一种改进积分滑模面在飞控中的应用

针对传统积分型滑模面容易产生积分饱和从而导致超调量大的缺点,在Seshagiri和Khalil设计的条件积分型滑模面的基础上,提出了一种改进积分型滑模面,其可以根据系统的状态通过调节因子对积分项进行削弱来防止积分饱和。同时对调节因子的取值范围进行了讨论。并将改进积分型滑模面应用到导弹的俯仰角速度跟踪滑模控制器设计中,对舵机输出受到干扰的情况进行了仿真。理论分析和仿真研究表明,改进积分型滑模面形式简单,便于工程实现,在其基础上设计的滑模控制器在受到类似脉冲干扰的情况下几乎没有超调和具有较短的调节时间。

带角度约束的三维积分二阶滑模拦截制导律

针对导弹在三维场景中以期望角度拦截加速度未知的机动目标问题,提出了一种考虑角度约束的三维拦截制导律。首先,建立了三维弹目非线性拦截制导模型;其次,设计了一种全滑动模态的积分滑模面,省去了传统滑模制导律中的滑模趋近阶段,有效地降低了拦截制导过程中的能量消耗;而后,基于设计的积分滑模面和二阶滑模控制理论,在弹目视线法向和侧向上分别设计了一种带角度约束的三维积分二阶滑模拦截制导律,有效地抑制了抖振现象,同时对目标机动造成的未知干扰进行了在线补偿;此外,对所设计算法进行了严格的Lyapunov稳定性数学证明;最后,数值仿真结果验证了本文所提三维拦截制导律的有效性、优越性以及抗干扰的鲁棒性。

基于改进超螺旋算法的永磁同步电机快速积分终端滑模速度控制

针对永磁同步电机伺服系统的滑模速度控制存在抖振和鲁棒性不强问题,采用改进积分终端滑模面与广义超螺旋相结合的方法设计转速控制环。提出分段滑模面的方法设计改进的快速积分终端滑模面,可以使得抖振问题得到明显改善;设计改进的广义超螺旋控制器作为切换控制,能够更好地改善系统的动态特性,并证明了此算法的稳定性。仿真结果表明:该方法具有抑制抖振性能强、收敛速度快和跟踪性能好等优点。

基于积分型滑模面的无刷直流电机滑模调速控制算法

针对无刷直流电机负载运行时稳态转速跟踪误差大,转矩脉动明显的问题,提出了基于积分型滑模面设计的一种滑模控制算法,搭建了速度调节采用滑模控制,电流调节利用PI控制的调速控制系统仿真模型,并进行仿真实验研究。仿真实验结果表明,与PI控制算法和模糊PI控制算法的控制系统相比,该系统动态响应快速,负载运行时跟踪转速误差小,转矩脉动不明显,电机参数变化影响小,系统鲁棒性强。

基于扩展观测器的永磁同步电机快速积分终端滑模控制

为了优化永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态性能,使用滑模控制的PMSM控制系统的非线性速度控制算法。提出一种新的快速积分终端滑模面(FITSMC),以提高传统积分终端滑模控制在速度误差远离平衡点时的跟踪误差收敛速度。针对高切换增益引起的大抖动现象,提出一种改进的抗干扰滑模速度控制器,该方法引入扩展状态观测器观测集中扰动,并在FITSMC中添加前馈补偿项。最后,通过仿真验证所提控制方法的有效性。结果表明:采用FITSMC替代传统的PI控制器,可以有效地降低动态速度跟踪误差。通过与传统方法进行比较,验证了所提方法(FITSMC+ESO)的优越性。

基于线性自抗扰控制的船舶航迹积分滑模控制器

为解决欠驱动船舶航迹直线和曲线跟踪控制问题,选取能解决航向不稳定等非线性问题的Bech模型,借助双曲正切函数,构造期望艏向方程,将航迹控制问题转化为航向控制问题。设计3阶跟踪微分器,对期望艏向及其微分信号进行精确提取。采用变结构积分滑模面函数设计非线性误差反馈控制律,加快系统收敛速度,提出基于线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)的船舶航迹积分滑模控制器。该控制器的线性扩张状态观测器对系统内外总扰动进行在线估计与实时补偿;引入Hurwitz多项式,减少需整定的参数。仿真结果表明,航迹收敛快速准确,无超调,对外界干扰具有较强的鲁棒性。控制器参数具有一定的普适性,故其适用范围广。

基于干扰估计的磁悬浮支承离散积分滑模控制

针对磁悬浮支承系统复杂非线性、参数时变、强扰动的特点和高精度数字控制要求,设计了基于干扰估计的离散积分滑模磁悬浮支承控制器。控制器采用了离散型积分滑模面,以有效抑制系统受外界扰动后的稳态跟踪误差积累,提高系统的静态跟踪特性;研究了外部干扰项的离散迭代估计方法,以使切换控制律具有依据外部干扰项而实时自适应调整的能力,增强系统的全局鲁棒性能和跟踪速度。仿真与实验结果表明,所提出的控制方法的整体控制性能较传统数字PID控制在动、静态和鲁棒性上具有更好的表现,适于磁悬浮支承系统的数字控制实现与高性能控制。

基于复合积分滑模的永磁同步电机硬件在环位置控制

为了提高永磁同步电机位置控制系统在启动阶段位置响应的快速性以及负载扰动时位置响应的鲁棒性,基于分数阶微积分理论,引入状态变量的分数阶积分项,提出一种非线性复合积分滑模面,设计了相应的复合积分滑模控制器,并通过Lyapunov定理证明其稳定性。采用线性二次型调节器方法设计了控制器的参数,并在基于SIMULINK/QuaRC的PMSM硬件在环实时控制系统中,对所提控制算法做了性能测试与对比试验。实验结果表明,所提方法在位置响应的快速性以及对负载扰动的抑制能力方面,优于传统整数阶积分滑模控制方法。

不确定非线性系统自适应反演积分滑模控制

针对一类n阶参数严格反馈型非匹配不确定非线性系统,提出一种自适应反演快速积分终端滑模控制方法。控制的前n-1步采用标准自适应反演控制策略并给出自适应律,第n步构造出一种积分非奇异终端滑模面。为降低控制量抖振,将滑模终端吸引子思想引入滑模面的设计中,进而求出系统总控制律,从而消除非匹配不确定性影响并提升系统的动态性和鲁棒性。通过Lyapunov理论证明系统状态在有限时间内收敛。最后,对比仿真实验验证了所提控制方法的有效性。

采用分数阶趋近律的汽车ABS积分滑模控制研究

为研究和评价ABS性能,以单轮车辆模型为基础,建立了单轮车辆动力学模型、轮胎模型及滑移率与附着系数的数学模型。在此基础上,提出了一种采用分数指数趋近律的汽车防抱死制动系统滑模变结构控制策略。这里主要采用含积分的滑模函数来设计切换函数,并结合分数阶指数微分方程、F-函数定义与性质,设计了分数阶指数趋近律。然后以实现高精度的滑模控制为目标,推导得到控制器总的等效控制输出。同时,在Matlab/Simulink中进行系统建模和仿真实验。结果表明:相比整数阶的汽车防抱死滑模控制系统滑移率能够更快、更准的跟踪达到期望值,制动时间和制动距离明显降低。

船舶航向线性自抗扰积分滑模控制

针对能更加精确地描述船舶动态性能的Bech模型航向控制问题,构造三阶跟踪微分器,对期望航向及其微分进行精确提取,提出了一种基于线性自抗扰的积分滑模航向控制器。该控制器采用线性扩张观测器对实际航向与内外界总扰动进行在线估计与补偿;引入积分滑模面函数,设计非线性误差反馈控制律,加快系统的收敛速度。采用Hurwitz多项式,简化控制器,实现控制器参数化。由仿真结果可知,控制器能快速准确地跟踪到期望航向,对参数摄动与外界干扰具有较强的鲁棒性。该控制器设计结构简单,线性自抗扰与变结构积分滑模面相结合的控制器设计提升了控制品质。

永磁同步电机的分数阶新型复合积分滑模控制

为了改善负载的扰动性和系统参数变化对永磁同步电机性能的影响问题,提出了一种新型的非线性的复合积分滑模面,设计了基于分数阶的复合积分滑模控制系统,引入了终端吸引子这一概念,外环加入了扩张观测器用来对外界的扰动进行在线估测,设计了分数阶的复合积分滑模速度控制器。仿真结果表明,该控制器具有快速的收敛性和对负载扰动有较强的鲁棒性。

基于模糊时变滑模的永磁同步电机调速系统设计

针对永磁同步电机突然加入负载时存在的转速波动和不稳定问题,提出一种基于积分时变滑模面和新型模糊增益趋近律的滑模调速方法。采用积分时变滑模面,在传统积分滑模面中加入一个时变项,借此提升系统的响应速度。改进传统的指数趋近律,加入非线性函数来削弱系统的抖振,同时根据不同的系统状态用模糊算法整定趋近律增益参数,着重于提升趋近速度和系统抗扰动能力。最后,使用李雅普诺夫稳定性判据证明了该控制系统的稳定性。在MATLAB/Simulink环境下将此控制策略与传统滑模控制策略进行对比,仿真结果表明:采用此控制方法的系统响应速度更快、抑制系统扰动和抖振的能力更强,具备更好的综合性能。

马尔可夫跳变系统的奇异自适应滑模控制

该文采用奇异系统方法研究了转移速率部分已知的、具有匹配非线性和匹配外部扰动的连续时间马尔可夫跳变系统的自适应积分滑模控制问题.首先,按照奇异系统方法设计积分型滑模面,进而结合原系统及滑模动力学可得奇异马尔可夫跳变系统;其次,以线性矩阵不等式的形式给出了保证所得奇异马尔可夫跳变系统随机容许性的充分条件;紧接着在这一条件下,结合自适应控制来保证状态轨迹对积分滑模面的可达性;最后通过仿真案例验证了所得结果的有效性.

基于负载转矩观测的矿用牵引电机积分滑模控制

为了改善电机车牵引电机速度控制性能,提高系统抗扰性能和对参数变化的鲁棒性,提出了在控制系统的速度控制器中用积分滑模代替传统PI控制。设计了负载转矩观测器对负载转矩实时观测,将观测值加入到控制中,提高了在负载突变时的速度控制能力。仿真表明,负载转矩观测器能快速、准确地观测负载转矩,带负载观测的滑模转速控制对负载扰动和转子电阻有较强的鲁棒性,有效地抑制了滑模控制的固有抖振。

一种积分型切换函数的滑模控制算法在倒立摆系统中的仿真应用

针对实际控制系统的非线性和某种程度上存在扰动的特点,采用基于积分切换函数的滑模变结构控制算法不仅能减小由于扰动带来的稳态误差,同时对抑制抖振现象有很好的效果。另一方面为了使系统能够快速到达切换面,在指数趋近律的基础上增加变速部分保证整个趋近过程用时很短。将此算法应用到一级倒立摆系统中进行仿真验证,仿真结果显示了此算法克服抖振的效果。

拦截大气层内机动目标的自适应积分滑模制导律

针对大气层内机动目标拦截的末制导问题,提出了一种自适应积分滑模制导律。基于抑制弹目视线旋转的原则,设计了一种视线转率收敛速率可调的跟踪剖面,选取跟踪误差与其积分为状态变量,采用状态有限时间收敛的积分滑模面与快速趋近律推导得到了积分滑模制导律。为了处理未知的目标机动项,提出了一种自适应算法,对目标机动项上界的平方进行估计,构成了自适应积分滑模制导律,并证明了其有限时间收敛的特性,给出了各状态变量的收敛域。最后,将制导律转换成适用于大气层内拦截的形式。仿真结果表明,所提制导律能够精确拦截机动目标,剖面跟踪误差收敛速度快,过载分布均匀,能量消耗少,并具有良好的噪声特性,易于工程实现。

基于滑模技术的液态肥流量高精度控制方法

为了提高液态化肥的利用率,提出了一种基于滑模技术的液态肥流量高精度控制方法。首先,分析了电动调节阀控制液态肥流量的工作过程,并建立了液态肥流量控制模型;然后,针对电动调节阀中的阀门开度、电机转速和电机角加速度设计了积分滑模面,并提出了滑模控制律;最后,对液态肥流量控制系统进行了稳定性分析。试验结果表明:设计的滑模控制方法具有快速性和准确性,响应时间小于0.6s,阀门开度最大误差仅为0.01cm,液态肥流量最大误差仅为1mL,液态肥流速最大跟踪误差仅为0.1mL/s,在对番茄液态肥实测中最大流量误差也仅为0.03mL,控制精度较高,可实现精准施肥。

新型变倾斜参数S型函数的积分滑模水下机器人控制方法研究

研究了水下机器人轨迹的滑模跟踪控制。针对滑模抖动对系统稳定性的影响,设计了一种基于变倾斜参数sigmoid函数的积分滑模切换函数。基于这个函数设计的控制器在避免抖振现象的同时,保持了高控制精度,且能抑制传统积分滑模控制器常见的超调现象。该控制方法有效性已通过理论证明和仿真实验得到了验证。

基于非线性积分滑模补偿的永磁同步电机无差拍预测控制

无差拍预测电流控制能为电流环提供良好的动态性能,但电机模型参数与电机实际参数失配时会产生电流静差,使电机无法输出准确额定转矩。设计了一种非线性积分滑模电流静差补偿算法,将参数失配导致的电流静差转化为电压补偿量添加到预测控制中,相比于常规积分滑模补偿算法,该控制算法既能有效补偿存在的电流静差,又能改善误差过大而导致的积分饱和、调节时间过长等问题,改善了系统的暂态性能;采用改进的幂次趋近律可保证滑模面的可到达性,又能抑制抖振。最后通过仿真验证了该算法能够有效、快速地消除电流静差。