基于自适应非奇异终端滑模自抗扰的ROV控制

ROV浮游工作时由于存在系统模型不确定性和环境干扰导致跟踪效果不佳的问题,因此,提出一种参数变化的非奇异终端滑模自抗扰控制方法;首先,建立ROV的动力学模型;其次,利用非奇异终端滑模控制器代替了传统线性自抗扰的线性控制器,提高了系统的控制性能和抗干扰能力,考虑到引入参数过多问题利用梯度下降的RBF神经网络调整趋近率系数,通过李雅普诺夫定理证明了该系统的稳定性;最后,通过轨迹跟踪仿真实验与线性自抗扰对比,提高了系统响应过程的快速性和平稳性。

双极性直流微电网的改进型高阶滑模自抗扰控制

针对双极性直流微电网中分布式新能源的系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素所引起母线电压波动问题,以基于风光互补含混合储能的双极性直流微电网为研究对象,提出一种双闭环改进型高阶滑模自抗扰控制策略。首先,依据自抗扰理论将控制系统拟合为一阶系统模型,转化为自抗扰控制系统范式。其次,设计了改进型超螺旋滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器,引入了具有快速收敛性的级联有限时间扩张状态观测器代替线性扩张状态观测器,既能通过高阶滑模控制算法抑制抖振,又能提高对系统集总扰动的估计精度,从而利用非线性控制策略的优势改善系统动态响应过程及抗扰性能。然后,通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件以及搭建实验平台对3种不同控制策略进行对比验证,实验表明所提控制能够很好地抵抗扰动和提高系统的暂态性能。

基于滑模自抗扰的同步转向高地隙喷雾机姿态控制

为提高同步转向高地隙喷雾机转向机构对目标状态的响应速度与鲁棒性,提出了一种滑模自抗扰姿态控制策略。首先,基于同步转向结构建立喷雾机姿态控制模型;其次,将喷雾机的姿态控制模型进行解耦并转换为反馈系统标准型;然后,设计线性扩张状态观测器对模型总扰动进行实时补偿,并根据补偿后的模型推导出终端滑模控制律;最后,分别通过仿真试验以及场地试验对姿态控制器的性能进行验证。在场地试验中:当目标转角为5°时,喷雾机前、后转向角的响应时间分别为1.55 s和1.45 s,当目标转角为20°时,前、后转向角的响应时间分别为3.05 s和2.95 s。本文所提出的滑模自抗扰姿态控制器与传统PID姿态控制器相比,前、后转向角的响应速度分别提高8.42%与1.89%,稳态误差分别降低2.96%与3.15%。仿真试验与场地试验结果表明,滑模自抗扰姿态控制算法收敛速度快、鲁棒性强,能够满足喷雾机在不同环境下进行无人自主导航作业的需要。

基于混合储能的光储直流微网改进型滑模自抗扰控制

针对光储直流微网混合储能系统在光伏输出波动、负荷波动等大扰动下导致的母线电压稳定性差和系统响应速度慢等问题,提出一种兼顾母线电压稳定和响应速度的改进型滑模自抗扰控制策略。首先,针对一级观测器扰动估计能力有限问题,引入第二级观测器进行观测补偿,并将级联观测器对总扰动的估计值反馈到控制器进行消除。其次,针对原有的非线性控制器响应速度慢、鲁棒性差等问题,设计非奇异快速终端滑模控制进行优化,利用混合储能单元特性,分别补偿高低频分量,来提高系统的响应速度;并根据巴尔巴辛定理以及李雅普诺夫准则证明了所设计控制器的稳定性。最后,基于Matlab仿真平台与其他控制策略进行仿真对比,仿真结果验证了所提策略的有效性。

基于滑模自抗扰控制的变绳长塔机防摆控制

塔式起重机在实际应用中,由于绳长的变化会加剧负载(货物)的摆动,使得货物很难被快速、准确地运输到指定的位置。因此,为了对塔式起重机负载进行精确定位及防摆控制,提出了一种基于滑模自抗扰控制(SM-ADRC)的变绳长塔机防摆控制方法。首先,根据拉格朗日方程得出了系统的动力学方程,并依据动力学方程将系统分为了变幅、回转、提升3个子系统,并对每个子系统分别设计了线性扩张状态观测器(LESO),观测和补偿了对应回路中因参数变化、系统耦合及外界因素引起的未知总干扰;然后,结合滑模控制(SMC),设计了带有干扰补偿的非线性误差反馈控制律;最后,在MATLAB/Simulink中,在快速性、鲁棒性方面,对比分析了滑模控制方法与滑模自抗扰控制方法的控制性能。研究结果表明:相比于滑模控制方法,滑模自抗扰控制方法对塔机防摆控制时间缩短了25.5%,并且该方法不仅可以提高塔机的快速响应性能,而且具有较强的鲁棒性和自适应性,可以对塔式起重机负载进行精确定位及有效的防摆控制。

基于平坦理论的直流微电网双向DC-DC变换器改进滑模自抗扰控制

针对直流微电网系统中分布式电源功率波动、负载频繁投切以及不确定性扰动造成的母线电压波动问题,以直流微电网储能单元双向DC-DC变换器为研究对象,提出了一种基于平坦理论的改进滑模自抗扰控制策略。该方法采用双闭环控制结构,其中,电流内环采用微分平坦控制,提高系统的动态响应速度。在考虑系统抗扰性能和高频噪声影响的基础上,利用增阶滤波扩张状态观测器对外环模型总扰动进行估计。并根据状态量和扰动量估计信息设计了电压外环改进滑模自抗扰控制器,进一步提升系统的鲁棒性能。最后利用Matlab/Simulink软件进行仿真,验证了所提控制策略的有效性及优越性。

水下作业机器人滑模自抗扰控制方法研究

水下作业机器人浮游状态抗流作业过程面临流场强扰动、机械臂与本体内力耦合干扰、运动特性不确定等问题。本文提出一种基于线型扩张观测器的水下机器人滑膜自抗扰控制方法,该方法能够将复杂控制系统解耦为多个串联积分子系统,主要采用线性扩张观测器对作业机器人所受流场干扰因素进行自适应补偿。在此基础上,利用滑膜控制对系统参数摄动不敏感性,增强控制系统的抗干扰性能。最后,结合李雅普诺夫理论分析作业机器人有界稳定控制。仿真结果表明,本文提出的方法相比传统的滑模控制和自抗扰控制方法具有更好的动态跟踪和抗干扰能力。

基于GA-模糊RBF的发电机组滑模自抗扰控制

针对燃煤发电机组风烟系统大惯性、大滞后、参数不稳定等特点,提出一种基于发电机组的滑模自抗扰控制策略。选择模糊径向基函数(RBF)算法辨识模型,以梯度下降法和遗传算法分别对神经网络权值进行粗调和细调,通过扩张状态观测器估计系统内外部扰动,将非线性状态误差反馈控制律与滑模控制策略相结合以克服系统惯性、滞后和扰动的问题,并设计Lyapunov函数验证控制系统稳定性。仿真结果表明,滑模自抗扰控制与串级比例-积分-微分(PID)控制、滑模控制和自抗扰控制相比,在模型适配的情况下,所设计的控制策略在38 s达到设定值,无超调量;当向系统施加20%的反向阶跃干扰时,系统调节时间为39.5 s,超调量为3.4%。在模型失配情况下的调节时间为43.2 s,无超调量;当向系统施加20%的反向阶跃干扰时,系统调节时间为46.4 s,超调量为3.87%。工程应用结果表明,一次风量控制偏差在±10000 m^(3)/h以内,相比串级PID控制策略波动范围降低21%,系统抗干扰能力和鲁棒性得到有效提升。

机载光电稳定平台模糊滑模自抗扰控制

为提升机载光电稳定平台的视轴稳定精度与鲁棒性,提出了一种模糊非奇异快速终端滑模自抗扰控制策略。首先,采用非奇异快速终端滑模面提升系统状态在滑动阶段的收敛速度。其次,通过设计带模糊校正项的快速幂次趋近律来对抖振进行抑制,模糊逻辑的引入能使控制器参数能根据误差变化自整定,在此基础上,结合线性扩张状态观测器来增强系统的扰动抑制能力。然后,利用Lyapunov方法对系统进行了稳定性分析。最后,在扰动及参数摄动下进行了仿真对比实验,仿真实验结果表明,所提方法相较于另外4种控制算法而言,基于本方法的系统具备更强的鲁棒性。

基于固定时间滑模自抗扰的永磁同步电机控制

针对永磁同步电机转速控制系统中采用滑模控制存在抖振现象以及自抗扰控制轨迹跟踪准确性能较差等问题,提出一种基于固定时间收敛的非奇异快速终端滑模自抗扰复合控制器。建立了考虑外部扰动的永磁同步电机动力学模型,为减弱系统抖振现象、增强系统跟踪性能及抗扰性能,基于自抗扰控制架构,引入了固定时间扩张状态观测器和固定时间非奇异快速终端滑模控制器,并进行了稳定性分析。通过仿真对比,验证了该复合控制器的有效性及优越性。

永磁同步电机调速系统的滑模自抗扰控制

传统的永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)自抗扰调速系统往往存在可调参数多且整定复杂的问题,利用滑模控制方法(Sliding Mode Control,SMC)对自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)结构进行改进,设计了PMSM调速系统的滑模自抗扰速度控制器和电流控制器。将滑模控制方法引入自抗扰控制结构中,将自抗扰控制中的扩张状态观测器和非线性误差反馈控制律进行优化,在保留自抗扰原有抗扰性能的基础上,简化了参数整定,提高了系统的响应速度和鲁棒性,利用李雅普诺夫理论证明了控制器的稳定性。仿真结果验证了该方法的有效性。

基于改进灰狼优化算法的PMSM滑模自抗扰控制

针对永磁同步电动机(PMSM)伺服系统在受外部扰动、参数变化等不确定性因素影响下系统鲁棒性变差的问题,提出一种基于改进灰狼优化算法的永磁同步电动机滑模自抗扰控制方案。首先,对传统扩张状态观测器存在的峰值问题而降低不确定性的观测精确度,设计了变增益扩张状态观测器,通过降低初始增益来提高观测精确度。其次,用滑模控制器代替传统自抗扰控制中的非线性误差状态反馈环节,进而提高系统的鲁棒性。由于参数比较多不易调节,利用改进灰狼优化算法对参数进行优化,充分发挥控制器的性能。基于Lyapunov理论分析了该方案的稳定性。通过系统仿真实验结果表明,该方法能够有效跟踪速度给定,克服参数变化、负载扰动等不确定性因素的影响,保证了PMSM伺服系统的强鲁棒性。

基于NESO的永磁同步电机滑模自抗扰控制

针对传统的自抗扰控制方法存在参数整定和响应速度问题,提出了一种新型的自抗扰控制器并应用到永磁同步电机调速系统中。利用非线性干扰观测器(NDOB)取代扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)的综合扰动项估计,简化参数整定的同时对q轴电流进行直接补偿。在非线性状态误差反馈控制律中引入滑模控制,提高了系统的响应速度和鲁棒性,利用李雅普诺夫理论证明了稳定性。仿真结果表明了该方法的有效性。

基于滑模自抗扰的PMLSM电流偏差解耦控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)存在电流耦合以及在运行过程中易受参数变化的影响使系统鲁棒性降低,本文设计了一种基于滑模自抗扰的电流偏差解耦控制(SADRC-CDDC)方法。从参考电流与实际电流作差处引入两轴交叉耦合支路,建立含耦合项的电流控制方程,计算出耦合量并对系统进行补偿,设计电流偏差解耦控制器(CDDC),用于削弱d、q轴电流耦合量的影响。但是当电感参数发生变化时,并不能实现解耦,为此利用滑模自抗扰控制器(SADRC)解决参数变化对系统造成的扰动,并对系统进行补偿,进而实现近似完全解耦。从理论上分析证明该控制器的渐近稳定性,提高了系统的鲁棒性。通过系统实验,验证所设计的SADRC-CDDC方案的有效性,与CDDC相比,SADRC-CDDC在受到电流耦合、参数变化时,d轴电流最大振荡幅度减小了34.88%~54.76%,q轴电流最大振荡幅度减小了47.83%~71.43%,具有更强的鲁棒性。

基于无速度传感器的永磁同步电机滑模自抗扰控制

针对传统的自抗扰控制方法存在参数整定和响应速度问题,提出了一种新型的滑模自抗扰控制结构,构成了无速度传感器永磁同步电机滑模自抗扰调速系统。利用非线性干扰观测器(NDOB)取代扩张状态观测器(ESO)的综合扰动估计项,将滑模控制引入到非线性状态误差反馈控制律中,设计了滑模自抗扰电流控制器和速度控制器,利用李雅普诺夫理论证明稳定性。将电流控制器中的NESO观测值进行计算,得到电机的转子位置和转速估计值,构成无速度传感器的永磁同步电机调速系统。仿真结果表明了该方法的有效性。

基于滑模ESO转速辨识的永磁同步电机滑模自抗扰控制

针对传统的自抗扰控制(ADRC)方法参数整定和响应速度问题,提出了一种新型的滑模自抗扰控制结构,构成了基于滑模扩张状态观测器(ESO)转速辨识的永磁同步电机(PMSM)滑模自抗扰调速系统。利用非线性干扰观测器(NDOB)取代ESO的综合扰动估计项,并对q轴电流以及d轴、q轴电压进行直接补偿,同时将滑模控制引入到非线性状态误差反馈控制律中,设计了滑模自抗扰电流控制器和速度控制器。在ESO转速辨识中引入滑模控制,得到电机的转速估计值和转子位置,构成基于滑模ESO转速辨识的永磁同步电机调速系统,利用李雅普诺夫理论证明其稳定性。仿真结果表明了该方法的有效性。

基于滑模自抗扰的电动汽车电制动系统动态负载模拟

为了准确模拟传动系弹性和齿隙作用下电制动系统的非线性机械负载运动,本文在研究时运用了滑模自抗扰的测试算法。通过了解电动汽车电制动系统的工作原理,在构建相应系统模型的基础上进行模拟分析。对当前我国电动车运行而言,最受人关注的就是续航里程和汽车充电等问题。而制动系统作为保障电动汽车运行安全的核心装置,在很多情况下,只要松掉油门就能制动,原因在于其与传统燃油汽车的制动系统原理存在较大差异。

基于滑模自抗扰的永磁同步电机控制

针对基于自抗扰原理的永磁同步电机控制存在待整参数多和参数物理意义不明显等问题,提出一种改进滑模自抗扰控制算法。首先,利用滑模趋近律构建出最优控制函数,将扩张状态观测器及非线性误差反馈控制律中的fal函数用最优控制函数代替,从而减少待整参数,完成对非线性自抗扰控制器结构的优化。其次,使用李雅普诺夫函数对改进滑模自抗扰控制器的稳定性进行分析。最后,采用Matlab仿真验证该算法的可行性。仿真结果表明:永磁同步电机调速系统采用改进滑模自抗扰控制器后,既能保留非线性自抗扰法无超调起动和抗负载扰动能力强的优点,又能提高永磁同步电机调速系统的动态稳态性能。

一种基于滑模自抗扰控制器的风电机组变桨距控制策略

为了改善风力发电系统在恒功率区的性能,提出了一种基于滑模自抗扰控制器的变桨距控制策略.在高于额定风速的风况下,通过变桨控制器改变桨距角,保证风力发电机输出功率稳定在额定功率附近.通过MATLAB仿真软件对所提变桨距控制策略与PID控制策略对比,仿真结果表明:基于滑模自抗扰控制器的变桨距控制策略下的风力发电机组能够使输出功率稳定在额定值,具有系统响应速度快和较好的抗扰动能力.

动基座桥式起重机滑模自抗扰消摆跟踪控制

浮式桥式起重机吊运作业易受动基座运动的影响,属于一类动基座桥式起重机,为实现精准、快速、小摆动地将负载运送至指定位置,提出了一种基于滑模自抗扰控制(SM-ADRC)的动基座桥式起重机消摆跟踪控制方法。首先,推导了浮式桥式起重机系统的动力学模型;构造了线性扩张状态观测器(LESO),设计了具有小车运动轨迹跟踪和负载消摆功能的鲁棒滑模自抗扰控制器,很好地适应了动基座和起重机复合运动引起的强扰动作用;然后,采用Lyapunov原理理论证明了控制器的稳定性;最后,通过数值仿真实验验证了所提方法的控制效果。研究结果表明:相比普通滑模控制(SMC)方法,滑模自抗扰控制方法对小车位置的控制时间减少了3 s,对负载摆角的控制时间减少了10 s,控制精度和鲁棒性也较普通滑模控制有所提升;该控制方法可满足浮式桥式起重机系统对控制性能的要求。