基于永磁同步电机的滑模与自抗扰协调速度控制研究

为了解决永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)矢量控制中采用指数滑模在调速控制时,出现的超调量大、抖振严重及抗干扰能力差等问题,采用滑模和降阶线性自抗扰的复合控制策略。通过一个可变的加权因子,使得滑模和降阶线性自抗扰在矢量控制系统的速度环中各占一定比重,所占比重的和为1。仿真结果表明,该控制策略对比指数滑模,在加减速、正反转时抖振显著减少,均实现无超调跟踪,并更快地收敛至参考速度;在加载和卸载时,抖振明显减少,超调量也分别减少了17%和18%。该策略不仅能有效改善控制系统的性能,对速度变化也具有较强的鲁棒性。

基于扰动观测器的指数时变滑模再入姿态控制

针对再入飞行器姿态控制问题,设计了一种全局鲁棒的基于扰动观测器的指数时变滑模姿态控制器,使得在存在匹配模型参数不确定性和外部扰动情况下仍能够实现精确的姿态控制。首先对飞行器模型进行反馈线性化解耦,将俯仰、滚转、偏航通道分解为3个独立的二阶系统。然后以俯仰通道为例,设计指数时变滑模控制器,使得系统具有全局鲁棒性。进一步,为了减小采用饱和函数消除滑模控制抖振而带来的系统跟踪误差,引入扰动观测器,设计了一种基于扰动观测器的指数时变滑模控制系统。最后,以某飞行器为例建立六自由度仿真模型,在考虑大气密度、转动惯量偏差以及外部高频扰动的情况下,验证了加入扰动观测器后对系统性能的提高。

基于扰动观测器的巡航飞行器指数时变滑模控制

针对巡航飞行器非线性模型具有快时变、强耦合和高度非线性的特点,在考虑飞行过程中可能存在的气动参数以及大气密度不确定性情况下,提出了一种高精确、强鲁棒控制方法。通过将扰动观测器与指数时变滑模控制方法结合,构造了一种基于扰动观测器的巡航飞行器指数时变滑模控制设计方法,并利用Lyapunov理论分析了采用该控制律后整个闭环系统的稳定性。该方法能够有效地减小采用边界层方法来处理滑模抖振问题时所引入跟踪稳态误差,提高系统控制精度。最后,通过仿真验证了所提出方法的有效性。

永磁同步电机新型指数型自适应滑模观测器无传感器控制

传统滑模观测器(SMO)存在严重的抖振现象,导致估计转子位置与实际转子位置偏差大,文中设计一种新型指数型自适应滑模观测器估算电机转子位置,主要提供一种新型指数型滑模函数,其在边界层内具有连续性和指数变化特性,在边界层外具有饱和特性。对比分析新型指数型滑模函数、开关函数、指数型滑模函数和饱和函数的函数特性,并且根据反电动势(EMF)模型设计自适应律,处理等效反电动势信号中的高次谐波分量,避免了低通滤波器的使用和相位补偿,通过Lyapunov稳定判据对系统稳定性进行分析。最后,用德州仪器的DSP28335为主控芯片搭建实验平台,对一台200 W永磁同步电机(PMSM)进行实验验证,实验结果表明,新型指数型自适应滑模观测器具有削弱抖振、估计转子位置误差更小、观测反电动势谐波分量更小的特点。

指数型快速终端滑模变结构控制

针对一类高阶非线性系统,基于指数型快速终端滑模的良好特性,提出了一种新的滑模变结构控制,给出了控制律。系统状态变量能以较快的速度在有限时间内到达各级滑模面,并最终使系统状态收敛至平衡点。仿真结果表明:该滑模变结构控制方法有效可行。

基于指数型快速终端滑模的有限时间混沌同步

为了解决混沌同步有限时间的实现问题,基于指数终端吸引子的有限时间快速收敛特性,设计了指数型快速终端滑模,并将其引入到一类混沌系统中,提出了一种新的滑模变结构控制,以实现该类混沌系统的状态同步。系统状态变量能以较快的速度在有限时间内到达各级滑模面,最终使系统状态收敛到平衡点。系统具有良好的动态性能,同步时间可以估计和控制,且实现了混沌系统的有限时间完全同步。以Chen混沌系统为例研究验证同步策略的可行性和有效性。

二阶混沌系统基于指数终端滑模控制的投影滞后同步

研究了带有外部干扰变量和不确定项的二阶混沌系统的投影滞后同步问题.基于Lyapunov稳定性理论及指数型快速终端滑模策略的有限时间快速收敛性,提出一种新的滑模变结构控制,并设计相应的滑模曲面和控制律.所设计的控制器使误差系统状态变量能以较快的收敛速度在有限时间内进入指数终端滑模曲面并最终到达平衡点.数值仿真验证了该控制方法的有效性.

模糊指数型终端滑模控制在导弹姿态控制系统中的应用研究

针对导弹姿态控制系统具有不确定性和时变性的特点,同时为保证系统状态能在有限时间内收敛到状态原点,在研究了多变量确定性指数型终端滑模控制的基础上给出并证明了其不确定多变量系统的控制律特性。为克服不确定性给系统造成的抖动现象,参考模糊控制的优点,设计了模糊补偿控制以消除这种抖动。最后将所设计的控制律在导弹姿态控制系统中做了仿真应用,结果表明,所设计的控制器性能满足要求,控制效果较为满意。

模糊指数型终端滑模控制的模型参考控制及其在导弹姿态控制系统中的应用

针对导弹姿态控制系统具有不确定性和时变性的特点,同时为保证系统状态能在有限时间内收敛到状态原点,在研究了不确定多变量指数型终端滑模控制的基础上,给出并证明了其模型参考控制的控制律特性。为克服不确定性给系统造成的抖动现象,参考模糊控制的优点,设计了模糊补偿控制以消除这种抖动。最后将所设计的控制律在导弹姿态控制系统中做了仿真应用,结果表明,所设计的控制器性能满足要求,控制效果满意。

2种改进的滑模并网逆变器控制策略

为改善光伏并网逆变器控制系统的动态性能,根据并网逆变器数学模型,提出利用指数滑模变结构控制律和平方根滑模控制律,设计基于改进滑模变结构的单相电流环光伏并网逆变器控制系统。推导了滑模变结构控制在并网逆变器应用的滑模面存在性,并利用李亚普诺夫定理证明了系统稳定性。针对所选滑模控制律存在的非线性可能引起系统抖振的问题,采用单位控制连续化方法,使改进后的控制算法在切换面附近具有高增益特性,使系统具有抵抗干扰和参数摄动的能力。最后对2种控制方法进行了比较,证明改进的指数滑模变结构有更精准的跟随特性。

具有强鲁棒性的滑模变结构控制

针对一类高阶不确定非线性系统,基于指数型快速终端滑模的良好特性,提出了一种新的滑模变结构控制.系统状态变量能以较快的收敛速度在有限时间内到达各级滑模面的邻域,并最终收敛到平衡点附近很小的区域.使用李亚普诺夫稳定性理论证明了系统的渐近稳定性,并推导出各级邻域和系统不确定环节的数学关系.Matlab仿真验证了系统的强鲁棒性.

基于滑模变结构控制的余热发电机机组励磁控制研究

水泥生产过程中会产生大量中低温余热,利用余热发电是水泥生产企业节能的重要手段。为维持余热发电系统的电能稳定,以单机无穷大电力系统为例,建立余热发电机组励磁系统数学模型,设计基于指数型终端滑模变结构控制理论的同步发电机励磁控制器。针对电力系统中三相短路和三相断路故障利用Matlab进行时域仿真,与采用快速终端滑模变结构控制的仿真结果进行对比分析,仿真结果表明该指数型终端滑模变结构励磁控制系统具有更好的适应性及稳定性。

广义系统的快速终端滑模控制

研究了一类广义系统的快速终端滑模控制问题。通过非奇异线性变换把广义系统变换成受限等价形式,利用Lyapunov函数的方法,提出了一种新的指数型快速终端滑模控制策略,给出了特殊的指数型终端滑模超曲面,设计了相应的终端滑模控制器,使得闭环系统渐进稳定,实现了滑模运动,保证了系统状态变量以较快的收敛速度在有限时间内到达平衡点。给出了数值算例,说明了设计的可行性和有效性。

基于全程滑模的有限时间滑模变结构控制

提出了一种适于多输入多输出(MIMO)非线性系统的全程滑模变结构控制。基于全程滑模控制,采用指数型快速终端滑模趋近律设计全程滑模控制器,并对控制率作平滑改进。方法消除了滑模控制的到达阶段,系统跟踪误差始终保持在滑模面上,并能在有限时间内趋近于原点的邻域内。一类三阶非线性系统仿真结果表明:该控制策略可行且有效。

并联有源滤波器终端滑模变结构控制策略研究

针对三相三线并联型有源电力滤波器谐波电流跟踪环节动态响应慢、鲁棒性差、跟踪精度不高的问题,提出了一种并联型有源电力滤波器指数型快速终端滑模变结构控制策略,解决了传统有源电力滤波器滑模控制器设计结构复杂及抖振问题。在分析数学模型的基础上,设计了指数型非线性滑动模态超曲面和控制率,证明滑模控制的可达性。该控制策略能够实现系统的全局渐近稳定性,并能使系统的状态变量在有限时间内快速收敛到平衡点,同时对系统的时变不确定部分也有较强的鲁棒性。仿真结果表明该控制策略动态响应速度更快,鲁棒性更强和控制精度更高。

提高APF谐波补偿能力的全局快速Terminal滑模控制

谐波补偿环节的谐波电流跟踪控制是衡量有源电力滤波器(APF)性能优劣的关键因素之一。针对常规滑模控制中,无论如何调整线性滑模面参数都无法使得跟踪误差在有限时间内收敛到零的问题,提出了电流环基于全局快速Terminal滑模的谐波电流跟踪控制策略。该方法在线性滑模面的基础上引入非线性函数,弥补了常规滑模控制只能实现状态渐进收敛的缺点,在提高滑模控制瞬态性能的同时,消除了切换项,从本质上削弱了抖振。在不改变谐波检测环节的条件下,对APF进行稳态和暂态性能测试,将文中提出的全局快速Terminal滑模控制与常规指数趋近律的滑模控制对比,验证了文中控制策略的正确性和有效性。

通信受限下基于终端滑模和指对数滑模方法的编队航天器姿态协同控制

针对星间通信时延和信号量化情形下编队航天器,研究对应的姿态协同控制器设计问题.首先,为节省编队航天器星间通信的带宽资源,提出基于信号量化的星间数据通信策略,并设计了一种终端滑模姿态协同控制器以保证航天器编队姿态同步系统的渐近稳定;其次,考虑到航天器间可能存在通信时延,考虑基于信号量化的通信策略,提出一种基于指对数滑模面的编队航天器协同控制器设计方法,能保证编队航天器在有限时间内达到期望姿态;最后基于包含4个航天器的编队系统,通过仿真验证了所提出的协同控制方法的有效性.

不确定性多变量系统的终端滑模控制律设计

本文在研究了多变量确定性指数型终端滑模控制的基础上给出了其不确定多变量系统的控制律特性。为克服不确定性给系统造成的抖动现象,参考模糊控制的优点,设计了模糊补偿控制以消除这种抖动。最后将所设计的控制律做了仿真应用,结果表明,本文所设计的控制器性能满足要求,控制效果较为满意。

非线性扰动估计器用于永磁同步电机抗干扰控制

针对永磁同步电机(PMSM)受到未知扰动影响电机正常运行的问题,提出一种基于非线性扰动估计器的变幂指数趋近率抗干扰滑模控制方法。通过采用滤波操作构造不变流形来设计非线性扰动估计器,对PMSM系统存在的未知动态进行估计;引入一种改进的变幂指数滑模趋近率以消除传统滑模控制的抖振问题,在此基础上将非线性扰动估计器嵌入到滑模控制器的设计中,消除未知动态对系统的影响。永磁同步电机实验平台验证结果表明,该控制方法具有更快的响应速度和更强的抗干扰能力,能够有效地改善PMSM系统的控制性能。

基于分布式发电的微电源本地非线性负载控制研究

微电网内微电源可能离负载极近,电源输出直接受非线性负载影响。常规逆变器带非线性负载采用PI控制时,系统控制精度不高,对系统参数摄动的鲁棒性不强,抗负载扰动能力有限。为了改善微电源逆变器控制系统的动态性能,降低逆变器控制设计硬件和软件成本,针对微电源逆变器带载非线性负载模型,提出利用现代控制理论中的滑模变结构控制策略,设计了基于滑模变结构的三相电压闭环微电源逆变器控制系统。进行了系统的仿真分析,结果表明,微电源能够输出较好的电压波形。