六阶电力系统混沌振荡的有限时间滑模控制

电力系统作为一个典型的复杂动态系统,在实际运行过程中,特定的参数及初始值可能会使其产生混沌振荡,甚至导致整个电力系统崩溃。为了抑制电力系统的混沌,该研究为六阶电力系统设计混沌控制器。首先,利用时间序列图和相图对复杂的六阶电力系统的基本动力学行为进行了分析,证明其存在混沌行为;然后,基于电力系统混沌振荡由能量过剩引起的思路,引入储能装置的动态模型,吸收受控系统过剩的有功功率,并提出了一种稳定的有限时间滑模控制方法来抑制系统的混沌振荡;最后,数值仿真验证了所设计控制器的有效性。

基于双模态有限时间滑模的永磁同步电机抗扰动控制

目的解决包装机工作过程中,因永磁同步电机的动态响应慢和抗扰动能力弱导致包装机精度不高的问题。方法设计一种双模态有限时间滑模控制器,实现系统有限时间收敛。将双模态函数引入趋近律增益,不仅能实现“大误差大增益,小误差小增益”,而且趋近律增益切换为小增益的时间可调,从而使电机获得更快的响应速度和更小的抖振。同时,设计有限时间扰动观测器对扰动进行观测,并进行前馈补偿,以此来提高系统的抗扰性能。结果实验结果表明,文中方法相较于另外2种对照方法,可以使电机的动态响应分别提升27%、37%,控制性能分别提升40%、70%,相较于超螺旋扰动观测器,可以使电机的抗扰性能提升58%。结论所提控制策略可以明显提高系统的动态响应、控制性能、抗扰性能,使得永磁同步电机更符合包装机的要求。

基于自适应扰动补偿的有限时间滑模负荷频率控制

为解决可再生能源输出功率波动性导致的电力系统频率不稳定问题,提出了一种基于自适应扰动补偿的有限时间滑模负荷频率控制(LFC)策略,使得电力系统面对未知扰动时可以在有限时间内实现频率的快速稳定。首先,针对可再生能源输出功率和负荷不确定导致的扰动上界未知问题,引入了一种自适应滑模扰动观测器,在不需要扰动上界信息的情况下获得扰动估计值,并直接在输入通道实现扰动补偿;然后,将自适应滑模扰动观测器与非奇异终端滑模控制(TSMC)相结合,利用终端滑模的有限时间收敛特性实现频率快速稳定。仿真分析发现,所提出的控制策略在面对风光输出功率波动和系统负荷扰动的情况下能快速维持频率稳定,提高了系统调频性能。

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。

爬壁机器人固定/有限时间滑模轨迹跟踪控制研究

针对轮式爬壁机器人轨迹跟踪精度问题,本文提出一种利用固定/有限滑模变结构算法构建的双闭环轨迹跟踪控制系统。双闭环分别采用外环位置控制器输出期望线速度和内环姿态控制器输出期望角速度,根据爬壁机器人运动学方程和运动学误差方程分别设计了固定时间滑模和有限时间滑模控制来实现爬壁机器人跟踪轨迹,完成了直线、正弦、圆轨迹跟踪仿真测试。仿真结果表明固定/有限滑模在跟踪精度、收敛速度和收敛时间上优于普通滑模控制,提高了爬壁机器人的跟踪性能。

航天器避障交会有限时间滑模控制

针对航天器安全交会过程中的避障问题,提出一种基于有限时间滑模变结构控制与人工势函数相结合的控制方法。首先,对斥力势进行修正使得势函数在期望状态的值为零。其次,基于速度偏差和引力梯度设计滑模面,并考虑障碍物的速度设计控制律。利用Lyapunov稳定性定理分析证明在存在外部干扰情况下,系统能够在有限时间内收敛到期望状态并保持渐近稳定。最后,利用数值仿真来验证所设计的控制律的正确性和有效性。仿真结果表明,该方法能够有效实现规避动态障碍物,满足安全交会的要求。

共轴倾转旋翼无人机有限时间滑模姿态控制

针对受外界干扰的共轴倾转旋翼无人机姿态控制问题,设计了一种有限时间滑模控制器(FTSMC),以提高姿态控制的跟踪能力和在不确定干扰下的鲁棒性。采用牛顿-欧拉法建立了无人机姿态动力学模型,调整动力分配以克服无人机控制通道的过驱动。应用李雅普诺夫理论验证了有限时间滑模控制器的稳定性。最后,在Matlab/SimMechanics平台中进行仿真测试,以验证本文所设计控制器的性能。

一种球形滚动机器人纵向运动的控制策略研究

针对一种球形滚动机器人纵向运动的位置控制问题,提出一种基于有限时间滑模干扰观测器和双幂次组合函数趋近律的解耦滑模控制策略。所提出的控制策略不仅可以保证球形机器人的滚动性能,并且能够保持解耦滑模控制律的连续性。设计有限时间滑模干扰观测器对复合不确定性进行在线估计,并在此基础上得出机器人系统平衡摆角的估计。基于所得平衡摆角的估计,分别定义系统的各级滑模变量。借助所设计的有限时间滑模干扰观测器,基于第二级滑模变量和双幂次组合函数趋近律构造解耦滑模控制律。从理论上证明了所提出的控制策略能够确保各级滑模变量收敛至0,仿真实验结果验证了所提出的控制策略的控制性能和鲁棒性。

四翼混沌系统分析和同步控制

针对一个新的结构简单的四翼混沌系统,对其混沌特性、可实现性,以及带有扰动的同步控制问题进行了研究。通过分析系统的相轨迹图、功率谱、分岔图、李雅普诺夫指数谱、庞加莱截面图验证了新系统的混沌特性。参数变化时,新系统的混沌特性更为丰富。通过设计新系统的电子电路并于Multisim软件中进行模拟,证实了系统的可实现性。针对带有外部扰动的混沌系统之间的同步问题,采用滑模控制的方法设计了滑模控制器,实现了系统有限时间内同步。

Adaptive terminal sliding mode control for high-order nonlinear dynamic systems

An adaptive terminal sliding mode control (SMC) technique is proposed to deal with the tracking problem for a class of high-order nonlinear dynamic systems. It is shown that a function augmented sliding hyperplane can be used to develop a new terminal sliding mode for high-order nonlinear systems. A terminal SMC controller based on Lyapunov theory is designed to force the state variables of the closed-loop system to reach and remain on the terminal sliding mode, so that the output tracking error then converges to zero in finite time which can be set arbitrarily. An adaptive mechanism is introduced to estimate the unknown parameters of the upper bounds of system uncertainties. The estimates are then used as controller parameters so that the effects of uncertain dynamics can be eliminated. It is also shown that the stability of the closed-loop system can be guaranteed with the proposed control strategy. The simulation of a numerical example is provided to show the effectiveness of the new method.

仅使用距离量测的多无人机协同环绕未知目标

针对全球定位系统(GPS)拒止环境下多架无人机(UAV)对未知目标的协同环绕导航控制问题,提出了一种仅使用距离量测的分布式控制器。与现有的多数算法不同,该控制器不需要无人机及目标的位置信息。首先假设实际距离和距离变化率可用的情况下,设计了一种制导控制器驱动单架无人机环绕目标运动。其次利用二阶滑模观测器在有限时间内完成距离变化率的估计来代替实际距离变化率。观测器的设计使用实际距离量测信息,使得无人机仅利用距离量测即可完成环绕任务。然后在距离环绕控制器的基础上,利用有限时间观测器和距离量测信息完成相对位置估计,进而设计速度协调算法来实现多架无人机对目标的均匀环绕。最后,通过数字仿真和半实物(HIL)仿真验证了方法的有效性。

基于加性分解的复合控制在稳定平台中的应用

针对高精度光电伺服稳定平台系统中摩擦和非线性干扰对跟踪精度的影响问题,采用加性分解原理将稳定平台系统分解为主系统和辅系统.主系统负责视轴的跟踪,对名义模型设计基于加速度控制的比例—微分(PD)控制器.辅系统负责视轴的稳定,并设计了非线性扩张状态观测器(nonlinear extended state observer,NESO),对等效干扰进行有效的估计和补偿;结合有限时间收敛理论和滑模控制理论设计滑模补偿器,进一步补偿未知干扰.利用李亚普诺夫理论证明系统的稳定性.Matlab仿真结果验证了本方法的有效性.