Boost型PFC变换器的自适应超螺旋全局滑模控制

针对Boost型功率因数校正(PFC)变换器,提出一种自适应超螺旋全局滑模控制(ASTTSMC)方法。该方法可以保证PFC变换器在理想工作条件下具备良好的性能,并且在面对负载突变、电网电压波动和电感参数变化等系统不确定性情况下时仍然能够保持全局鲁棒性。在控制律的设计中,采用全局滑模控制作为基准模型,从而确保系统在整个响应过程都具有鲁棒性;同时,切换项采用自适应超螺旋算法,考虑系统不确定项,通过自适应超螺旋算法中的切换增益参数来改善系统潜在的“抖振”现象;此外,基于李雅普诺夫稳定定理证明了所设计控制系统的稳定性。实验结果表明,在理想工作条件下和系统存在不确定性的情况下,该方法都能够有效改善网测电流的质量和提高变换器的功率因数,验证了该方法的有效性和所设计控制器的鲁棒性。

无人船自适应超螺旋轨迹跟踪滑模控制

针对无人船受到风浪等不确定性干扰时易出现轨迹跟踪误差大、自适应增益范围小、滑模控制方法的抖振等问题,提出了一种新型自适应超螺旋滑模控制算法。根据无人船结构建立数学模型,引入轨迹参考点将数学模型转换为二阶系统微分方程;设计自适应超螺旋滑模控制器;构造Lyapunov函数,推导满足系统闭环稳定性的自适应增益。在考虑风阻、浪阻的情况下,将本文方法分别与超螺旋滑模控制和传统自适应超螺旋滑模控制这两种方法进行仿真实验对比。结果显示,在仿真实验的30 s中,本文方法的轨迹跟踪平均绝对误差比超螺旋滑模控制和传统自适应超螺旋滑模控制分别减少了0.60 m和0.27 m,仿真结果表明本文方法能够有效提高系统控制性能,抑制抖振,减小轨迹跟踪误差。

基于自适应超螺旋滑模观测器的三相Vienna整流器无模型预测电流控制

三相Vienna整流器具有不需要考虑开关死区、可靠性高等优点,但参数易受外部扰动影响而导致控制性能下降。针对这些问题,该文提出一种基于自适应超螺旋滑模观测器的无模型预测电流控制策略(ASTSMO-MFPCC)。首先,通过分析三相Vienna整流器参数失配数学模型,构建不依赖系统物理参数的超局部模型。其次,设计超螺旋滑模观测器估计超局部模型中的动态部分,有效抑制系统扰动影响。同时,设计自适应增益,动态调整超螺旋滑模观测器参数,解决增益选择难题。最后,构建离散化预测模型和成本函数,实现无模型预测电流控制算法。仿真与实验结果表明,所提策略具有良好的鲁棒性和动稳态性能。

基于自适应超螺旋滑模观测器的Buck变换器无模型预测控制

针对三相交错并联Buck变换器在外部干扰下影响系统鲁棒性和动态性能的问题,本文提出一种基于自适应超螺旋滑模观测器的无模型预测控制策略。首先,建立超局部模型代替原有的数学模型,设计自适应超螺旋滑模观测器估计超局部模型中的动态部分。然后,引入最小二乘法预测电流误差趋势,动态调整观测器增益矩阵。最后,构建离散方程,设计代价函数,实现无模型预测控制。实验结果验证了所提算法可以有效抑制因外部扰动产生的稳态误差,且相较于传统无模型预测控制具有更好的鲁棒性和动态性能。

弱电网下基于超螺旋滑模的LCL并网逆变器控制研究

针对LCL型滤波器的固有谐振、滤波器参数及弱电网下电网阻抗的波动会严重破坏并网系统稳定性的问题,提出了弱电网下基于超螺旋滑模的LCL并网逆变器控制策略。根据并网系统模型构建超螺旋滑模观测器,对滤波电容电压及逆变器侧输出电流进行估计,消除额外传感器需要,降低成本。采用具有非奇异快速终端滑模面控制(NFTSMC)的超螺旋滑模控制器来快速地跟踪参考给定电流及降低并网系统动稳态误差,且提高并网系统对外界干扰和参数不确定性的全局鲁棒性。仿真结果表明,当滤波参数摄动和电网阻抗变化时,系统表现出较强的鲁棒性,且并网电流的THD值保持在0.5%左右。

超高速飞行器自适应模糊超螺旋控制律设计

针对超高速飞行器多源扰动下高精强鲁棒控制需求,提出了一种自适应模糊超螺旋控制律。首先,给出控制导向的超高速飞行器姿态模型;其次,采用广义超螺旋算法设计控制器,实现滑模变量与跟踪误差的高精收敛;同时,引入高阶齐次观测器估计飞行器复杂扰动,并在控制律中做前馈补偿以提高算法鲁棒性。针对控制增益选取问题,基于模糊算法,通过融合专家经验,建立控制增益与滑模变量直接关联。相较传统自适应方法,该自适应律可实现控制增益快速调节整定,同时兼顾系统响应速度、鲁棒性与抖振抑制需求。最后,以考虑复杂多源干扰的超高速飞行器为对象进行仿真,结果证明了自适应模糊超螺旋控制律的有效性。

基于改进超螺旋滑模观测器的游标电机无传感器控制

针对游标电机的无位置控制,本文通过对磁场进行分析,指出游标电机经过调制作用产生多个工作次谐波,需根据合成反电势,采用矢量控制。同时,由于游标电机转子为多极对数的结构,使其在运行时,对于位置信号的准确性要求更为严苛,较小的位置信号误差便会引起较大的控制角度的差距,如何保证游标电机在无位置传感器控制时的观测精度,对其运行性能起着至关重要的作用。本文以一台外转子分裂齿游标电机为对象,分析其运行原理,建立基于合成反电势的数学模型,并采用基于改进超螺旋滑模观测器的无位置控制策略,保证了游标电机无传感器控制的稳态及动态性能。

基于模糊控制的自适应超螺旋滑模观测器无传感器控制

针对永磁同步电机传统超螺旋滑模观测器(Super-twisting algorithm based sliding-mode observer,STA-SMO)使用固定滑模参数,从而导致较大抖振和扰动抑制能力差的问题,提出了一种滑模参数可以随着系统转速变化而实时更新的永磁同步电机自适应超螺旋滑模观测器无位置传感器控制方法,并给出了所提方法的稳定性证明,通过在线调整滑模系数可以获得较高的估计精度。针对永磁同步电机传统矢量控制速度环采用固定参数PI控制器、无法满足系统快速响应和参数扰动抑制能力等问题,速度外环采用模糊PI控制器,通过模糊控制器的输出更新PI控制器的参数,增强系统的鲁棒性。最后,通过仿真和试验,验证了基于模糊控制的永磁同步电机自适应超螺旋滑模观测器可以有效抑制系统抖振,且估计精度高,鲁棒性强。

机械臂自适应反演超螺旋全局终端滑模控制

针对机械臂系统存在的系统参数摄动、非线性摩擦及外部干扰等不确定问题,提出一种自适应反演超螺旋全局终端滑模轨迹跟踪控制方法。该方法基于反演法、Lyapunov理论和全局快速终端滑模理论设计控制器,保证系统稳定性及全局收敛性,增强系统的鲁棒性。为解决系统集总扰动上界未知的问题,采用自适应技术设计切换控制律,抵消不确定性的影响,同时引入超螺旋算法抑制滑模控制固有的抖振现象。最后,通过理论分析和仿真算例验证了该控制器的有效性与可行性。

基于滑模自适应有限时间一致性算法的微电网二次控制

随着微电网规模日益增大,如何快速稳定完成二次控制目标是一个亟待解决的问题。因此首先针对现有微电网中分布式二次控制器的收敛速度问题,提出了一种基于自适应有限时间的分布式二次控制,所提的控制器在不同的场景下,可以通过分布式的方式来获取当前情况下最适合的有限时间控制器的收敛系数,从而加快二次控制的速度。其次针对分布式控制器易受到扰动而无法完成控制目标的问题,设计了基于滑模控制的分布式有限时间控制器来消除扰动影响。然后通过李雅普诺夫函数证明方法分析了所提策略的稳定性和可行性。最后通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型,在4个不同的算例下验证了本文所提的控制策略的有效性和可行性。

基于扰动观测器和改进自适应二阶快速终端滑模的PMLSM伺服系统控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)在运行时易受到摩擦力、负载扰动及环境变化等不确定影响,设计一种基于扰动观测器和自适应二阶快速终端滑模控制方法。首先,该方法在高阶滑模的基础上结合了快速终端滑模控制,有效加快了系统响应速度。其次,在二阶滑模面的基础上引入条件积分项,该项仅作用于边界层内部,能够有效避免滑模到达阶段由于积分饱和现象导致的超调量过大及响应时间过慢的问题。此外,设计自适应切换控制律,使切换增益在合理的区间内,并根据系统状态进行实时更新,从而削弱抖振现象。最后,为进一步提升系统的鲁棒性,采用扰动观测器对PMLSM系统的集总不确定性进行补偿。经实验验证,该控制方法具有良好的位置跟踪精度和强鲁棒性,且对系统抖振现象有明显削弱作用。

基于超螺旋二阶滑膜的汽车主动悬架控制方法研究

汽车悬架的控制效果直接影响汽车的稳定性和舒适性,针对一阶滑模控制在主动悬架控制中存在的抖振和控制精度问题,基于汽车二自由度1/4主动悬架模型,提出了一种基于超螺旋二阶滑模控制的汽车主动悬架控制方法。在控制器前端串联一个负加速度反馈回路来调节悬架性能,并使用扩展的超螺旋观测器实时补偿系统的未知内部动态。为了验证控制方法的可行性,通过仿真进行对比分析。仿真结果表明,相比于一阶滑膜控制,该方法解决了悬架未知非线性动态的多目标控制问题,能更有效地改善汽车稳定性和舒适性。

基于终端积分滑模的三相逆变器自适应下垂控制方法

针对并联逆变器传统下垂控制中电压电流双闭环方法的鲁棒性较差问题,提出了基于自适应鲁棒的终端积分滑模控制律的下垂控制策略。分析滑模控制的收敛速度、响应时间和抖振幅度三个指标,在终端滑模控制律中增加积分环节建立一类扩展滑模控制律。其次,针对系统参数扰动及直流源侧电压的不确定性,利用自适应鲁棒控制实现抑制扰动,将输出电压控制在参考电压的合适范围内,提高了系统的鲁棒性。最后,综合终端积分滑模控制律,根据LC型并联三相逆变器的下垂控制模型,实现逆变器输出电压的自适应鲁棒跟踪控制,有效实现孤岛模式下逆变电源并联干扰抑制。通过MATLAB/Simulink建立并联逆变器的仿真控制模型并进行电路实验,验证了本文控制器的可行性和有效性。

永磁同步电机无模型自适应滑模补偿预测控制

针对在永磁同步电机矢量控制系统中应用模型预测控制方法设计控制器时依赖电机数学模型参数,当电机运行过程中参数变化时,引起控制器参数与电机参数失配,导致系统控制性能降低。提出一种无模型自适应预测控制方法,利用系统输入输出数据和时变的伪偏导数建立预测模型;又由于无模型自适应预测控制方法没有反馈校正环节,易受外部扰动的影响,设计一种新型高阶滑模补偿器作为校正部分,以提高控制系统的鲁棒性且抑制滑模自身的抖振,最后MATLAB仿真验证了无模型自适应高阶滑模补偿预测控制方法的优越性。

无模型自适应滑模控制的微波加热过程温度控制

微波加热模型具有无限维、非线性和时变等特点,导致控制器难于设计和实现。针对此问题,提出了一种适用于微波加热过程的无模型自适应滑模控制方法。首先,对微波加热过程传热数学模型进行分析,建立了微波加热过程输入功率与温度之间的全格式动态线性化数据模型。然后,根据该数据模型设计了无模型自适应滑模控制器,并给出了数据模型中相关未知时变参数和未知干扰的估计算法。最后,利用COMSOL和MATLAB进行仿真,仿真结果验证了所提控制方法的有效性。

基于双环自适应滑模控制的高速列车运行追踪

针对列车高速运行跟踪控制问题,提出了一种基于双环结构的RBF神经网络自适应滑模控制算法。首先系统结构分为位移与速度控制子系统,防止列车因单个控制器故障而失控;在此基础上采用积分滑模控制,加强控制器的鲁棒性;同时在速度子系统中引入参数自适应算法与RBF神经网络自适应算法削弱列车受到基本阻力、附加阻力以及不确定性阻力带来的影响;最后通过Lyapunov稳定性分析证明系统的稳定性。通过仿真实验结果表明,位移误差在[-3.3×10^(-4),1.9×10^(-4)]范围以内,速度误差在[-2.1×10^(-2),3.1×10^(-2)]范围以内,该算法可以实现对列车的速度与位移精确追踪。

基于模糊滑模控制器的机械臂自适应控制研究

为提高机械臂自适应控制精度,研究了基于模糊滑模控制器的机械臂自适应控制方法。通过设计干扰观测器,可以估计机械臂动力学模型内的外界干扰值;依据外界干扰值,对机械臂进行前馈补偿控制;以前馈补偿控制力矩为基础,设计模糊滑模控制器,完成机械臂自适应控制。实验结果表明,该方法可有效自适应控制机械臂,令机械臂各关节运行轨迹精准跟踪指定轨迹,且控制后的运行轨迹平滑,无抖动现象,即该方法可提升机械臂自适应控制精度与抗干扰性。

基于自适应超螺旋滑模弹道跟踪控制方法

针对导弹组网编队飞行过程中弹道跟踪控制问题,求解两点边值问题得到最优标称轨迹,结合滑模控制器抗干扰特性,提出了基于自适应超螺旋滑模弹道跟踪控制器设计方法。在末制导模型的基础上通过非线性规划的思想求解两点边值问题进而得到最优标称轨迹;结合自适应超螺旋滑模算法设计了基于状态偏差的跟踪控制器;引入LQR弹道跟踪控制法作为对比方法,通过仿真验证了在存在初始状态误差下滑模弹道跟踪方法的有效性和可行性,并通过蒙特卡罗仿真验证了该方法在不同初始状态偏差下仍具有良好的轨迹跟踪控制效果。

基于双环自适应滑模的移动机器人轨迹跟踪控制

为了提升移动机器人轨迹跟踪精度,针对传统双环控制内外环协调性差、抗扰性弱的问题,文章提出双环自适应滑模的控制方法。为消除传统滑模控制(sliding mode control, SMC)方法中的趋近阶段,设计新型时变积分终端滑模控制器以保证系统状态始终位于滑模面,并通过控制器参数调节实现内环姿态误差和外环位置误差的快速收敛;构建基于势垒函数的增益调控方法,保证在扰动上界未知的情况下有效地抑制状态抖振,提高轨迹跟踪系统的抗干扰能力。对所提方法进行的验证分析结果表明,相较于现有的双环控制方法,该文轨迹跟踪控制方法精度更高、鲁棒性更强。

基于自适应滑模观测器的氢燃料电池空气供应系统泄露故障容错控制

空气泄漏是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统中常出现的一类故障,并且发生概率会随着系统运行时间的增加而逐渐增大,直接影响PEMFC的性能。为此,提出基于自适应滑模观测器(adaptive slide mode observer,ASMO)的容错控制策略。首先采用观测器实现泄露故障下流量重构,通过主动容错控制器调节空压机的供给流量,补偿泄漏的空气流量。同时,设计一种背压阀开度的迭代调节算法用于控制供气压力,保证稳定、合适空气供应,避免电堆出现“氧饥饿”现象。最后,基于模型在环平台对观测器以及容错控制策略进行验证与分析,结果表明:ASMO拥有比传统滑模观测器更好的收敛速度和估计精度;采用基于ASMO的容错控制策略后,系统能够在故障后恢复正常的空气供应,提高了系统整体可靠性。