电子节气门模糊自适应调节滑模控制及仿真

电子节气门控制系统具有强非线性时变特性,需采用非线性控制方法进行控制,其中滑模控制应用比较普遍,但系统在切换状态时容易出现抖振现象,不利于系统的精确控制。为改善性能,采用模糊自适应调节滑模控制方法,用模糊逻辑系统来代替传统滑模控制中的指数趋近率系数,从而达到消除滑模控制抖振现象。根据系统数学模型设计了模糊自适应调节滑模控制器,通过在Matlab中进行仿真。仿真结果表明:模糊自适应调节滑模控制能有效解决系统存在的非线性问题,消除滑模控制中出现的抖振,满足系统精确控制的要求。

基于模糊滑模控制器的机械臂自适应控制研究

为提高机械臂自适应控制精度,研究了基于模糊滑模控制器的机械臂自适应控制方法。通过设计干扰观测器,可以估计机械臂动力学模型内的外界干扰值;依据外界干扰值,对机械臂进行前馈补偿控制;以前馈补偿控制力矩为基础,设计模糊滑模控制器,完成机械臂自适应控制。实验结果表明,该方法可有效自适应控制机械臂,令机械臂各关节运行轨迹精准跟踪指定轨迹,且控制后的运行轨迹平滑,无抖动现象,即该方法可提升机械臂自适应控制精度与抗干扰性。

基于反步法的电磁气量调节执行机构自适应积分滑模控制

往复压缩机电磁气量调节执行机构是一种利用电磁驱动力控制进气阀启闭的装置。传统的脉冲电压控制方法存在高频快速响应与低落座速度的矛盾,以及抗扰动性能差等问题,为此,提出了一种基于反步法的自适应积分滑模控制。首先,针对电磁气量调节执行机构建立了考虑扰动的非线性模型;其次,利用反步法设计思想将高阶的电磁气量调节执行机构系统分解成了两个互相串联的低阶子系统,并在此基础上,结合滑模控制、自适应控制和积分控制的特点设计了一种复合型控制方法;最后,采用AMESim-Simulink联合仿真平台,对该控制方法与传统PID控制、滑模控制进行了不同角度的仿真分析对比。研究结果表明:在该控制方法下,电磁气量调节执行机构在的顶出和撤回过程中的最大跟踪误差平均值分别为9.6%和10.8%,平均落座速度分别为0.32 mm/s和0.98 mm/s,扰动造成的最大位移偏移量为1.3%。该控制方法能够保证跟踪误差快速收敛,提高位移跟踪精度,降低电磁气量调节执行机构的落座冲击,并对外部扰动具有强鲁棒性。

基于模糊增益调节的机器人滑模自适应控制

在机器人跟踪精度控制的优化中,由于典型的非线性系统采用滑模变结构控制时普遍存在抖振问题,造成跟踪精度较差。通过在一般的滑模控制系统中引入自适应模糊系统,设计模糊规则,并根据滑模到达条件对切换增益进行有效估计,使系统滑模控制中的切换增益可自适应逼近,利用切换增益消除干扰项,从而消除抖振。以二自由度机器人系统为研究对象进行仿真结果分析,表明系统在存在一定程度模型误差和外部干扰的情况下,仍可以较高准确度快速跟踪输入信号,并能消除滑模控制的抖动影响,验证了控制策略的有效性。

汽车半主动座椅悬架自适应模糊神经滑模控制

针对含有人体模型的5自由度座椅悬架系统,设计一种基于自适应模糊神经网络(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System,ANFIS)的滑模控制器(ANFIS-SMC)。首先,设计一种时变滑模面,通过调整其斜率使系统状态点快速到达滑模面,从而提升系统控制速度;其次,通过ANFIS对切换增益在线调节,用切换项消除干扰,实现控制器在复杂多源干扰下精确控制;最后,仿真验证采用双曲正切函数代替切换项中的符号函数,使得输出更连续,有效降低抖振。仿真结果表明:该控制器能有效提高系统的跟踪性能和响应速度,对不确定性干扰具有较好的鲁棒性,带有该控制器的座椅悬架乘坐舒适性明显改善。

磁悬浮球自适应模糊滑模控制

磁悬浮球系统是典型的具有非线性特征的开环不稳定系统,为提高磁悬浮球(Magnetic Levitation Ball,MLB)系统的悬浮性能,设计直接自适应模糊滑模控制器。构造新型的积分型滑模面保证状态变量能够在有限时间内收敛到零点;为了消除趋近率函数的不连续产生的抖振问题,设计特定的自适应律,采用自适应模糊控制对切换项进行估计。仿真结果表明,自适应模糊控制能够有效的估计切换项,从而大大削弱了滑模的抖振,证明了控制策略的有效性。

基于模糊滑模控制的液压自适应支座控制策略研究

重载列车通过波浪干扰下的高架浮桥时,桥梁在竖向和横向会产生振动,列车存在偏载时,还会导致桥梁两侧产生位移差。针对以上问题,建立液压系统非线性模型,结合模糊滑模控制、交叉耦合同步控制和三状态反馈控制方法,通过液压自适应支座对波浪干扰和桥梁振动进行主动控制。利用ADAMS和MATLAB/Simulink进行联合仿真,结果表明:液压自适应支座能有效控制桥梁振动和两侧位移同步误差,对波浪升降能实时补偿,提高了列车通行时的安全性。

光储系统参与微电网频率调节的模糊自适应滑模控制

随着微电网中光伏(photovoltaic, PV)渗透率的不断提高,系统调频能力不足问题愈发严重,传统仅依赖储能的调频方案具有较高的投资维护成本。为了提高微电网系统频率稳定性并降低对储能的依赖,亟需研究光伏发电系统与储能系统的联合调频策略。因此,提出了光伏系统模糊自适应滑模控制策略及储能系统模糊自适应控制策略,从而实现光储系统协同参与微电网的频率调节。针对光伏模糊自适应滑模控制策略,首先根据光伏功率-电压特性曲线设计滑模面函数,然后设计自适应滑模面补偿量,从而为微电网系统频率的上下调节提供自适应功率储备。针对储能系统模糊自适应控制策略,首先设计了功率控制环和电流控制环,然后设计了自适应充放电功率控制策略,从而根据系统频率偏差自适应协同参与微电网频率的调节。设计的控制策略具有不需要最大功率估计器、辐照度传感器、通信设备及详细的光伏模型等优点。基于IEEE 13节点微电网仿真结果表明,高光伏渗透下,所提控制策略在负荷或辐照度波动时,引起的最大频率偏差比传统下垂控制低2.84%~23.24%,比无储能控制低6.14%~11.99%,比最大功率点控制策略低21.42%~58.14%。研究结果可为高新能源渗透率新型电力系统频率调节提供参考。

基于模糊PID的汽包炉压力调节阀自适应控制方法

常规的汽包炉压力调节阀控制机制多以局域控制为主,控制的重叠率较高,进而导致定位控制静态误差不断增加。对此,提出基于模糊PID的汽包炉压力调节阀自适应控制方法设计研究。根据当前控制需求,先进行基础阀位标定,采用多层级的形式,把控控制重叠率,制定多层级PID控制机制。然后以此为基础,建立汽包炉压力调节阀自适应模糊PID控制模型,采用动态化修正的方式来实现控制处理。

基于模糊滑模速度调节器的船舶推进电机矢量控制系统研究

基于传统PI速度调节器的船舶推进电机矢量控制系统广泛应用于推进电机的转速调节,但是在推进负载受到外部扰动时,系统的动态响应速度和稳定性仍然不够理想。本文提出一种基于模糊滑模速度调节器的新型船舶推进电机矢量控制系统,并在Matlab/Simulink中建立了模糊滑模速度调节器以及整个矢量控制系统的仿真模型。仿真结果表明,和基于传统PI速度调节器的船舶推进电机矢量控制系统相比,采用该控制系统的异步电机在电机转速调节时拥有更快的响应速度和更小的超调量,并且对负载的转矩波动具有较强的鲁棒性。

基于滑模负载扰动观测器的USV永磁同步推进电机模糊自适应控制

为增强无人水面艇(USV)永磁同步推进电机控制系统的抗负载扰动能力,提出了一种基于模糊自适应控制和负载转矩补偿相结合的非线性转速控制策略。该策略以电机转速和q轴电流为观测对象设计滑模负载转矩观测器,将实时辨识的负载转矩观测值引入电流环中形成对参考转矩的前馈补偿,抑制未知负载扰动对控制性能的影响;同时利用模糊自适应控制不需对被控对象建立精确数学模型的优点,将其引入速度环中以提高USV推进系统的鲁棒性。通过MATLAB/Simulink仿真分析,验证了基于滑模负载扰动观测器的USV永磁同步推进电机模糊自适应控制系统方案的正确性和有效性。

挖掘机的4自由度自适应模糊滑模控制

为实现挖掘机回转和工作装置的轨迹跟踪控制,建立挖掘机回转和工作装置的4自由度运动学和拉格朗日动力学方程。挖掘机工作装置具有明显的非线性和不确定性特征,并存在外部干扰,所以将滑模变结构理论用于其控制系统。针对滑模控制的抖振可能激活高频动态和破坏控制器部件的缺点,设计自适应模糊滑模控制器。控制规则包括3部分:等效控制、调整控制和切换控制。利用自适应模糊系统输出动态调节切换增益以逼近系统不确定性的上界,将滑模控制的切换项转化为连续的模糊输出,削弱了滑模控制的抖振现象,并且有较强的自适应跟踪能力。针对一个完整的挖掘卸料过程,将所设计的控制器用于仿真试验,给出自适应模糊滑模控制的跟踪性能及控制输入的效果。

基于逆系统方法的并网逆变器自适应模糊滑模控制研究

风电系统三相PWM并网逆变器控制的主要目标是控制输出电流并保证直流侧电容电压的恒定。针对现有的三相PWM并网逆变器系统具有多变量、非线性、强耦合等特点,采用开关函数法建立其开关周期平均模型,在并网逆变器数学模型的基础上,使用非线性逆系统方法,推导出并网逆变器的逆系统模型,构造出伪线性系统,实现了反馈线性化和解耦。对伪线性系统设计滑模控制器,考虑实际中存在建模误差,利用自适应模糊方法进行调整,解决了建模误差未知或变化的问题。理论分析和仿真结果均表明,该控制策略能保证直流侧电压恒定且能控制并网逆变器的输出电流,具有良好的动态响应能力。

永磁同步电机自适应模糊滑模鲁棒无源控制

针对传统永磁同步电机滑模控制存在的抖振以及系统鲁棒性差问题,提出基于自适应模糊滑模软切换的永磁同步电机鲁棒无源控制方法。控制系统电流内环通过设计鲁棒无源控制器,得到dq旋转坐标系下的电压给定,有效提高电流预测控制的鲁棒性。转速外环设计模糊滑模软切换控制器,利用双曲正切函数代替符号函数,实现软切换连续控制。采用自适应模糊控制法估计集成不确定边界,有效削弱滑模抖振。实验对比传统滑模控制与新型控制方法,其结果验证了新型控制方法在抖振以及抗扰动方面的有效性和实用性。

基于自适应滑模与模糊控制的导弹直接力／气动力复合控制系统优化设计

针对导弹直接力/气动力复合控制问题,提出了一种基于自适应滑模控制(ASMC)与模糊逻辑的自动驾驶仪设计方法。该方法将整个导弹控制系统分为气动力控制子系统(ACS)和直接力控制子系统(RCS)两部分。前者采用自适应滑模控制理论进行设计,利用其所具有的强鲁棒性优点,克服了包括参数摄动与外界扰动在内的各类不确定性因素的影响。后者通过基于规则的模糊推理来确定不同条件下直接力作用的大小,以辅助提高气动力子系统的性能。在控制系统结构确定的条件下,利用遗传算法(GA)对各参数进行优化,实现了两个子系统之间的协调工作。仿真结果表明,所提出的控制方案对机动指令具有较好的跟踪效果,适用于直接力/气动力复合控制导弹的控制系统设计。

并联机床伺服系统双自适应模糊滑模控制

以并联机床的单通道对称阀控非对称液压缸为研究对象,提出一种适合该系统的将模糊控制、滑模控制、自适应控制三者有机结合的双自适应模糊滑模控制算法。仿真结果表明,采用所提方法使系统的输出渐进一致地收敛于参考输入信号,解决了对称滑阀控非对称液压缸系统存在的动态性能不对称、系统精度低、稳定性差等问题,可有效快速跟踪变化信号,对有界的干扰和参数摄动具有不变性。与常规PID控制相比,双自适应模糊滑模控制更适合于高阶非线性、强干扰的复杂系统,将此法应用于并联机床的液压控制系统可提高机床控制精度,改善机床动态性能,稳态误差仅为常规PID控制的20%。

移动机器人的自适应模糊滑模动力学控制

针对非完整移动机器人轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于自适应分流运动学控制与自适应模糊滑模动力学控制的混合控制算法.自适应分流运动学控制解决了由于大范围的初始位姿偏差变化而引起的速度跳变问题.利用滑模控制具有的稳定性和鲁棒性的优点,解决了机器人的参数与非参数不确定性问题.并通过带有自适应调节算法的模糊控制来调节滑模控制的增益,增强了对随机不确定性的适应能力,消除了在滑模控制中的输入抖振现象.设计过程采用了Lyapunov方法,保证了控制系统的稳定与收敛.仿真结果表明,控制器产生了平滑的速度输出,非完整移动机器人的跟踪误差被消除.

永磁同步电机伺服系统的自适应模糊滑模控制

针对永磁同步电机伺服系统的跟踪控制问题,提出了一种基于扰动观测器的自适应模糊滑模控制方法.通过扰动观测器估计等效扰动,改善了系统的动态性能和稳态性能,并且只需要等效扰动的变化有界,而不是为零,放宽了要求;根据模糊控制原理引入3条模糊规则,在保证滑模条件的前提下有效地削弱了抖振;采用自适应策略估计模糊系统参数的最优值,简化了控制器的设计.实验结果表明,与常规自适应模糊滑模控制相比,本文提出的控制方法不仅能够有效地减小跟踪误差,而且能够改善参数估计过程,保证了参数估计的有界性.

基于模糊自适应滑模方法的混联式混合动力客车模式切换协调控制

在混联式混合动力汽车纯电动至并联驱动模式切换过程中,由于发动机、电动机及离合器瞬态特性的影响,可能导致动力系统输出转矩的突变从而使车辆产生较大的纵向冲击。以混联式混合动力客车为研究对象,考虑发动机和电动机瞬态响应特性的显著不同,针对离合器在结合过程中的运行状态,以提高驾驶性能为目标设计出混合动力客车纯电动至并联驱动模式切换协调控制策略。协调控制采用模糊自适应滑模方法,其中模糊自适应系统用于估计系统参数不确定性引起的偏差以及发动机实际输出转矩与目标转矩的偏差,估计出的偏差值用于调整滑模控制器的控制量,从而提高控制系统的控制精度和鲁棒性。通过仿真及实车试验验证控制策略的有效性。结果表明,设计的控制策略在模式切换过程中满足驾驶员动力需求的前提下使动力系统输出转矩的波动范围和最大冲击度分别下降85%和78%,从而显著提高了混合动力客车的驾驶性能。

基于自适应模糊滑模的复合控制导弹制导控制一体化反演设计

针对姿控式直接力/气动力复合控制导弹,提出一种基于滑模反演控制的制导控制一体化控制律。通过引入指令滤波器,避免了传统反演设计存在的计算膨胀问题;设计自适应模糊逼近器对系统不确定函数进行逼近,并构造误差滑模面来补偿模糊逼近误差及有界干扰对系统的影响,通过在线自适应调整控制律参数实现系统的鲁棒性。具体的数值算例仿真计算表明:在目标机动的情况下,所设计的一体化制导控制系统具有较强的抗干扰能力,在保证系统稳定的同时可达到满意的制导控制效果。