基于分数阶扩展滑模扰动观测器的PMSM无模型控制算法研究

针对永磁同步电机调速控制系统突加负载时导致转速波动较大的问题,提出了一种基于分数阶扩展滑模扰动观测器(FOESMDO)的转速环新型无模型控制方案。新算法为了改善调速系统的动、静态性能,建立了不含电机参数的永磁同步电机新型超局部模型,以此为研究对象,借助快速终端滑模控制和改进型滑模切换函数设计新型无模型滑模控制器;同时为了提高扰动估计的准确性及减小滑模控制存在的抖振现象,改进算法采用分数阶扩展滑模扰动观测器进行超局部结构中未知部分的在线估计;最后,将所提出的基于FOESMDO的新型切换函数快速终端滑模控制方法同传统方法进行仿真对比,验证了新型无模型控制算法(FOESMDO-ISFFTSMC)在提高调速系统的响应速度和抗干扰能力方面的优异性能。

采用模糊滑模控制算法的制动系统稳定性研究

为了解决车辆制动系统容易发生侧滑现象和不同控制系统输出误差缺少验证的问题,设计了一种模糊滑模控制算法,利用仿真模型对其进行验证。建立了2自由度四分之一汽车车轮模型,分析了车轮的动力学特性,推导出车辆防抱死制动系统的动力学方程。定义车辆滑移率非线性函数,引用模糊规则设计了模糊滑模控制算法。为了保证控制系统的稳定性,利用李雅普诺夫函数对其进行推导和证明。通过Matlab软件对车轮滑移率和制动力矩进行仿真,与传统PID控制算法输出结果进行对比。仿真验证表明:采用传统PID控制算法,车辆在干燥或者潮湿路面制动过程中,车轮滑移率跟踪误差较大,制动系统响应速度较慢,车轮容易发生抱死现象;采用模糊滑模控制算法,车辆在干燥或者潮湿路面制动过程中,车轮滑移率跟踪误差较小,响应速度较快,避免车轮抱死现象;所设计的模糊滑模控制算法,能够提高车辆制动系统的稳定性,避免车轮发生抱死现象。

基于快速终端滑模控制的大惯量火炮随动控制算法研究

某大型火炮的机械结构复杂,各部件耦合度高,由于受到材料刚性、加工和装配工艺等限制,电机轴架位与火炮实际架位间的误差不能完全消除,尤其在高速运动中,误差的非线性变化更为明显,容易导致运动过程中出现“抖振”现象。通过对火炮随动控制系统进行建模,建立了从电机控制到火炮实际架位间的驱动方程,提出了基于快速终端滑模控制的随动控制算法,并在火炮系统中进行了验证;实验表明所提算法有效消除了“抖振”现象,使控制端能够直接使用火炮实际架位作为控制变量,提高了火炮随动控制精度和运行稳定性。

改进滑模控制算法的矿井提升系统控制策略研究

针对矿井提升机传统滑模控制算法在低速重载工况下存在启动能力差、冲击振动、转矩脉动大等问题,本文分析了矿井提升机结构组成与变频控制方式,采用数值模拟分析法研究了传统滑模控制策略下矿井提升机的启动特性,改进了滑模控制算法并进行了仿真研究。仿真结果表明,改进后的滑模控制算法具有较高的控制精度,提升机启动脉冲较小,系统冲击和振动减弱,启动特性平缓,具有较好的抗干扰能力和动态控制性能。

基于FPGA的电动舵机滑模控制系统

电动舵机是现代无人机飞控系统的关键组成部分。针对传统电动舵机系统抑制干扰能力差、跟踪精度低、响应速度慢的问题,提出一种改进优化的自适应滑模控制(SMC)算法。首先,在进行系统建模和实验平台搭建时考虑了外界扰动和摩擦间隙等非线性问题,以此为基础设计了新的滑模面函数;其次,通过重新设计切换控制函数,使舵面偏转角度更加准确,有效的提高了系统的跟踪精度;最后,在系统中引入一阶低通滤波器,有效的消除了控制量抖振问题。并通过FPGA芯片实现了该算法,设计实验加以验证。实验结果表明,与传统PID算法相比,改进的滑模控制算法具有较强的抑制干扰能力和较快的动态响应速度,跟踪误差也有明显的下降。由此可见该算法在解决电动舵机的非线性问题方面具有较强的优势,基本满足舵面偏转的精准控制需求,在无人机产品的生产实践中具有较强的实际应用价值。

多算法融合的并联食品分拣机器人轨迹跟踪控制方法

目的:解决并联食品分拣机器人轨迹跟踪控制方法存在的控制精度低和运动稳定性差等问题。方法:在四自由度并联机器人结构基础上,提出将滑模控制算法、模糊控制算法和改进蝙蝠算法相结合用于并联食品分拣机器人轨迹跟踪控制。通过改进蝙蝠算法对模糊算法带宽进行寻优,通过优化的模糊控制算法自适应调整滑膜控制算法的模糊增益和滑膜面斜率,降低控制器的跟踪误差,提高抗干扰能力,并验证所提轨迹跟踪控制方法的优越性。结果:所提轨迹跟踪控制方法实际分拣准确率为99.90%,平均分拣时间为0.509 s。结论:与常规方法相比,所提轨迹跟踪控制方法的关节轨迹跟踪精度更高,抗干扰能力更强,输出力矩更加平滑。

基于LADRC扩张滑模控制的四旋翼无人机的控制方法稳定性研究

针对四旋翼无人机在飞行过程中存在外部干扰问题以及在仿真过程中会出现抖动和仿真结果不收敛的问题,提出了串级LADRC-LESO滑模控制方法,来使四旋翼无人机在飞行过程中趋于稳定并具有一定的抗干扰效果。为了更好的提高四旋翼无人机的抗干扰性和稳定性,分别设计了姿态控制器和位置控制器,使四旋翼无人机在飞行过程中的抗干扰能力更强。通过在位置控制器中X通道设计线性扩张观测器(LESO)滑模控制器,在Y、Z通道放置了PID控制器,在姿态控制器中的俯仰、滚转和偏航3个通道中设计线性扩张观测器(LESO)滑模控制器来保证了姿态角所受到的总干扰影响较小,使四旋翼无人机在飞行中的稳定性有所提高。为了验证该方法的稳定性与抗干扰性更好,将其与已有的ADRC控制算法和LADRC控制算法进行对比仿真,得出该方法的稳定性与抗干扰效果更明显。

变论域自适应模糊滑模多变量控制算法及其在单元机组协调控制中的应用

为有效地处理多变量复杂系统,提出了一种新型多变量模糊控制器的设计方法。通过分析滑模控制机理,综合变论域模糊自适应控制的思想,提炼出简化通用的规则库,规则数只是输入变量的线性函数,可在线调节输入变量论域和规则后件隶属度函数,使所构成的控制系统具有很强的鲁棒性、较好的自适应能力和较高的控制精度。最后用于对300MW 单元机组协调控制系统进行了仿真实验,结果表明即使在机组工况点发生大的变化或受到较大干扰时,被控系统仍具有快速的负荷适应性、良好抗扰动能力和很强的鲁棒性。

基于状态估计的AGV自适应滑模控制

针对室外AGV速度控制过程中外部扰动较大且控制参数难以适应不同工况的问题,提出了一种自适应模糊滑模控制算法。首先基于车辆纵向动力学模型,设计积分滑模控制器。根据传感器信号,设计卡尔曼滤波器与巴特沃斯滤波器对坡度进行联合估计,设计鲁棒估计器对车辆质量与滚阻进行估计,并使用状态信息对速度进行前馈控制。根据控制误差及其变化率,设计模糊控制器,对滑模控制器参数进行实时调节。仿真结果表明所提出自适应滑模控制算法可实时补偿质量和坡度变化,有效减小控制误差,降低外部扰动的影响,从而保证室外AVG行驶安全性与稳定性。

基于零力矩点滑模预测控制的电动前移式叉车稳定性研究

考虑了在电动前移式叉车装载货物转向行驶的情况下,其门架受载变形和货物升降共同引起叉车合成质心位置的变化,进而结合叉车合成质心变化模型和叉车三自由度模型建立了叉车动力学模型。针对叉车合成质心位置变化导致其转向稳定性不足的问题,根据零力矩点(Zero Moment Point,ZMP)理论分析了叉车行驶的稳定条件并得到了侧倾指标来判断车辆的稳定性。通过理想跟踪模型得到理想的叉车横摆角速度、质心侧偏角、车身侧倾角和侧倾角速度,以理想值与由叉车动力学模型仿真得到的实际值的差值为输入,设计了一种基于零力矩点的滑模预测控制(Sliding Mode Predictive Control,SMPC)算法,以调节叉车后轮转角的大小。仿真研究表明,在阶跃工况和双移线工况下,当货物升降速度不同时,与滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)和无控制相比,基于ZMP滑模预测控制实现了对理想叉车横摆角速度和质心侧偏角的实时快速跟踪,提高了叉车的稳定性。

交流调速系统的一种改进控制算法

针对滑差频率型矢量控制交流调速系统 ,基于模糊推理在线调整滑模控制器输出中的前馈系数 ,提出一种改进控制算法 .系统仿真结果表明 。

基于混沌控制的采摘机器人防碰撞系统设计

针对采摘机器人在作业过程中遇到障碍物导致路径规划出现混沌现象的问题,基于混沌控制对采摘机器人防碰撞系统进行设计,并采用模糊自适应控制算法和滑模变结构控制算法结构的方式对系统进行控制。为了验证防碰撞系统的有效性,对采摘机器人进行了防碰撞和采摘仿真试验,结果表明:采摘机器人在作业过程中可以避开障碍物,按照规划路线到达预设位置,完成果蔬的采摘。

基于双侧电机同步转速调节的履带机器人直行控制研究

由于路面阻力不均衡使履带机器人双侧电机负载扰动不一致,造成两侧电机转速不同步,导致直行运动跑偏。因此,需要提高双电机的转速同步性能。针对路面扰动等因素,考虑到滑模控制算法对参数变化不敏感,且能够抑制一定范围内的不确定扰动。故基于交叉耦合控制方法加入滑模同步控制算法进行改进。将传统交叉耦合控制方法和改进的交叉耦合滑模同步控制方法进行对比仿真和实验。结果表明,突变扰动下,改进后同步误差和直行跑偏量得到明显减小,同步直行性能有了显著提高。

电液力伺服系统的反馈线性化滑模控制研究

针对电液力伺服系统具有参数不确定性、不确定非线性和外部干扰等问题,将反馈线性化理论与滑模控制理论相结合,提出了一种基于反馈线性化的滑模控制方法,实现了对电液力伺服系统进行较高精度跟踪的目的。首先,建立了电液力伺服系统的非线性数学模型,采用微分几何理论将非线性系统中的动态特性变换为线性的动态特性,实现了输入—状态的精确线性化;然后,在控制器中引入了滑模变结构控制,设计了反馈线性化滑模控制器,基于李雅普诺夫稳定性原理,证明了基于反馈线性化控制器的稳定性;最后,利用MATLAB/Simulink软件建立了电液力伺服系统及控制器的仿真模型,对设计的基于反馈线性化控制器进行了仿真验证,分析了不同幅值的信号、随机干扰对系统控制效果的影响。仿真实验结果表明:与PID控制算法相比,采用基于反馈线性化控制算法力使跟踪误差缩小了96.7%,调整时间缩短了90%。研究结果表明:基于反馈线性化控制算法能有效降低非线性因素对跟踪精度的影响,提高系统的力跟踪精度,具有更好的鲁棒性和更优的控制效果。

移动机器人预设性编队控制算法研究

针对多移动机器人控制系统在通讯范围约束、外界干扰存在时表现出的自适应差、控制精度低的问题,提出一种基于双曲正切型约束函数的预设性能模糊滑模编队控制算法,以实现多机器人以任意队形高精度稳定的编队,并利用MATLAB进行对比仿真试验研究。结果表明,这种预设性模糊滑模控制算法不仅可以实现多个机器人以任意队形编队,而且保证了机器人编队的暂态和稳态性能。与现有控制法相比,该预设性编队控制算法具有更高的控制精度和稳定性。

基于滑膜观测的FOC无刷电机控制系统设计

针对目前全驱动型机器人的高工作精度以及高稳定性需求,设计全驱动型机器人关节驱动控制系统。基于无刷电机数学模型,电机驱动方案采用矢量电机控制算法FOC,电机角速度位置采用有感、无感相结合获取,即在启动以及低速转动下采用位置传感器,在中高速转动下切换使用滑模观测器。观测器对电机反电动势观测值进行运算处理,获得电机位置和速度。在MATLAB/Simulink搭建控制模型,验证算法可行性。仿真结果表明:在负载情况下,中低转速下,控制精度低,低成本位置传感器足以满足控制需求;在中高转速下,位置获取方法切换为滑模观测器,此时无位置传感器控制,无需使用高精度位置传感器,根据电机运行的电流观测到的位置,足以满足中高转速需求。且观测器监测内部运行状态,无视外界影响,大大提高控制系统的响应性与稳定性。

轨道运输车辆液压制动系统车轮防抱死冗余控制

为了提高轨道运输车辆制动期间的安全性、避免车辆侧翻事件的发生,提出轨道运输车辆液压制动系统车轮防抱死冗余控制方法。分析液压制动系统的制动方式,并初步建立液压制动防抱死策略,在经典卡尔曼滤波算法的基础上,结合贝叶斯法则与先验估计法,实现液压制动系统的状态跟踪,得到车辆质心实时偏移测量结果,当测量结果超出偏移量正常波动范围时,判定液压制动防抱死策略失效,即刻启动防抱死冗余控制策略。防抱死冗余控制作为液压制动系统控制失效时的备份控制方法,将抗积分饱和算法与滑模控制算法相结合,避免因滑模控制器自身控制率饱和造成的制动系统超调及振动,有效实现了车轮制动力的调节分配,保证车辆制动期间的行驶安全。实验证明,所提方法在轨道运输车辆制动过程中,能够实现车轮滑移率的稳定控制,有效避免车辆脱轨事件的发生,为轨道运输车辆的制动安全提供重要保障。

基于指数趋近律的新能源公交塞拉门电机控制系统设计

针对城市新能源公交塞拉门无刷电机控制系统应用,提出了一种指数趋近律的控制方法。所提出的方法改进了传统六步换向控制法中控制转矩脉动较大的问题,同时也改进了矢量控制方法中,因难以获取电机转子角度信号而对电机相电流解算不能满足实际需求,需使用高精密传感器从而带来成本高的问题。基于上述情况,设计一种基于指数趋近律的滑模控制器,引入积分项和指数趋近律;最后对所提出的控制方法进行了仿真实验,所提出的控制方法可以减少系统快速达到稳态的响应时间,并能有效控制滑模控制方法自身所带来的抖振问题。仿真结果表明所提出的方法对电机转速响应和速度超调量有效。

模糊滑模控制交流调速系统

针对滑差频率矢量控制交流调速系统 ,提出并设计一种模糊滑模控制算法对速度环进行控制 .该控制算法具备模糊逻辑控制和滑模控制两者的优点 ,并且较好地解决了滑动模态的抖动问题 ;同时该控制算法具有结构相对简单、容易实现、能使系统获得优良的动静态性能等特点 .

远程制导炮弹2阶滑模导引控制一体化设计

以远程制导炮弹为研究对象,针对传统导引与控制系统分开设计,在打击机动目标时容易脱靶的缺陷,提出一种2阶滑模导引控制一体化设计方法。将舵控伺服系统视为1阶动力学过程,考虑制导炮弹末制导过程的特点,采用小扰动假设,基于初始弹目视线建立了适用于制导炮弹的纵向平面内的导引控制一体化设计线性模型。在目标机动策略未知及制导炮弹气动参数有误差的情况下,以零化弹目视线角速率为准则,基于准连续滑模控制方法,设计了一种2阶滑模一体化导引控制律。为了体现一体化设计的优势,基于传统滑模控制理论,给出了一种独立的鲁棒自动驾驶仪与鲁棒导引律。仿真结果表明,存在有界不确定性的情况下,一体化导引控制律具有更高的命中精度。