基于双环自适应滑模的移动机器人轨迹跟踪控制

为了提升移动机器人轨迹跟踪精度,针对传统双环控制内外环协调性差、抗扰性弱的问题,文章提出双环自适应滑模的控制方法。为消除传统滑模控制(sliding mode control, SMC)方法中的趋近阶段,设计新型时变积分终端滑模控制器以保证系统状态始终位于滑模面,并通过控制器参数调节实现内环姿态误差和外环位置误差的快速收敛;构建基于势垒函数的增益调控方法,保证在扰动上界未知的情况下有效地抑制状态抖振,提高轨迹跟踪系统的抗干扰能力。对所提方法进行的验证分析结果表明,相较于现有的双环控制方法,该文轨迹跟踪控制方法精度更高、鲁棒性更强。

基于新型趋近律的智能无人车辆线控转向系统滑模控制

路径跟踪是智能无人车辆的关键技术之一,其中,对线控转向系统的精确控制是影响智能无人车辆路径跟踪精度的重要因素.为提升线控转向系统在未知扰动下的转角动态响应性能和路径跟踪精度,本文基于一种新型趋近律设计了改进滑模控制方法并应用于线控转向系统.首先,考虑模型不确定、系统摩擦和齿条力建立线控转向系统数学模型.然后,分析得到滑模趋近律的设计原理,通过设计参数调节函数构建了一种新型滑模趋近律实现趋近速度的动态调节,并对比分析了其在离散形式下的性能.最后,针对线控转向系统,设计改进滑模控制方法.仿真和试验结果表明,改进滑模控制方法能够改善线控转向系统对转角的动态响应性能,提高路径跟踪精度.

无模型坐标补偿积分滑模约束的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制

为了解决四轮自动驾驶汽车轨迹跟踪的复杂控制问题,提出一种新的全格式无模型自适应坐标补偿积分滑模约束控制方案。控制方案只需要自动驾驶车辆轨迹跟踪的I/O数据,不涉及车辆模型信息,即前轮转角输入数据和车辆横摆角输出数据。因此,该方案对于不同车型均能实现轨迹跟踪控制。在轨迹跟踪过程中只针对车辆横摆角进行控制易造成跟踪轨迹偏差,本文在全格式无模型自适应控制的基础上加入坐标补偿算法;为了提高系统在运行过程中的鲁棒性,加入积分滑模控制;为了应对在滑模控制过程中系统运行在饱和区域,设计了动态补偿,使轨迹跟踪系统运行在滑模控制的线性区域。最后,对无模型自适应积分滑模约束控制方案、原型无模型自适应控制算法和PID算法进行仿真比较。仿真结果表明,所提算法比传统控制方法具有更好的控制性能,跟踪波动误差在0.09%以内,稳定时间在0.5 s以内,跟踪曲线平滑。

基于连续滑模控制的主动队列管理算法及仿真

基于一种改进的滑模控制器提出了一种主动队列管理(AQM)算法。采用连续的滑模控制(SMC)方案来取代不连续的切换控制,消除了滑模控制中存在的抖振现象从而使队列跟踪性能得到改善。对于网络模型的不确定性、网络参数的时变性及非TCP适应流所引起的网络抖动该算法具有很强的鲁棒性。仿真结果表明该方法可以使队列长度快速收敛到设定值,同时使队列振荡最小,结果也表明在网络条件变化的情况下,该算法优于传统的PI控制和传统的滑模控制。

伺服系统的复合自适应滑模控制

对于采用自适应方法的鲁棒跟踪控制系统,初始参数估计误差、参数突变、非持续激励等因素均可引起瞬态过程。瞬态性能的好坏对跟踪误差峰值及恢复时间有较大影响,是实现高性能跟踪控制的关键,而目前典型设计多采用直接自适应方法,其较差的瞬态特性制约了跟踪性能的进一步提高。针对该问题,以交流伺服系统为研究对象,将直接自适应、间接自适应及滑模控制相融合,提出一种基于有界增益遗忘最小二乘法的复合自适应滑模控制(CASMC)策略,Lyapunov分析表明该策略可实现持续激励条件下跟踪误差和参数估计误差在较大范围内的指数收敛,瞬态特性较清晰。最后,以某型火炮的方位轴伺服系统为应用背景进行仿真实验,结果显示,该控制策略在瞬态过程的误差峰值和持续时间方面均有显著改善,提高了伺服系统的跟踪性能。

基于模糊调节滑模面的TCP拥塞控制算法研究

基于模糊自适应滑模控制提出了一种拥塞控制算法。该算法通过模糊调节滑模表面使队列跟踪性能得到改善,对于网络模型的不确定性、网络参数的时变性以及非TCP适应流所引起的网络抖动该算法具有很强的鲁棒性。仿真结果表明该方法可以使队列长度快速收敛到设定值,同时使队列震荡最小,结果也表明在网络条件变化的情况下,该算法优于模糊控制和变结构控制。

不同重力条件下含铰间间隙空间机械臂PD~μ-SMC轨迹跟踪控制

研究了重力对含铰间间隙空间机械臂的轨迹跟踪控制的影响。针对空间机械臂在安装、调试阶段处于地面重力环境,在应用过程中处于空间微重力环境,重力环境的改变会使得在地面设计、装配、调试好的控制器在空间应用时达不到良好的控制精度和效果的问题,设计了不需被控对象模型的分数阶PD滑模控制器(PDμ-SMC)对含铰间间隙空间机械臂进行控制,并基于李亚普诺夫理论证明了渐近稳定性。仿真结果表明该控制策略能有效地抑制外部干扰,实现含铰间间隙空间机械臂在不同重力环境及存在外部扰动情况下仍然能对期望轨迹进行准确快速跟踪。

柔性串联机械臂的模糊自适应滑模控制系统设计

针对柔性串联机械臂传统控制方式的轨迹跟踪精度存在误差较大的缺陷,文章提出了一种结合柔性串联机械臂弹性动力学方程和模糊自适应滑模控制(sliding mode control,SMC)的控制方法。采用运动弹性动力学(kineto-elastic-dynamics,KED)法,结合系统的约束方程,建立了机械臂的弹性动力学方程,为系统提供控制对象模型;将模糊自适应算法与SMC控制器相结合,设计出一种新型SMC控制器,并运用Lyapunov函数验证该新型SMC控制器的稳定性;基于S-Function函数,建立机械臂的Matlab/Simulink仿真框图,对机械臂进行仿真分析。结果表明,模糊自适应SMC控制器具有轨迹跟踪精度高和稳态误差小的特点,验证了新型SMC控制器的有效性。

基于双层嵌套修正的伺服系统自适应滑模控制研究

针对交流伺服系统存在的参数变化和外部扰动问题,该文将直接自适应方法与传统滑模控制相结合,提出一套系统化的直接自适应滑模控制策略;利用在线参数估计和开关控制分别实现对未知参数及外扰高频分量的鲁棒性,有效削弱了振颤,实现了较好的稳态性能。将该策略推广至汇总外扰高频分量边界未知的情况,提出一种基于双层嵌套修正的改进型边界估计方法,解决了现有方法中普遍存在的边界估计值恒增问题。结合Lyapunov理论,对所设计控制策略的稳定性进行了全面分析。仿真结果证明了本文所提出方法的有效性。

带LCL滤波的单相逆变器滑模控制

针对带LCL滤波器的并网逆变器的不稳定性,提出一种基于逆变器侧电流反馈滑模控制策略,间接控制并网电流,以避免系统谐振。将并网电流参考值看成和电网电压成比例,推导出逆变器侧参考电流,解决间接控制并网电流相位滞后问题。理论推导滑模变结构控制律在并网逆变器应用的存在性和系统稳定性,所提控制策略无需增加额外的传感器。应用电压基波信号估计,以减轻电网高次谐波对系统控制的影响。仿真实验证明提出的控制策略可实现逆变器并网电流与电网电压同频同相,提高了系统的鲁棒性。

自主学习干扰观测器驱动的重复使用运载器再入段滑模控制

针对重复使用运载器(RLV)再入段的姿态控制问题,设计一种具有自主学习干扰观测器(SLDO)的滑模控制器。基于奇异摄动理论及时标分离原则,将RLV的姿态动力学方程划分为外环和内环子系统。根据RLV再入段模型不确定性和外部干扰均随时间变化、不可忽略且无法预知边界等特点,结合2型模糊神经结构、误差反馈学习架构以及滑模控制(SMC)理论,提出一种新型在线自主学习干扰观测器。设计基于SLDO驱动的多元超螺旋滑模控制器,完成对再入段姿态的跟踪。最后,针对6自由度RLV模型进行了仿真分析,仿真结果证明了控制方法的有效性以及鲁棒性。

基于反演滑模控制的区分服务网络拥塞控制算法

针对区分服务网络的两种典型业务类型(奖赏业务和确保业务)分别进行分析和控制,应用非线性流体流理论建立区分服务网络模型,设计推导出一种新的自适应滑模控制器.先将非线性流体流模型转化为参数严格反馈的形式,然后应用反演控制理论完成控制器的设计.通过该方法设计的自适应反演滑模控制器,能够抑制系统的未知动态和不确定性扰动,使缓冲器队列长度的调节达到理想效果.在理想滑动模态下系统渐近稳定,仿真结果进一步验证了该控制器的有效性.

电动静液作动器的新型变阻尼级联滑模控制

为改善电动静液作动器(EHA)的动态性能,提出了一种基于新型准自适应变阻尼滑模控制(DV-SMC)和PID控制的级联控制(CC)算法。所提算法将高阶EHA分为液压和机械2个低阶系统,分别对2个低阶系统采用了DV-SMC和双环PID控制策略。DV-SMC方法能够自适应调整滑模面阻尼。在起始阶段采用欠阻尼、末段自适应调节为过阻尼,从而在保证EHA快速性的同时也能够完全抑制超调现象。通过仿真验证了所提算法的有效性,并讨论给出了DV-SMC滑模面最优参数。

滑模变结构控制对象研究

从滑模变结构的控制领域着手,分析了不同控制对象的状态方程,通过数字仿真对比了滑模变结构和PID对不同阶数、不同时间常数对象在快速性、参数整定及搞干扰上不同的特性表现。在此基础上,总结了滑模变结构控制不同对象的优劣。由此,提出了滑模变结构控制的最佳适用性。

含有非匹配干扰和未知动态的非仿射系统滑模控制算法

针对含有非匹配干扰和未知动态的非仿射系统控制问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的改进滑模控制(SMC)方案.本文首先利用扩张状态观测器,将原系统转变为一个包含干扰的二阶积分级联系统,使含有未知动态的非仿射系统控制器设计问题转化为二阶积分级联系统的控制器设计问题,从而使得控制器在设计过程中不需要对对象模型完全已知.为了改善ESO的瞬态性能,提出了一种含有预设性能函数(PPF)的改进ESO,利用PPF对估计误差进行约束,抑制ESO收敛过程中的振荡和超调.其次,提出了一种带有修正项的改进滑模面,在降低ESO估计误差所带来的非匹配干扰影响的同时,也提高控制系统的收敛速度和跟踪精度.仿真算例表明,所提的改进ESO能够更快收敛,振荡次数显著减少,改进的滑模控制能够处理非匹配干扰的影响,并获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.

滑模变结构控制在低速交流伺服系统的应用

应用MATLAB仿真设计滑模变结构控制器,通过在低速伺服系统中的仿真试验及与经典PID控制器比较,验证了滑模变结构控制器可以较好地解决零速度爬行问题。

滑模控制的PMSM调速系统抗负载性能研究

针对永磁同步电机(PMSM)调速系统在突加负载时产生的抖动现象,基于矢量控制的电机调速系统,设计了一种将永磁同步电机速度环上用滑模控制代替传统比例积分(PI)控制的新方法;建立了这两种控制方法的Matlab/Simulink仿真模型,同时搭建了永磁同步电机的负载试验台。结果表明:改进的滑模控制方法在电机突加负载时,电机转速恢复稳定值时间比PI时减小了83%;在恢复稳定转速后,采用滑模控制比PI控制的电机转速稳态误差减少了90%;验证了所提出的滑模控制方法具有较强的抗负载能力,很大程度上改善了电机的响应速度。通过试验研究分析,得到了PI控制的转速偏差大于滑模控制的转速偏差的试验结果,进一步验证了在电机达到稳定状态突加负载后,滑模控制的永磁同步电机具有良好的抗负载性和系统稳定性。

Delta算子框架下混沌系统的鲁棒滑模同步控制

针对DoS(Denial of Service)攻击和网络故障下的非线性耦合混沌系统,提出了一种Delta算子框架下鲁棒滑模同步控制方法。首先,对于连续时间和离散时间的非线性耦合混沌系统,依据Delta算子理论,建立Delta算子框架下的统一模型;其次,对提出的Delta算子混沌同步误差系统设计线性滑模面,并利用线性矩阵不等式(LMI)方法给出滑模面存在的充分条件;再次,对上述同步误差系统设计滑模控制器,使之能够在有限时间内快速到达滑模面,实现非线性耦合混沌系统的渐近同步;最后,仿真算例结果表明在所设计的控制器下,同步误差趋于零,实现渐近同步,说明了所提方法的可行性和有效性。

滑模变结构控制Buck变换器的控制

随着可再生资源的日益普及工业快速发展,Buck变换器的应用越来越普遍。相比于PI控制的Buck变换器,可以通过使用滑模变结构来控制,这样可以达到稳态精度更高,动态响应更快速以及更强的鲁棒性等优点。本文深入研究Buck变换器滑模变结构控制系统,分析参数选择依据,设计控制电路并给出仿真结果验证所提方法的可行性。

三维攻击角度约束部分制导控制一体化设计

针对侧滑转弯(STT)导弹带有攻击角度约束的机动目标拦截问题,提出一种基于自适应终端滑模动态面控制的三维部分制导控制一体化(PIGC)设计方法。首先,建立了针对机动目标拦截的侧滑转弯导弹三维部分制导控制一体化设计模型,且不需要导弹速度微分体轴系分量信息。然后,使用终端滑模控制理论构建误差向量与虚拟控制量,达成精确拦截与攻击角度约束的控制目的;引入有限时间非线性收敛扩张状态观测器(ESO)来在线估计系统不确定性;设计自适应算子与自适应更新律对观测器的估计误差进行补偿,以提高方法的鲁棒性。最后,三维空间拦截仿真校验了方法在提高拦截精度与增强角度约束收敛性能的有效性。