基于转子磁链和扰动观测器的异步电机自适应反步控制

针对转子电阻摄动和内外部扰动问题,设计了自适应反步控制方法来调节电机速度。首先,提出了一种改进指数趋近律的滑模磁链观测器,估算转子磁链并根据所得磁链计算出转子磁链角。其次,采用扰动观测器估计电机系统中出现的模型不确定性和负载扰动等。再次,利用反步控制法,求解出虚拟控制律和转子电阻自适应律,并设计自适应反步控制器。最后,将所设计的控制方法与传统反步控制方法进行对比,实验结果表明,所提方法的动态过程响应速度快、超调小,稳态过程跟踪精度高,且具有良好的抗干扰能力。

感应电机效率优化的自适应反步控制研究

针对感应电机的效率优化问题,推导出最优转子磁链表达式,在电机参数变化和负载扰动情况下,提出一种基于自适应反步法的感应电机效率优化控制方案,保证感应电机驱动系统的控制性能,提高系统的稳态运行效率。在转子磁链和电机转速不可测时,能够实现跟踪误差在原点全局稳定。采用跟踪微分器(TD)得到给定转子磁链和转速的微分。仿真和实验结果表明,在保证驱动系统本身控制性能的前提下,该方法实现了系统稳态运行高效率,与传统的PI调节器矢量控制方式相比,提高了轻载时系统的动态响应速度,具有实用价值。

具有不确定参数永磁同步电动机的自适应反步控制

针对永磁同步电动机系统的非线性耦合特性以及参数的不确定性,采用自适应反步控制实现永磁同步电动机的非线性控制,在补偿参数不确定性影响,提高系统的抗干扰能力的同时,实现了永磁同步电动机的高性能全局渐近稳定速度跟踪控制.采用二阶滤波环节平滑速度指令,实现了理想无超调的快速速度跟踪控制.仿真结果证明了所提出方法的有效性.

基于改进LuGre摩擦模型的机器人关节模糊自适应反步控制

为实现机器人关节在非线性摩擦和外界未知干扰力矩等因素影响下的精确和稳定控制,通过改进LuGre摩擦模型来描述系统的非线性摩擦特性,采用自适应算法进行摩擦补偿来逼近摩擦力的变化,并采用模糊神经网络逼近外界未知干扰力矩对系统的影响.引入正切障碍李雅普诺夫(Lyapunov)函数对输出信号进行约束,使误差被限制在给定范围之内.利用双曲正弦函数跟踪微分器解决了虚拟输入微分引起的“微分爆炸”和一阶滤波器精度差问题,将自适应控制方法与反步控制理论相结合,提出了一种带摩擦补偿的模糊自适应反步控制方法.利用Lyapunov判据证明了闭环系统的所有误差最终一致有界,并通过仿真得出本文所提出的控制方法相比于传统PID与神经网络动态面控制(Radial Basis Function Dynamic Surface Control,RBFDSC),位置跟踪误差分别提高了近7.5%和3%;当LuGre模型参数变化时,自适应算法也可以精确对摩擦力进行跟踪补偿,从而验证了本文所提出的控制策略的有效性和鲁棒性.

基于模糊干扰观测器的电液伺服位置系统自适应反步控制

针对具有输入饱和的非对称缸电液伺服系统的位置跟踪控制问题,提出一种基于模糊干扰观测器的自适应动态面反步控制方法。首先,为便于系统控制器的设计,将系统模型等价转化为严格的反馈形式,并考虑了伺服阀控制信号存在的输入饱和问题;其次,通过构造模糊干扰观测器对系统中由参数摄动、负载扰动等构成的复合干扰进行了观测估计;再次,将反步控制与动态面控制相结合完成了非对称缸电液伺服位置系统控制器的设计,有效地增强了系统的鲁棒稳定性,并解决了反步控制中的“计算膨胀”问题;稳定性分析结果表明,闭环系统的所有信号均一致最终有界。最后,基于某650 mm冷带轧机电液伺服系统的实际数据进行了仿真对比研究,仿真结果验证了所提方法的有效性。

永磁同步电动机自适应反步控制的建模与仿真

设计了一种基于自适应反步控制的永磁同步电动机非线性速度控制器,采用二阶滤波环节平滑速度指令。在设计非线性速度控制器的同时,进行不确定参数及负载力矩的在线自适应估计。建立了采用该控制器的永磁同步电动机速度伺服系统仿真模型。仿真结果表明,所设计的非线性控制器保证了系统的全局一致稳定性,永磁同步电动机伺服系统获得了很好的跟踪效果,并且对参数不确定性及负载力矩扰动具有很好的鲁棒性。

链式静止同步补偿器自适应反步控制器

针对链式静止同步补偿器(STATCOM)系统非线性特性,提出一种链式STATCOM自适应反步控制器。该控制器采用反步法的递归思想获得链式STATCOM的虚拟控制输入,并根据确定性等价原理设计系统的中间控制率,利用该中间控制率完成电压控制器设计。通过中间控制率和实际控制率的偏差量构造系统的李雅普诺夫方程,利用李雅普诺夫的渐近稳定性原理,获得能够保证链式STATCOM系统稳定的控制输入和系统参数的自适应率。实验结果进一步验证了所设计自适应反步控制器的正确性和有效性。

阵风干扰下无人直升机轨迹的自适应反步控制

针对小型无人直升机系统,提出了一种基于双环控制策略的设计方法:将快速变化的姿态控制作为系统的内环,相对缓慢变化的轨迹控制作为系统的外环。建立了在阵风干扰下无人直升机系统的数学模型,为了更好地设计控制器,对模型进行了适当的简化,即忽略了"小体力"的影响。考虑到质量m和惯性矩矩阵J存在不确定性(未知)的情况,设计用自适应律在线估计不确定参数和阵风扰动,设计了一个自适应反步控制器。然后,应用Lyapunov方法,证明了未简化模型的闭环控制系统的稳定性。最后,通过仿真验证了该方法的有效性。

基于新型伸缩因子的PMSM模糊自适应反步控制

目的为了解决包装机驱动控制系统在非线性因素的影响下,工作效率和产品质量大大降低的问题,提出一种基于新型伸缩因子的模糊自适应反步控制策略。方法在传统自适应反步控制算法的基础上加入转速误差积分值对电流进行补偿,引入积分重置环节防止积分饱和引起调速时的超调和振荡,设计一种新的变论域伸缩因子,优化模糊推理模块,以在线整定转速反馈增益和自适应增益。结果通过MATLAB/SIMULINK仿真结果表明,改进后的控制器通过对交轴电流值进行补偿,使参数摄动对系统的影响大大降低,并根据转速误差及其变化率自适应调整增益,进一步提高了控制系统的转速动态响应性能。结论与常规传统PID控制系统和未优化的反步控制系统相比,文中优化后的控制器能增强被控系统的稳定性,缩短速度响应时间,具有更优的鲁棒性和动静态性能。

SWISS整流器的自适应反步控制

针对PI控制SWISS整流器的动态抗扰动性能较弱的问题,以SWISS整流器等效电路的状态方程为基础,结合自适应反步控制的基本原理,设计SWISS整流器以直流侧负载为系统不确定性参数的自适应反步控制器,并对其稳定性进行证明。仿真对比分析结果表明,相较于传统双闭环PI控制,自适应反步控制的SIWSS整流器具有更优越的稳态输出特性和抗负载突变扰动等动态响应性能,并通过基于RT_BOX的半实物实验平台进一步验证了仿真结果的正确性和自适应反步控制策略的有效性。

大粘滞摩擦因数的永磁伺服系统自适应反步控制

对于粘滞摩擦系数大的永磁伺服系统,传统的自适应反步控制会导致参数辨识结果波动较大、不易稳定、转速跟踪性能较差。设计了一种实时辨识粘滞摩擦因数的自适应反步控制器,同时对转动惯量、负载转矩和粘滞摩擦因数进行辨识,提高了对粘滞摩擦因数较大系统的转速跟踪性能和转动惯量及负载转矩辨识精度。所提方法结构简单、易于实现,在d SPACE公司的DS1103系统试验平台上对其进行了试验验证,试验结果表明了所提方法的正确性和有效性。

直线同步电动机磁悬浮系统非线性神经网络自适应反步控制

提出一种非线性神经网络自适应反步控制方法来提高电励磁直线同步电动机(EELSM)磁悬浮控制系统的性能。研究EELSM的结构及其运行机理;建立EELSM磁悬浮系统的状态方程与数学模型;为克服EELSM磁悬浮平台运行过程中存在的不确定性扰动,设计了非线性神经网络自适应反步控制器对扰动进行估计,通过构造Lyapunov函数证明系统的稳定性。用MATLAB软件对控制系统进行计算机仿真,仿真结果验证所提方法的有效性。

高速列车非线性空气悬架自适应反步控制研究

悬架系统是高速列车的重要组成部分之一。针对高速列车空气悬架的非线性特性,以空气弹簧的实验为基础,依据实验数据建立非线性模型。进而在所建模型的基础上考虑系统参数的不确定性以及外部扰动进行自适应反步控制。仿真结果表明:建立的控制器在非线性的模型中不仅能够克服参数不确定性的问题,使系统具有更强的鲁棒性,还可以解决系统扰动带来的影响,使车体在不同速度的运行中,都能够保持较低的振动,从而提高高速列车运行的平顺性和舒适性。

不确定性负载的异步电机新型自适应反步控制

针对异步电动机速度控制系统中的不确定性负载问题,本文设计了新型自适应反步控制器,实现异步电动机高性能转速跟踪控制。通过选择合理的Lyapunov函数及稳定函数,给出自适应反步控制算法,分析了整个控制系统的稳定性。在递归设计中首次出现不确定性负载时,设计了负载的自适应律,得到新型自适应负载转矩观测器,精确估计了不确定性负载转矩。仿真结果表明,本文设计的新型自适应负载转矩观测器,实现了不确定性负载的在线精确估计。与矢量控制方法相比,该控制策略的转速响应更加迅速,快速消除了负载扰动对转速的影响,具有良好的应用前景。

自主行驶调平系统建模及自适应反步滑模控制

为了解决车载式绿篱修剪机在自主行驶作业时车身无法根据地形起伏自适应平衡,提高作业安全性和绿篱修剪的尺寸精度,设计了一种自主行驶车身电液调平系统,该系统采用倾角传感器实时监测车身倾斜角度,根据车身调平机构动力学理论建立了调平系统的数学模型。针对电液调平系统参数的不确定性、非线性特性和外界环境的干扰等问题,通过结合滑模控制和自适应反步法设计了自适应反步滑模控制器,根据反步法的思想,将系统分解为多个子系统,并为每个子系统选择适当的Lyapunov函数。通过逐层递推的方法,最终可以得到控制系统的控制律和不确定参数的自适应律,并且证明了系统跟踪误差的收敛性。针对滑模控制带来的抖振问题,使用饱和函数代替传统符号函数,使得系统抖振得以削弱。仿真研究结果表明,在车身倾斜20°的情况下,实际输出角度能准确、快速地跟踪参考角度,响应时间短,对参数变化具有较强自适应性和鲁棒性,能实现车身快速、准确调平。与比例积分微分控制器相比,调平时间缩短了1/5,系统调平误差小于1°,调平过程更加稳定。

基于MPL-CS自适应反步法的过失速机动控制

超机动能力仍是未来飞机的重要性能指标,而过失速机动控制的效果将成为决定近距空战胜负的关键。本文提出了一种基于最小参数学习和布谷鸟搜索(MPL-CS)的自适应反步法的过失速机动控制方法,以解决先进布局飞机过失速机动中严重的非线性、耦合性和迟滞性等导致的鲁棒性差和控制精度低等问题。首先,基于一套完整的先进布局飞机缩比模型大振幅振荡风洞试验数据,在给定的建模精度目标下,通过改进极限学习机(ELM)方法,建立了大迎角下先进布局飞行器精确的非定常气动模型。其次,设计了一种基于MPL的自适应反步法,以减少需要优化的参数数量。在不确定性和模型扰动的影响下,结合串接链分配方法完成了分配设计。基于CS方法对MPL下自适应反步控制律的关键参数进行了优化。最后,经典的眼镜蛇机动仿真结果表明,该方法的控制精度高于传统的基于MPL的自适应反步方法,且充分考虑了工程的实际需求,控制精度高、鲁棒性强。该方法为未来先进布局飞机的过失速机动控制提供了理论支撑和技术路径。

轧机液压伺服位置系统的自适应反步滑模控制

针对轧机液压伺服位置系统存在非线性特性、参数不确定性以及控制输入前具有不确定系数的问题,提出了一种自适应反步滑模控制方法。通过对系统非线性模型的等价变换和选择合适的Lyapunov函数,有效解决了由于控制输入前具有不确定系数导致的所设计的控制量与自适应律互相嵌套的难题。把自适应反步法和滑模控制方法相结合,有效克服了系统非线性与参数不确定性的影响,提高了系统的鲁棒性。在自适应反步滑模控制器设计时,给出了不确定参数的自适应律,并对系统跟踪误差的收敛性进行了证明。仿真研究结果表明,所设计的自适应反步滑模控制器能实现快速准确的跟踪,并且对参数变化具有较强的鲁棒性,与PID控制器相比,系统跟踪误差小,响应速度快,跟踪性能好。

被动式电液力伺服系统的自适应反步滑模控制

针对被动式电液力伺服系统存在固有的多余力矩、控制伺服阀的非线性以及参数时变性问题,提出一种自适应反步滑模控制策略。建立系统的非线性状态空间方程;基于反步控制理论思想,通过3步递推法设计系统的反步控制器;在反步法递推的第3步结合滑模控制方法,选择合适的Lyapunov函数,给出系统不确定参数的自适应律,设计出非线性自适应反步滑模控制器,并利用Lyapunov稳定性定理对所设计的控制器稳定性进行证明。仿真和实验结果表明,该控制器能够有效地抑制多余力矩,并且对参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性。

电液系统中新型反步自适应控制器设计

针对非匹配不确定非线性系统的控制问题,介绍了反步控制的基本设计原理,然后提出了一种自适应反步控制算法,该控制方法不需要掌握被控系统不确定因素函数及其导数的上界,基于Lyapunov函数,给出了自适应控制规律,以及CMAC权值调整信息。采用CMAC神经网络在线学习系统的不确定性以及各阶虚拟控制量的导数信息,避免了系统阶次较高时引起的计算膨胀问题;在递推设计的最后一步加入非连续性鲁棒控制作用,克服了CMAC神经网络在线学习系统不确定性带来的误差;另外,该控制算法在实际控制输入前加入了低通滤波器,避免了因输入不连续而可能导致的抖振问题;最后,将所提出的控制算法应用于电液力伺服系统。稳定性分析表明,该控制方法具有渐近稳定性;仿真研究结果表明,该控制算法在理论上是有效的,同时对未知干扰和系统不确定性具有鲁棒特性。

基于自适应反步的DGMSCMG框架伺服系统控制方法

针对双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)内、外框架伺服系统耦合力矩及传动机构的非线性传动特性影响框架角速率精度的问题,提出一种基于自适应反步的非线性鲁棒控制器的设计方法。首先分别就双框架伺服系统耦合力矩及框架传动机构的非线性传动特性对系统稳定性和角速率精度的影响进行分析;其次利用反步理论,通过构造适当的Lyapunov函数并逐级反推得到控制律,保证参数估值的收敛性和系统的全局稳定性;最后通过仿真分析并以小型DGMSCMG系统为对象进行实验,结果表明:与电流前馈控制比较,所提出的自适应反步控制方法,既增强双框架伺服系统的扰动抑制能力,又提高框架角速率精度。