光电跟踪系统快速捕获时间最优滑模控制技术

针对光电跟踪系统目标的快速捕获过程,本文提出了时间最优滑模控制方法。该控制的滑模面函数为时间最优控制系统状态最优运动轨迹,保证系统状态变量沿着最优轨迹滑动;设计相应的指数趋紧率,使状态变量快速平稳趋近滑模面。以180°、90°、60°阶跃信号为捕获目标进行仿真与实验研究,实验结果为时间最优滑模控制调节时间比时间最优控制和滑模控制分别减小了约43.66%、59.67%,超调量为0,稳态波动量为0,稳态误差减小了约为44.94%和62.34%,与仿真结果相吻合。结果表明该方法调节时间短,超调小,稳态值平稳,稳态误差小,鲁棒性强等优点适合应用于光电跟踪系统目标快速捕获,具有重要的研究与应用价值。

某型导弹俯仰运动非线性最优滑模控制器设计

针对俯仰运动模型,提出利用非线性最优滑模控制来设计某型导弹的俯仰运动控制系统.该方法利用一个二次型函数为性能指标,通过θ-D方法求解HJB偏微分方程,获取了非线性最优滑模面,根据所得的滑模面设计了滑模控制,采用边界层法来减小抖振.对控制系统性能进行了数值仿真.结果表明,该控制方法具有较好的控制能力和较强的鲁棒性.

基于NDOB的PMSM调速系统最优滑模控制

针对永磁同步电机调速系统存在的不确定性干扰,传统的线性滑模存在控制增益较大,容易引起抖振现象的问题,提出了一种新颖的基于非线性扰动观测器(NDOB)最优滑模控制方法。利用控制Lyapunov函数(CLF)方法寻求标称系统的最优控制,优化调速系统的性能指标。由于其对系统中不确定性干扰比较敏感,设计了基于NDOB的滑模控制器,有效的抑制了不确定性干扰,提高了调速系统的鲁棒性,利用李雅普诺夫理论证明了系统的渐进稳定性。将基于NDOB滑模控制与最优控制结合,得到综合控制u,从而在减小系统抖振的同时,提高调速系统的动态性能和鲁棒性。仿真结果验证了该方法的有效性。

基于线性二次型最优滑模控制的永磁同步电机矢量控制系统

针对永磁同步电机(PMSM)矢量调速系统易受内部参数变化及外界干扰等问题,将线性二次型最优控制(LQ)理论与积分滑模控制(SMC)相结合,提出一种PMSM矢量控制系统的线性二次型最优滑模控制器(LQSMC)的设计方法。首先建立永磁同步电机在矢量控制下的数学模型以求得标称系统的最优控制律,然后构造最优滑模面和最优滑模控制律,使得理想滑动运动满足二次型性能指标的最优值,并且对于满足一定条件的外界扰动具有完全的鲁棒性。通过仿真,将最优滑模控制与最优控制进行对比,结果表明,当扰动加入时,最优滑模控制具有更好的抗干扰能力。

一类串级非线性系统的最优滑模控制器设计(英文)

对一类串级不确定非线性系统提出了一种基于SDRE控制的最优滑模控制方法.该方法采用2环控制结构,外环控制器的设计采用基于依赖状态的Riccati方程最优控制器,用以产生最优滑模面;内环控制器的设计采用滑动模控制以减小控制系统对参数变化、模型误差、外部干扰的敏感.设计的最优滑模控制器能使一类串级不确定系统具有鲁棒稳定性.同时,提出了2种求解依赖于状态的Riccati方程的方法.最后,通过仿真实例验证了该控制方法的有效性.

Buck变换器的全局最优滑模控制器设计

普通滑模变结构控制系统具有系统到达滑模面之前鲁棒性差的特点,若采用全局滑模控制则能克服这一缺点。针对Buck变换器输入电压纹波干扰问题设计了一种全局最优滑模面,消除了滑模控制的趋近阶段,能够保证系统从初始时刻到终止时刻对参数摄动和干扰具有鲁棒不变性,仿真结果验证了所用方法的有效性。

经编机梳栉电子横移伺服的最优滑模控制

为解决经编电子横移系统易受外部机械振动等因素干扰的问题,根据经编机横移控制原理,通过对电气传动机构与机械传动结构进行建模,依据二者之间的输入输出关系构建经编电子横移系统的空间数学模型。再根据线性最优控理论下的性能指标为基础,结合滑模控制理论,设计出经编电子横移系统最优滑模控制方法。通过MatLab仿真结果表明:当外界不存在干扰时,最优滑模控制具有良好的动静态性能;当伺服系统外界存在干扰时,最优滑模控制能在有限的时间内克服干扰影响。通过对比参考模型,在单位阶跃响应的仿真中进一步验证了最优滑模控制具有良好的准确性及稳定性。

基于MPC的永磁同步电机最优滑模控制

为了解决永磁同步电机PMSM(Permanent magnet synchronous motor)控制过程中存在的扰动不确定性,常规变结构控制的调节增益较大,存在抖振现象的问题,研究一种基于模型预测控制MPC(Model predictive control)的PMSM最优滑模速度控制策略。以模型预测控制作为电流内环,结合最优控制与滑模控制各自的优势,设计最优滑模速度控制器,有效抑制了超调,提高了系统的启动性能。设计扰动观测器并对系统进行前馈补偿,有效地抑制了不确定性扰动,提高了调速系统的抗扰性能。利用李雅普诺夫理论证明了控制系统的稳定性。仿真结果验证了系统具有良好动态性能和鲁棒性。

空间非合作目标近程自主跟踪的全局鲁棒最优滑模控制研究

对空间非合作目标的近程自主跟踪过程中目标可能会由于不确定原因出现轨道变动时的近程自主跟踪控制问题进行了研究,提出了一种全局鲁棒最优滑模控制器方法。针对空间非合作目标自主跟踪问题的标称系统,由基于无限时域的二次型性能指标的最优控制理论,获得最优调节器,再构造一个积分滑模面,使系统开始即在滑模面上,消除了传统滑动模态中的趋近模态,并使控制系统滑动模态与对应标称系统的最优动态有相同的形式,则滑动模态亦是渐近稳定的,且具有完全的鲁棒性;为保证滑动模态的存在,设计了滑模变结构控制器。该方法吸取了最优控制和滑模控制的优点,可在优化燃耗的同时满足全局鲁棒稳定性。仿真分析结果表明:用该法可实现对空间非合作目标轨道变动时的自主稳定跟踪,保证跟踪的精度。

车辆半主动悬架全息最优滑模控制器设计方法

为使半主动悬架在名义工况下获得尽可能优的使用性能,保证在变参数/行驶工况下具有良好的鲁棒性,提出一种车辆半主动悬架全息最优滑模控制器设计方法。基于车辆模型分析了现有最优滑模控制器不能使半主动悬架在名义工况下获得较优性能与在变参数/行驶工况下鲁棒性较差的原因。通过对半主动悬架控制系统状态方程进行扩展,构建了不丢失任何系统结构与期望性能信息的滑模流形函数,据此设计了半主动悬架全息最优滑模控制器。通过变参数多工况数值仿真对比了采用现有最优滑模控制器的半主动悬架、采用全息滑模控制器的半主动悬架与被动悬架的性能。分析结果表明:在名义工况下,采用全息最优滑模控制器的半主动悬架的综合性能较采用现有最优滑模控制器的半主动悬架与被动悬架的综合性能分别提高了88.30%、38.33%;在变参数工况下,采用全息最优滑模控制器的半主动悬架、采用现有最优滑模控制器的半主动悬架和被动悬架的综合性能指标的最大波动分别是26.22%、74.42%、46.39%;在变行驶工况下,采用全息最优滑模控制器的半主动悬架、采用现有最优滑模控制器的半主动悬架和被动悬架的综合性能指标的最大波动分别是78.55%、106.22%、115.06%。可见,相比于被动悬架与采用现有最优滑模控制器的半主动悬架,采用全息最优滑模控制器的半主动悬架可获得更好的名义工况使用性能与变工况鲁棒性。

六自由度气浮仿真平台位姿最优滑模控制方法

针对国家探月三期绕月轨道飞行器对接与样品转移系统地面性能试验台的要求,设计了六自由度气浮仿真平台系统,提出一种基于最优滑模控制策略的气浮台位姿控制方法.该方法将滑模变结构控制与最优控制理论相结合,通过引入积分补偿项使最优调节器鲁棒化,消除了滑模控制的趋近模态,解决了气浮台位姿控制系统的大负载惯量比和不确定性因素等问题对控制精度的影响.实验分析结果表明系统的控制精度满足任务要求,从而验证了该方案的正确性和可行性.

基于时滞补偿器的航空发动机最优滑模预测控制

针对航空发动机控制系统中存在的时滞(即延迟)问题,提出了基于时滞补偿器的滑模最优预测控制。定义特殊线性变换,将原发动机中含状态量和控制量时滞环节的控制系统化为无时滞系统;在新的坐标系下采用时滞补偿器以最小修正误差建立最优二次型指标,求出最优的滑模预测控制量并进行亍系统仿真。结果表明:该方法能够很好地补偿航空发动机控制系统中时滞环节带来的影响,对系统进行提前控制,系统响应速度较快,整体效果达到预想目标。

舵机加载系统的最优滑模变结构控制

研究了舵机加载系统的变结构控制问题。针对系统中存在的未建模部分、参数时变等不确定因素,在前馈控制补偿舵机运动扰动的基础上,引入伺服系统中广泛应用的积分策略增广系统,利用带期望衰减度的二次最优化方法产生滑模面,采用具有良好动态品质的趋近律,构造系统的最优滑模变结构控制。仿真表明,复合控制下系统具有良好的动态和稳态性能,对干扰具有较强的鲁棒性。

电动轮轮内主动减振器的非线性最优滑模模糊控制

轮毂电机与车轮刚性连接会增加电动车辆的非簧载质量,影响车辆平顺性。为克服电动轮垂向振动负面影响,提出一种电动轮轮内主动减振器的非线性最优滑模模糊控制方法。建立了考虑悬架广义非线性特性的1/4车辆动力学模型,通过对非线性系统的线性化、构建最优滑模模糊调节器和逆线性化这3步实现轮内主动减振控制,并进行了对比仿真验证。结果表明:非线性最优滑模模糊控制的电动轮轮内主动减振器可有效减弱轮毂电机垂直振动负面效应,确保电动车辆具有更好的综合平顺性能。

BTT导弹非线性自动驾驶仪最优滑模设计

针对BTT导弹的飞行控制问题,提出了一种基于θ-D方法的最优滑模非线性自动驾驶仪设计方法。把导弹动态模型转化成一个级联的二回路系统结构,外环控制器的设计是基于θ-D近似方法的最优控制方法,内环控制器设计采用的是滑模控制方法,内环控制器所跟随的滑模面方程由外环最优控制得出。对所设计的非线性控制器进行了仿真分析,结果表明基于θ-D方法的最优滑模自动驾驶仪在非线性导弹飞行控制中具有较高的控制精度和很好的鲁棒性。

基于全局鲁棒滑模PMSM自适应模糊控制

为研究永磁同步电机(PMSM)在无速度传感器工况下的速度跟踪估计,以PMSM的工作原理为基础,建立了内埋式PMSM的数学模型。基于全局鲁棒最优滑模(GRO-SMC)鲁棒性强的优点,提出了基于全局鲁棒控制器的采用旋转高频电压注入法对电机转速进行估计的无速度传感器控制方案,并分析了电机在高、低速工况下的运行特点。实验结果表明,基于全局鲁棒最优滑模设计的PMSM无速度传感器鲁棒控制系统可获得较高的电角度估计精度。

汽车电子节气门节能优化控制方法

为解决存在建模误差以及外部扰动状态下电子节气门的优化控制问题,提出了一种基于线性二次型的最优滑模控制方法。首先,根据电子节气门工作原理建立其非线性数学模型,并推导出误差状态方程。而后,以输出误差和输入控制量为性能指标,根据模型线性部分设计了优化控制器。进而,对模型非线性部分进行了分析,基于滑模控制理论设计了补偿控制器。最后,基于Matlab/Simulink平台进行对比数值仿真。仿真结果表明,所提控制方法能够有效克服外部干扰以及模型参数带来的不确定性,实现电子节气门实际开度对目标开度的精确跟踪,且控制器输出以及跟踪误差较传统控制方法均有一定程度的改善。

一种单连杆机械臂柔性关节的滑模变结构控制

研究一种带柔性关节的单连杆机械臂的跟踪控制问题,其中体现关节柔性的是连接单连杆机械臂和驱动电机的两个仿腱线弹簧。利用Lagrange方程导出跟踪控制问题的数学模型,引进滑模变结构控制技术,给出Hurwitz多项式的确定以及滑模控制器的设计方法,并讨论Hurwitz多项式的根对控制效果的影响。将滑模控制器的表示式代入跟踪控制问题的数学模型中,得到状态变量的非线性微分方程组,利用Matlab进行仿真,得到了理想的控制输出效果。

中压直流换流站最优电流控制算法研究

在中压直流换流站双闭环控制的电流内环层面,适当的控制策略有助于换流站在电压调节和紧急功率支援等方面发挥作用。以换流站数学模型为基础,首先回顾了传统PI电流控制方式的特点。然后基于极小值原理推导了最优电流控制条件。进一步,分析了将这些条件直接用于实时控制时所遇到的困难并给出了解决方案,由此得到了满足实时运算要求的滑模最优电流控制算法,该算法可以提升电流控制的响应速率及系统的动态稳定性。最后将该算法与传统电流控制算法进行了动态模型对比仿真,得到了预期的结果。

一种基于相对滑移率的电动汽车电子差速控制方法研究

针对轮毂式电动汽车在转弯时存在驱动轮相对滑移率受外界干扰大的问题,提出一种基于相对滑移率的电动汽车电子差速控制方法,设计了基于最优控制和滑模控制的线性二次型最优滑模控制器。采用前轮转向后轮驱动的轮毂式电动汽车作为研究对象,针对其电动汽车电子差速控制系统的操纵稳定性特点,构建包含电动电动汽车纵向、侧向和横向运动的三自由度整车仿真模型,经过线性模型化将电动汽车的驱动相对滑移率作为反馈控制量,通过控制汽车的转矩协调百分比来控制驱动轮的输出转矩,从而控制了驱动轮的相对滑移率。仿真结果表明,该控制方法实现了车辆在转弯过程中驱动轮的相对滑移率最小,且提高了电子差速系统的抗干扰能力,有效地增强了系统的鲁棒稳定性,提高了车辆的行驶安全性。