基于摩擦补偿的两轴直驱伺服进给系统自适应非线性滑模轮廓控制

为满足两轴直驱伺服进给系统的高精度加工要求,提出一种基于摩擦补偿的自适应非线性滑模轮廓控制(ANSMCC)方法,以兼顾加工精度和响应速度要求。建立适用于大曲率轮廓加工的等效轮廓误差模型,同时考虑系统中存在的不确定性动态的影响,建立准确且能实时补偿的改进LuGre非线性摩擦力动力学模型。为提升两轴直驱伺服进给系统轮廓性能,设计基于非线性滑模面的ANSMCC方法,其中非线性滑模面包含轮廓误差分量,通过改变非线性滑模面中增益矩阵值的大小可实时改变系统的阻尼比,从而协调轮廓误差与系统响应速度的关系。实验结果表明,所提方法可以克服系统运行过程中不确定性动态的影响,准确跟踪大曲率轮廓曲线,提高轮廓加工精度。

基于参考调整轮廓误差的直驱XY运动平台自适应非线性滑模轮廓控制

针对精密直驱XY运动平台在执行加工任务时,易受到系统不确定性动力学及双轴协调匹配性的影响而产生轮廓误差的问题,提出一种基于参考调整轮廓误差(RACE)模型和不确定性补偿器(UC)的自适应非线性滑模轮廓控制(ANSMCC)方法。由于传统的将跟踪误差法向分量视作近似轮廓误差的方法并不适用于大曲率轮廓加工轨迹,因此,建立参考调整坐标系,通过坐标变换的方式计算得出更为精准的RACE模型。采用ANSMCC方法对轮廓误差进行控制,通过设计非线性滑模面可以有效提高系统的动态响应速度和轮廓跟踪精度。为进一步减小参考模型与实际对象之间的误差,设计UC对不确定性动力学进行补偿,从而提高系统的鲁棒性。实验结果表明,该方法能够有效克服直驱XY平台系统中不确定性动力学的影响,提高轮廓加工精度。

永磁直线同步电机自适应非线性滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服控制系统易受参数变化、外部扰动、非线性摩擦力等不确定性因素的影响,采用了一种自适应非线性滑模控制(ANLSMC)方案。首先,建立了含有不确定性因素的PMLSM动态方程,然后,通过速度作为状态变量的非线性函数和广义滑模面相结合,设计了非线性滑模面,这样不仅提高了系统的响应速度,而且增强了系统的鲁棒性。通过自适应控制在线调整趋近律中的控制增益来调节系统状态轨迹到达滑模面的趋近速度,削弱了抖振现象,同时减少了系统跟踪误差,进而提高系统的控制精度。最后,实验结果表明所采用的控制方案有效可行,与滑模控制(SMC)和非线性滑模控制(NLSMC)相比,ANLSMC不仅提高了系统的响应速度,而且改善了系统的跟踪精度和鲁棒性能。

欠驱动船舶非线性滑模靠泊控制器

为了准确控制典型靠泊操纵,分析了带有加速度非完整约束的欠驱动水面船舶的自动靠泊问题,设计了动态输出反馈控制器。利用递归分解迭代设计方法,在扩展状态空间定义了非线性滑模,将控制系统的轨迹设计与跟踪问题转化为标量零阶系统的镇定控制问题,结合增量反馈技术,无需对不确定模型参数以及风、流干扰进行估计,完成典型靠泊操纵的自动控制。仿真结果表明:控制器对干扰变化不敏感,具有强的鲁棒性,且船舶平面运动轨迹设计过程简单,可以仅通过一个参数进行轨迹调节。

船舶航迹迭代非线性滑模增量反馈控制算法

分析了带有状态变量及控制输入约束条件的欠驱动船舶航迹控制问题,结合增量反馈技术,对控制系统输出进行动态非线性滑动模态分解迭代设计,提出了一种基于分解迭代非线性滑模的船舶航迹增量反馈控制方法,以避免定常干扰引起的稳态误差及变结构控制的抖振问题,无需对不确定风、流干扰以及模型参数进行估计,能够同时稳定船舶的航向和航迹。应用“育龙”轮的系统模型进行了仿真,结果表明,控制器对系统参数摄动及外界干扰不敏感,具有强的鲁棒性,且其设计参数物理意义明显,易于调节。

空空导弹敏捷转弯的分段线性滑模控制设计

研究了空空导弹越肩发射敏捷转弯的复合执行机构姿态控制问题。针对一个直接侧向力装置安装在弹体尾部的导弹建立俯仰通道运动的数学模型,引入非光滑Lipschitz连续滑模控制,并利用非光滑分析的方法给出了分段线性滑模面的稳定性证明,然后采用气动舵控制作为等效控制,直接力控制作为切换控制的思想设计滑模控制律。数值仿真结果验证了分段线性滑模控制能改善常规线性滑模控制的性能,使得指令跟踪误差减小,复合控制效率提高。

基于非线性滑模面的多PMSM变结构同步控制

针对目前广泛应用饱和函数来削弱多电机线性滑模变结构同步控制的抖振时,同步控制的精度和削弱抖振之间的矛盾,提出了非线性滑模面变结构控制,这种控制方法在运用饱和函数削弱抖振的同时保证了同步控制的精度。建立了基于耦合补偿原理的多电机相邻交叉耦合环形系统。并将基于相邻交叉耦合环形系统的非线性滑模面变结构控制分别与同样基于此的线性滑模面变结构控制和PID控制进行对比,结果表明非线性滑模面变结构同步控制系统,具有更高的同步控制精度、更强的削弱抖振能力,同时系统的鲁棒性也较高。

单级倒立摆迭代非线性滑模位移控制

针对倒立摆的位移控制,提出一种非线性滑模变结构控制方法.通过对系统输出的递归分解迭代设计,构成了扩展状态空间上的复杂非线性滑模,结合增量反馈控制,无需对系统不确定性的估计,可以稳定摆的倒立并将小车驱动到任意的距离.非线性滑模分解迭代方法结构简单、易于实现,设计过程的物理意义明显,利于参数整定保证控制系统稳定性以及分析输出特性.仿真结果表明,小车位移稳定时间、最大移动速度以及位移过程中摆角最大幅度均可通过设计参数调节,且控制器对倒立摆系统参数变化不敏感、具有强鲁棒性和良好的控制品质.

煤层气水力压裂非线性滑模控制器设计

针对在煤层气开采过程中多个水力压裂水泵电动机的协调同步控制问题,提出了非线性滑模控制的方法,给出了水力压裂开采非线性滑模控制器的设计方法,并结合煤层气水力压裂系统对控制器性能进行了分析。仿真分析和实验结果表明,采用非线性滑模控制器后,在煤层气压裂开采中,煤层气的浓度和单孔流量均有较大程度提高。

基于非线性滑模面的永磁同步电机变结构控制

目前大多采用饱和函数来削弱永磁同步电机滑模变结构控制的抖振,并且饱和函数的边界层厚度越大削弱抖振的能力越强,但这样会降低电机控制的最终精度。为了解决在采用饱和函数时,削弱抖振和提高控制精度之间的矛盾,提出了非线性滑模面。把非线性滑模面和饱和函数结合起来,既能很好地削弱抖振又能提高控制的精度,最后通过分析仿真证明了这点。

基于扩张观测器的倾转旋翼无人机非线性滑模姿态控制

倾转旋翼无人机具有垂直起降和长续航的特点,其潜在的应用前景受到了广泛的关注。但倾转旋翼无人机存在强耦合、非线性和扰动不匹配等问题,这给其姿态控制器设计带来了很大的挑战。本文基于改进的自抗扰算法,将扩展状态观测器(ESO)与非线性滑模控制(NSMC)相结合,利用ESO-NSMC(ENC)设计了倾转旋翼无人机姿态控制器,建立了倾转旋翼无人机六自由度非线性数学模型,利用扩张状态观测器对系统的状态和扰动进行估计,设计了非线性滑模控制器以实现有限时间收敛。仿真结果表明,与RSM相比,ENC在悬停、前飞和过渡模式下的平均收敛时间提升率为58.6%、19.6%和3.28%,抗干扰能力分别提升83.5%、25.6%和66.4%,证明该方法具有较好的控制效果和鲁棒性。

基于干扰观测器的机械臂非线性滑模控制

针对机械臂在轨迹跟踪时对内部参数扰动及外界干扰较为敏感的特性,设计了一种基于干扰观测器的机械臂非线性滑模控制策略。根据系统动力学模型和Lyapunov稳定性理论,对系统的不确定性和外部干扰采用干扰观测器进行观测,同时设计非线性滑模控制器,构造Lyapunov函数,验证系统的稳定性。在此基础上设计系统控制律,控制律对未观测的干扰进行补偿,保证系统的稳定性,提高机械臂的跟踪性能。仿真结果表明,该策略能较好地克服多种因素引起的干扰,改善系统的控制性能。

电网电压不平衡下MMC-SST反馈线性化滑模控制策略

将模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)投入到固态变压器(solid state transformer,SST)系统中时通常采用比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制方法,但这种策略存在参数选取繁杂、动态性能较差的缺点。为了提高系统的动态性能并简化参数选取,提出了MMC-SST反馈线性化滑模控制策略。首先建立了MMC-SST整体仿真模型。然后建立了采用反馈线性化滑模控制的MMC-SST控制模型。最后利用MATLAB/Simulink平台将所提的控制方法与常规PID控制策略作了仿真比较,验证了所提反馈线性化滑模控制策略具备参数选择容易、动态性能优良的优势。

基于非线性干扰观测器的模糊自适应滑模控制

为了提高上肢康复外骨骼机器人在轨迹跟踪康复训练的精度及速度,提出了一种基于非线性干扰观测器的模糊自适应滑模控制方法。通过拉格朗日法,建立动力学模型以分析其动力学特性。提出将外骨骼工作中受到的扰动分为两部分的思路,采用模糊自适应控制的方法对摩擦部分进行估计,设计了非线性干扰观测器对系统外部慢时变干扰部分进行估计并进行力矩补偿。针对传统滑模控制中存在的抖振问题,结合新型趋近律设计了新型非线性滑模控制器,采用Lyapunov稳定性理论分析其稳定性。通过Matlab/Simulink进行控制仿真。研究结果表明,该控制方法可以克服摩擦干扰、外部扰动以及建模误差带来的不确定性,有效提高了外骨骼机器人轨迹跟踪的精度,在提高收敛速度、降低抖振等方面具有一定的优势。

液压外骨骼机器人非线性模糊滑模控制方法

针对液压外骨骼机器人系统建模困难的问题,提出一种利用自适应模糊逼近方法来实现对滑模等效控制的逼近,不需要对机器人的未知参数进行预先估计,同时设计可调参数的自适应调节律,增强系统的鲁棒性,引入一种类势能函数设计具有非线性积分项的滑模面,当误差较大时,积分效应适当减弱,防止产生较大的超调量;当误差较小时,积分效应适当增强,减小稳态误差。利用李雅普诺夫方法论证了该闭环控制系统的稳定性,并使用模糊切换方法来消除滑模控制抖振。最后,对液压助力外骨骼机器人系统进行轨迹跟踪及外干扰实验,结果验证了该方法的有效性,控制输出能快速平稳地跟随参考位置信号,且具有一定抗干扰能力。

基于非线性模糊滑模控制算法的多缸液压设备同步控制研究

为满足液压设备多缸同步操作的控制需求,提出一种针对多缸液压设备的非线性模糊滑模控制算法;以多缸液压设备的控制特性为基础建模,获取模型切换函数;借助液压缸与负载力平衡方程,完成多级液压缸的换级处理,再联合液压设备同步速度计算结果,确定节流缓冲控制条件,实现对设备的同步控制;利用AMESim软件设计仿真实验,得到加速度、速度、位移差三项指标数值,其中加速度最大值为0.013 m/s^(2)、速度最大值为0.031 m/s、位移差最大值为0.38 m,数值分析结果显示非线性模糊滑模控制算法能够更好地控制多缸液压设备的同步操作需求,控制效果显著优于传统控制算法。

水雷出水突变非线性滑模自适应反演弹道控制

针对水雷攻击空中目标时出水瞬间数学模型发生突变、速度变化大,引起大范围参数变化问题,提出了突变过程非线性滑模和自适应反演控制方法.将参数自适应调整与变结构控制相结合,设计了弹道状态变化非线性跟踪控制器,此时系统动态由弹道特性参考模型来预测和调节,简化了切换函数设计,克服了模型参数变化的敏感性.通过出水攻击弹道控制系统实验,验证了此方法的适用性.实验和仿真数据表明,所设计的控制系统适用于出水突变过程,并对系统参数摄动和干扰具有较强的鲁棒性.

一类非线性系统的滑模控制稳态精度研究

针对一类非线性系统的线性滑模控制和Terminal滑模控制稳态精度问题,分析使用饱和函数代替滑模控制律中符号函数的线性滑模控制和Terminal滑模控制系统的稳态误差与饱和函数宽度的数值关系,得出两者的数学表达式,为协调既削弱滑模控制的颤振又保证稳态精度的滑模控制系统的饱和函数宽度的选择提供了理论依据。定量地比较线性滑模控制和Terminal滑模控制的稳态精度,得出了Terminal滑模控制比线性滑模控制有更好稳态精度的结论,通过数值仿真算例证明理论分析的正确性。

基于积分Backstepping的船舶航向非线性滑模控制

设计一种基于积分Backstepping的船舶航向非线性滑模控制器,实现船舶在大幅度改向操纵运动中航向准确快速跟踪控制。在采用Bech船舶操纵运动数学模型精确描述船舶大幅度改向运动性能的基础上,利用反演法设计航向改变控制算法,引入积分控制环节消除模型参数不确定性和风、浪、流等干扰影响,借助Lyapunov稳定性定理证明控制系统渐近稳定。对实船的仿真对比可知,本文设计的船舶航向控制器性能优越,控制舵角合理,控制输出航向对本船参数摄动及外界干扰不敏感,具有较强的鲁棒性.

汽轮发电机非线性协调滑模稳定控制

汽轮发电机的励磁系统、汽门控制系统以及灵活交流输电系统(FACTS)的成员对电力系统的稳定性有很大的影响.针对含有FACTS(TCSC/SVC)的单机无穷大输电系统提出一种新型的励磁、汽门和FACTS的协调控制器,从而提高了电力系统的稳定性.在反馈线性化理论的基础上,该协调控制器对包含可控串联补偿(TCSC)、静止无功补偿(SVC)、励磁和汽门控制的多输入多输出系统非线性数学模型,进行反馈线性化;然后,对于线性化后的伪线性系统,采用滑模变结构控制,得到一个最终的非线性滑模协调控制器.仿真结果表明:在基于非线性滑模控制的FACTS、励磁和汽门的新型协调控制器作用下,电力系统具有更好的动态响应和更强鲁棒性.