含死区输入电液系统的模型参考滑模控制

针对含死区输入非线性电液速度伺服系统的跟踪控制问题,结合模型参考与滑模变结构控制理论,提出一种自适应模型参考滑模控制方案。用模型参考方法来保证系统的稳态品质,用滑模控制方法来改变系统的动态品质,利用对称型Sigmoid连续函数以平滑不连续控制。仿真结果显示,该方案可以减小跟踪误差、增强系统的鲁棒性和削弱控制信号中的高频抖振。

基于模型参考滑模控制的柴油机气路控制研究

为了提高柴油机低温燃烧(LTC)模式下的综合性能,使用GT-Power软件建立了某柴油机的复杂气路系统仿真模型,并且基于该模型采用模型参考滑模控制算法设计了控制器,采用GT-Power和MATLAB/Simulink软件耦合仿真验证该控制器的效果,并与独立PI控制器进行对比。结果表明,该算法可以实现对进气阀关闭时刻(IVC)进气压力和氧气质量分数的主动控制,在瞬态工况下具有较高的控制精度,并且具有建模简单和鲁棒性强的优点。

考虑伺服阀零偏补偿的电液振动台随机振动模型参考滑模控制策略

电液振动台随机振动控制方法是大型结构振动环境模拟的关键技术。基于线性模型设计的经典三状态控制策略难以补偿非匹配干扰力对随机振动系统控制精度的影响。滑模控制方法能够在一定程度上抑制干扰力的影响,但现有控制器设计过程中忽略了伺服阀的零偏,难以应用于加速度随机振动控制系统中。针对上述问题,建立单轴电液振动台非线性状态空间模型,基于反步法和Lyapunov第二法,分别设计针对非匹配干扰力和伺服阀零偏的控制律,利用参考模型生成期望信号及其各阶导数,构建模型参考滑模控制器,实现干扰力抑制和伺服阀零偏补偿。将模型参考滑模控制器与三状态顺馈控制器相结合,实现振动台系统的加速度随机振动控制。位置阶跃响应及加速度随机振动仿真分析和实验研究表明,模型参考滑模控制器能够明显改善电液振动台的瞬态性能指标,提高加速度随机波参考信号的跟踪精度。

车辆磁流变半主动悬架滑模控制试验研究

滑模控制性能优良,鲁棒性高,适合于半主动悬架控制,但需要测量的状态量多。本文设计了一个易于实现的模型参考滑模变结构控制器,此控制器不用实时测量路面高度信号,只需要两个加速度传感器。基于NI/PXI工控机和LabVIEW Real Time Module开发了实时控制系统,在模拟悬架机械装置上对所设计的控制器进行了试验研究。结果表明,与被动悬架相比,此滑模控制器能有效提高行驶的平顺性,显示了良好的控制效果,可用于实际商业应用开发。

滑模控制PMSM无速度传感器矢量控制系统

为了实现永磁同步电机(PMSM)无速度传感器控制,提出了一种基于MARS的速度辨识方案。将PMSM的电流模型作为参考模型,估算的定子磁链模型作为可调模型,设计了自适应律来对转速进行辨识。同时,提出一种在同步旋转坐标系下的滑模变结构速度调节策略,以取代传统的PI调节器,因此对参数摄动和不确定因素有很强的鲁棒性。仿真和实验结果表明,所提出的速度调节策略和辨识方案使矢量控制系统具有较强的鲁棒性和较好的动、静态性能。

一种有马达故障六旋翼无人机的滑模控制

将控制分配与参考模型滑模控制相结合提出一种容错控制方法。无人机在空中出现动力系统失效情况时(如电机卡死等),传统容错控制方法需要牺牲某一自由度达到一定控制效果,针对这一情况,提出优化的容错控制方法即不牺牲自由度的容错控制。以具有特殊旋翼结构的六旋翼无人机作为实验平台,根据其飞行原理及动力学模型来设计控制器,并结合控制分配理论,实现所有自由度均可控的容错控制。最后,通过实际飞行实验来验证所设计的控制器的有效性。

四旋翼飞行器姿态控制系统设计

为解决微小型飞行器姿态控制系统成本高、控制性能不稳定等缺点,以自主研发的四旋翼飞行器为研究对象,提出采用廉价的角速率陀螺仪和加速度计,并结合姿态角模型,利用卡尔曼滤波器推测姿态角信息。考虑飞行器的建模误差以及飞行过程中存的外部干扰,为提高控制系统的鲁棒性,采用模型参考滑模控制理论(Model Reference Sliding Mode Control,MRSMC)设计姿态控制器。实验结果表明所设计的姿态控制系统具有良好的跟踪与鲁棒性能。

四旋翼无人机速度控制系统设计

为实现四旋翼无人机的自主飞行控制,以自主研发的四旋翼无人机为研究对象,设计了速度控制系统;该速度控制系统采用加速度计、角速率陀螺仪和GPS测量数据,并设计卡尔曼滤波器来抑制传感器噪声,同时估计无法测得的状态变量;为了减小无人机的建模误差并提高控制系统鲁棒性,采用了模型参考滑模控制理论设计速度控制器;实验结果表明,该速度控制系统具有良好的跟踪和稳定性能。

旋翼无人机的偏航控制系统设计

为有效地控制多旋翼无人机的偏航飞行,设计了模型参考滑模控制器(MRSMC)。考虑到磁罗盘数据受铁磁物质干扰,提出了基于最小二乘法椭圆拟合的静态校准;考虑到电机转动后,磁罗盘数据变化较大,提出了基于三次曲线拟合的动态校准。实验表明,提出的方法有效地消弱了铁磁物质和电机产生的磁场对磁罗盘数据的影响,从而显著提高了AHRS(航姿参考系统)偏航角的解算精度,便于实现多旋翼无人机的偏航控制。

乘用车主动前轮转向系统的控制研究

在电动助力转向系统的基础上设计了一种全新的主动前轮转向系统,不仅可以实现转向系统的变传动比,而且还可以弥补转向干预时方向盘力矩的突变。建立了整车动力学模型以及转向盘反力矩模型,设计了模型参考变结构滑模控制器以及转向干预时的力矩补偿控制策略。仿真结果表明,基于主动前轮转向的模型参考变结构滑模控制器能够较好地实现实际车辆对理想车辆的跟踪,可以有效地避免行车过程中人为因素造成的不必要的事故;此外基于电动助力转向系统的力矩补偿控制能较好地改善转向盘反力矩突变导致的驾驶员不适应。

非线性二自由度主动悬架滑模控制方法的研究

以非线性二自由度主动悬架模型为研究对象,分析与验证了基于参考天棚模型的滑模控制算法在非线性悬架控制中的有效性。根据参考天棚模型和非线性二自由度模型中簧载质量位移和速度相等,利用滑模控制方法,给出了非线性二自由度主动悬架的控制力的计算方法。试验测试了有无控制时非线性二自由度主动悬架系统中簧载质量的加速度,验证了主动悬架的控制力的计算方法的有效性。给出了参考天棚模型中天棚阻尼系数的选择方法,研究了控制参数对非线性二自由度主动悬架控制效果的影响。基于非线性二自由度主动悬架模型,计算分析了滑模控制和线性二次型最优(Linear quadratic regulator,LQR)控制的主动悬架性能指标。结果表明:对于非线性二自由度悬架系统,基于参考天棚滑模控制的主动悬架系统可以获得更优的性能指标。