力,提出了一项设计方案,将非奇异快速终端滑模控制与扰动观测器相融合,并设计速度控制器,从而增强系统的稳定性和响应速度。设计了一个具有非奇异特性的终端滑模面,以确保在每个阶段误差都能够迅速收敛。为了有效应对外部负载转矩对系统性能造成的影响,设计了一种扰动观测器,能够实时监测外部负载转矩,并将观测到的扰动即时补偿到速度控制器的输出端。通过仿真分析表明:所提控制方法具有出色的鲁棒性,能够显著提高电机的响应速度,提高了系统的动态性能。

PMSM无模型超螺旋快速积分终端滑模控制

针对永磁同步电机运行过程中因模型不确定、参数摄动和外部扰动等因素的影响,从而导致驱动系统性能下降的问题,提出一种新型控制策略。首先,为减少对系统数学模型的依赖,构建了一个新的超局部模型,用于描述永磁同步电机的转速环。其次,基于转速环的新型超局部模型,结合一种新型积分终端滑模面和改进超螺旋控制律来设计新型无模型超螺旋快速积分终端滑模控制器,实现了对转速的精确控制。再次,采用非奇异快速终端滑模面和双幂次趋近律设计改进扩展非奇异终端滑模扰动观测器,通过精确观测和前馈补偿未知扰动,有效地抑制参数摄动和外部扰动,增强了系统鲁棒性,提高系统的动态性能和稳态性能。最后,通过与传统控制方法的仿真和实验对比,证实所提算法转速抗超调能力提升为0.412 5%,转矩快速响应能力提升0.013 s。结果表明当存在未知扰动时,所提方法具有较强的鲁棒性和良好的抗干扰性。

采用新型趋近律和扰动观测器的开关磁阻电机瞬时转矩控制

针对开关磁阻电机传统控制策略易产生转矩脉动大、动态性能差的问题,提出一种基于自适应趋近律和扰动观测器的瞬时转矩控制。为避免转子进入单向导通区间出现转矩过冲现象,在滞环策略中增加了退磁信号;结合线性和终端滑模面提出了非奇异快速终端滑模函数,以实现系统在趋近、滑动阶段均能快速收敛;设计了自适应趋近律和分段切换函数以解决传统趋近律中趋近速度和抖振问题,并且为了降低切换增益,采用滑模扰动观测器将外界扰动及时前馈至控制器。以一台6/20电机进行仿真与实验验证,结果表明:新的滞环策略可以有效降低转矩脉动,且与PI、传统滑模控制相比,改进滑模方法不仅实现了转速无超调、缩短动态响应时间,而且增强了电机的抗干扰性能,输出转矩波动进一步降低。

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。

基于负载观测器的永磁同步电机终端滑模控制系统设计

为了实现永磁同步电机的高精度控制,提出一种非奇异快速终端滑模的控制策略,将其应用到电机控制系统的位置环与速度环,同时针对负载扰动问题,依据龙伯格(Luenberger)观测器的原理设计了一种负载转矩观测器,利用负载转矩观测器来观测电机负载转矩变化。通过Simulink仿真验证了该算法的有效性和可行性。该设计不仅可以提高电机位置跟踪精度,而且能减小负载扰动对电机伺服系统控制性能的影响和负载转矩的变化对系统的影响,增加了系统的鲁棒性。

扰动观测的PMSM模糊全局快速终端滑模控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)普通滑模控制存在的系统响应速度慢、存在抖振现象等问题,提出一种扰动观测的模糊全局快速终端滑模控制(global fast terminal sliding mode control,GFTSMC)策略。设计全局快速终端滑模控制器以提高系统的响应速度和抗干扰能力,结合控制系统状态设计模糊控制规则实时调整速度控制器中的参数,在不影响系统收敛速度的条件下抑制抖振;设计Luenberger扰动观测器,将扰动估计值反馈至PMSM控制器中,削弱扰动对PMSM控制系统的影响。搭建PMSM控制试验平台对提出的控制策略进行试验验证。试验结果表明,Luenberger扰动观测器能够有效地估计扰动实际值扰动观测的,PMSM GFTSMC策略能够提高电机的响应速度和抗干扰能力抑制滑模控制中的抖振现象,增强系统的鲁棒性。

固定时间收敛扰动观测终端滑模制导律设计

针对机动目标拦截问题,设计了基于固定时间收敛扰动观测器(fixed-time disturbance observer,FxTDO)的终端角度约束非奇异快速终端滑模制导律(nonsingular fast terminal sliding mode guidance law,NFTSMGL)。通过具有固体时间收敛特性的扰动观测器对导弹拦截过程的外部扰动进行快速、精确估计。同时为了抑制抖振影响以及保证制导信号在有限的时间范围内收敛,设计了NFTSMGL,并进行了稳定性分析。仿真结果表明,FxTDO-NFTSMGL可以使制导信号在有限的时间范围内收敛至期望状态,并满足对机动目标拦截的要求,相较于无观测器的NFTSMGL收敛速度更快,且避免了抖振现象。

基于自抗扰与观测器的环形耦合多电机协调滑模控制

在多电机控制系统中,参数摄动和负载转矩变化会影响系统的跟踪精度和同步性能,且传统的补偿方法难以有效的抑制系统的同步误差。针对以上问题,采用电流补偿的环形耦合结构,设置同步比例系数实现多电机的协调运行,设计自抗扰补偿器对电机进行电流补偿来减小同步误差,同时将非奇异快速终端滑模和扰动观测器用于单台电机的控制。仿真结果表明,所设计的控制策略使系统的鲁棒性和跟踪精度都有所提高;相比于固定增益补偿和PI补偿,系统的同步误差小,抗干扰能力强,实现了高精度的多电机协调控制。

基于非线性扰动观测器的四旋翼姿态控制

针对存在模型不确定性和未知外界干扰下四旋翼飞行器的姿态控制问题,提出了一种基于非线性扰动观测器的快速连续非奇异终端滑模控制策略。通过非线性扰动观测器对外界干扰及系统不确定性进行平滑估计和补偿,提高系统的稳定性;利用非奇异终端滑模面有限时间收敛的特性设计控制律,保证系统的快速收敛;应用Lyapunov函数证明控制器的稳定性,对四旋翼的飞行动力学特征进行研究,推导出飞行动力学模型,引入人:T蜂群算法来优化控制器中的参数,实现最优控制;最后,通过两个数值仿真实例验证了该控制器的有效性。结果表明,与其他控制算法相比,所提控制算法在收敛速度、跟踪精度及扰动估计精度方面均优于其他控制算法,具有一定的工程应用价值。

基于自适应趋近律和扰动观测器的开关磁阻电机控制

针对开关磁阻电机PI控制器和传统滑模方法中存在瞬态时间长、稳态下转矩脉动大问题,提出一种基于自适应趋近律和扰动观测器控制方法。首先引入状态变量构建非奇异快速终端滑模面,以提升系统收敛时间。其次分析了传统指数趋近律存在的固有抖振,设计出一种自适应趋近律算法,从而降低系统抖振。然后针对扰动变化设计了非线性扰动观测器,并将观测到的扰动值作为前馈信号补偿至滑模控制器。最后,以PI和传统滑模控制作为对比,对所提控制策略进行验证,结果表明:在仿真和实验的启动阶段,响应时间分别缩短了0.08 s、0.4 s,实现了速度的无超调跟踪;在加载阶段转速下降量分别减少了19.9%、9.2%和7%、2.9%,而且电机在稳态时的输出转矩波动变小,转矩脉动降低了约10%。

基于双观测器的多电机卷绕系统切换滑模控制

针对多电机卷绕系统存在的强耦合、张力控制精度低、易受扰动影响等问题,提出一种基于非线性扰动观测器和张力观测器的切换滑模控制方法。以永磁同步电机作为系统的驱动机构,设计非奇异快速终端滑模控制器来实现对电机转速的控制,并设计非线性扰动观测器来估计系统的参数摄动,将估计值用于前馈补偿;对于系统的张力环,采用带有切换函数的自适应滑模控制器,切换函数可以使系统状态更快到达滑模面;并设计张力观测器来精确观测张力大小。仿真实验结果表明:与传统的控制策略相比,所设计的控制策略提高了系统的响应速度、跟踪精度和鲁棒性。

基于分数阶扩展滑模扰动观测器的PMSM转速环无模型递归非奇异终端滑模控制

针对永磁同步电机转速环中存在的参数变化和外部负载扰动的问题,为了提高调速系统的响应速度和抗干扰能力,提出了一种基于分数阶扩展滑模扰动观测器(FOESMDO)的转速环新型无模型递归非奇异终端滑模控制(MFRNTSMC)方法。首先,构建基于传统数学模型的永磁同步电机新型超局部模型。其次,结合新型超局部模型和递归非奇异终端滑模控制理论,设计位于转速环的无模型递归非奇异终端滑模控制器。并且设计一种分数阶扩展滑模扰动观测器,该观测器在精确补偿系统未知部分的同时还提升了转速环控制器的抗干扰能力。最后,通过仿真和实验对比,验证所提的滑模控制方法的优越性。