基于扩张滑模观测器的电液伺服系统鲁棒控制

为了提高电液伺服系统(EHSSs)控制性能,考虑外部干扰力、摩擦力、参数变动、结构振动及未建模特性等系统不确定性,构建系统状态空间模型.为了应对系统不确定性,提出新型扩张滑模观测器(ESMO),用于同时估计系统全状态和系统不确定性,并结合等值注入原理及饱和函数进行合理优化.利用系统不确定性的估计值,在反步控制设计中引入障碍Lyapunov函数,将系统的跟踪误差约束在一定范围内,结合参数自适应律,提高系统控制性能.为了验证所提控制方法的性能,在MATLAB/Simulink软件平台构建仿真模型,进一步地,搭建电液伺服系统实验台及实时控制系统,进行仿真和实验验证.结果表明所提方法的性能优于基于障碍Lyapunov函数的反步控制器及传统的反步控制器.

基于LMI的直线伺服滑模位移跟踪控制

由于直线伺服系统应用在一些高响应、高精度场合时,永磁直线同步电机的电流和速度各自的动态过程在时间尺度上相对接近,所以采用常规矢量控制下的三闭环PID控制方法进行静态解耦会因电流和速度之间存在的非线性耦合影响系统的跟踪品质。该文提出一种基于线性矩阵不等式(LMI)的滑模控制方法对直线伺服系统进行位移跟踪控制,并将电气子系统和机械子系统作为整体进行控制,利用LMI设计其滑模控制律。通过设计扩张滑模观测器对负载扰动进行鲁棒观测,以保证系统的跟踪性能。通过实验对该算法与三闭环PID控制方法进行对比验证,证明了该方法具有良好的鲁棒跟踪能力。

基于新型滑模趋近律的PMSM速度控制

针对传统的永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统速度环控制器鲁棒性低、抗扰性弱的缺点,研究了一种基于新型变指数多幂次趋近律的滑模控制器,该趋近律与传统趋近律相比收敛速度快、抖振小。对于系统存在的内、外部扰动影响控制精度的问题,设计了一种新型扩张滑模扰动观测器对扰动进行观测,并前馈至滑模控制器中,消除系统扰动带来的影响。对该算法进行了仿真验证,结果表明该算法具有一定的优越性。

基于滑模ESO转速辨识的永磁同步电机滑模自抗扰控制

针对传统的自抗扰控制(ADRC)方法参数整定和响应速度问题,提出了一种新型的滑模自抗扰控制结构,构成了基于滑模扩张状态观测器(ESO)转速辨识的永磁同步电机(PMSM)滑模自抗扰调速系统。利用非线性干扰观测器(NDOB)取代ESO的综合扰动估计项,并对q轴电流以及d轴、q轴电压进行直接补偿,同时将滑模控制引入到非线性状态误差反馈控制律中,设计了滑模自抗扰电流控制器和速度控制器。在ESO转速辨识中引入滑模控制,得到电机的转速估计值和转子位置,构成基于滑模ESO转速辨识的永磁同步电机调速系统,利用李雅普诺夫理论证明其稳定性。仿真结果表明了该方法的有效性。

基于自抗扰滑模理论的倾转旋翼飞行器非线性姿态控制研究

倾转旋翼飞行器具有非定常、非线性、不同通道耦合明显和控制冗余等特性。本文基于分体法和Pitt-Peters动态入流理论建立的非线性模型能够很好模拟该类飞行器气动力学特征。结合自抗扰控制理论、滑模控制理论和动态面控制理论的新型自抗扰滑模控制算法,利用跟踪微分器得到对象姿态角和姿态角速度的指令,利用基于滑模理论的新型滑模扩张状态观测器估计内外部干扰,包括模型误差和多通道耦合等。该新型算法具有对被控对象摄动和内外部干扰适应能力强、参数清晰等优点。不同飞行状态的仿真结果表明,该算法具有较好的控制效果和鲁棒性。

基于压电陶瓷作用的气体主轴抑振研究

针对空气静压主轴气膜刚度不高,在工作中易受自身及外部激励的影响,从而产生不平衡振动的现象,设计了一种基于压电陶瓷的可控空气静压径向轴承,研究了压电陶瓷的相关特性。结合气体主轴建立了轴承-转子-压电陶瓷的耦合模型,并在此基础上建立了基于扩张观测器的滑模控制器,同时将压电陶瓷综合控制器串联其中,在限制条件内利用控制器使压电陶瓷挤压气膜为主轴提供有效的主动控制力,从而抑制空气静压主轴的振动。研究结果表明,利用压电陶瓷对空气静压主轴系统的振动进行抑制取得了良好的效果,对于主要控制点可使其振动位移减小99.17%,对于次要控制点均有不同程度的减振效果,最多可减少94.36%。