基于扩展滑模扰动观测器的高速列车分布式速度协同滑模控制

针对高速列车运行中因受外界未知扰动而导致的各车厢速度不同步问题,提出一种基于扩展滑模扰动观测器的高速列车分布式滑模控制算法。首先,考虑高速列车运行的受力情况,建立高速列车多质点模型;其次,设计领航者车厢滑模控制器和跟随者车厢分布式滑模控制器,构建扩展滑模扰动观测器估计外界未知干扰,并反馈给分布式滑模控制器,以消除外界未知干扰对高速列车各车厢速度同步造成的影响,同时利用Lyapunov理论证明了算法的稳定性。最后,通过Matlab仿真验证了该算法能实时精确观测外界未知扰动并反馈补偿,跟随者车厢能快速跟踪领航者车厢的速度,速度跟踪精确度高达99.9%。

基于扰动观测器的预设时间车辆编队控制

为解决车辆编队控制系统在渐近时间收敛或有限时间收敛范围内收敛性能不佳的问题,本文研究了预设时间控制下的车辆编队系统,实现车辆编队控制。考虑模型参数不确定性和外部环境扰动对系统性能的影响,设计了一种基于扰动观测器的编队控制算法。首先,根据车辆的运动学和动力学模型,将系统中存在的模型参数不确定和外部环境扰动视为复合干扰,通过设计的预设时间扰动观测器,实现扰动在预设时间内的准确估计。其次,在上述扰动观测器的基础上,设计基于预设时间的车辆编队控制器,确保该控制器在预设时间内收敛,实现控制目标。最后,通过仿真验证了所提出的控制策略的正确性和有效性。

基于扰动观测器的宏微复合平台的推力波动补偿研究

宏微复合平台多采用直线电机作为宏动台,而直线电机的推力波动作为直线电机的固有属性,会对整个宏微复合平台的定位精度以及宏微切换启动行程产生影响。为降低微动台启动行程与宏微复合平台的定位误差,先采用模糊前馈的控制方法降低宏动台定位误差,减少微动台启动行程。在此基础上对宏动台直线电机的推力波动,采用扰动观测器(DOB)对推力波动进行补偿,研究补偿前后对宏微切换启动行程与宏微平台定位精度的影响。通过仿真表明使用DOB补偿宏动台的推力波动,能够降低宏微启动时微动台的运动行程200nm,能够使宏微复合运动平台的定位误差降低150nm。实验结果表明,补偿宏动台推力波动会降低宏微切换时的微动台启动行程300nm,降低了宏微复合平台的定位误差150nm,进入1μm误差带的时间减少了0.014s。说明采用DOB对推力波动进行补偿能够提高宏微复合平台的性能。

基于扰动观测器的抓取机器人轨迹跟踪控制方法研究

为避免抓取机器人转向角出现过度偏转的情况,实现对位移轨迹节点的准确跟踪与控制,针对基于扰动观测器的抓取机器人轨迹跟踪控制方法,设计扰动观测器元件,通过划分轨迹矢量取值区域的方式,求解估算函数表达式的具体数值,实现机器人运动模型的构建。根据力矩系数计算结果,推导机器人质心节点的跟踪特征,以此为基础,完善前馈控制原则,完成基于扰动观测器的抓取机器人轨迹跟踪控制方法的设计。对比实验结果:应用扰动观测器设备后,X轴、Y轴、Z轴方向上转向角偏转情况,虽然超过理想偏转标准,但并没有超过理想数值的10%,符合准确跟踪控制抓取机器人位移轨迹节点的实际应用需求。

基于扰动观测器的五相永磁同步电机开路和短路容错矢量控制

针对反电动势含有3次谐波的五相永磁同步电机(PMSM)开路和短路故障导致转矩脉动大的问题,该文提出一种基于扰动观测器的矢量控制(DOB-FOC)策略。该策略基于降阶正交变换矩阵在同步旋转坐标系上建立PMSM开路故障情况下的基波模型,将3次谐波反电动势、短路电流等作为扰动信号。在此基础上,设计扰动观测器,观测出以上扰动导致的转矩脉动,将其转化为q轴补偿电流前馈到q轴电流指令中,有效地抑制了故障导致的转矩脉动,并且实现了PMSM在开路和短路故障情况下的平稳无扰运行。仿真和实验结果验证了所提容错策略的有效性。

基于扰动观测器的PMSM系统自适应反步滑模控制

针对负载转矩波动和系统参数变化的永磁同步电机(PMSM)系统的控制问题,提出了一种带有非线性扰动观测器的自适应反步滑模位置跟踪控制方法。首先,设计了自适应反步滑模控制器,以确保电机位置快速收敛到期望值,并设计了自适应收敛增益,以减小电机位置响应下的大的过冲;其次,设计非线性扰动观测器估计未知扰动,并为自适应反步滑模控制提供前馈补偿,以提高系统的鲁棒性,并减少稳态位置误差。仿真结果表明,该方法可以有效减少过冲,很好地实现了PMSM系统的快速位置跟踪控制,具有良好的抗扰动性能。

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。

在线数据记录和扰动观测器相结合的柔性机械臂复合学习控制

本文针对多输入多输出的柔性机械臂动力学模型,提出了一种基于神经网络估计和扰动观测器的复合学习控制策略.首先,通过奇异摄动分析将系统解耦为快慢子系统.然后,针对慢变刚性子系统的动力学模型,基于在线数据记录模型构造新型预测误差,结合跟踪误差设计自适应控制律;针对快变柔性子系统采用滑模控制抑制弹性振动.在此基础上,构建了扰动观测器实时估计复合扰动信号,并纳入在线数据记录模型作为前馈补偿.最后,基于Lyapunov稳定性分析可证系统误差信号一致终值有界,仿真算例验证了所提策略的有效性和优越性.

基于扰动观测器的分数阶终端滑模电液变桨控制方法

为改善风电机组电液变桨系统的控制性能,文章提出了基于扰动观测器的分数阶终端滑模控制方法。建立风电机组电液变桨系统数学模型,利用滑模状态扰动观测器(SMSPO)对变桨系统参数的不确定性和未知扰动进行实时补偿。采用分数阶微积分理论设计终端滑模控制器的滑模面,在保证有限时间收敛的同时,改善了滑模控制自身抖动。利用Simulink进行试验验证,结果表明,该方法增强了变桨系统的抗干扰能力,削弱了系统的抖动,提高了桨距角的跟踪精度和变桨系统的稳定性。

附加虚拟阻抗的LCL型并网逆变器电流扰动观测控制方法

针对LCL型并网逆变器输出电流质量容易受电网电压背景谐波及在弱电网条件下电网阻抗的影响,提出一种附加虚拟阻抗的LCL型并网逆变器电流扰动观测控制方法。首先,在常规双闭环控制的基础上引入扰动观测器,将电网电压背景谐波视为系统外部扰动,利用扰动观测器实时估算出扰动量并前馈补偿动态消除扰动对系统的影响;其次通过阻抗分析法来分析弱电网系统中电网阻抗引起稳定性下降的问题,在电流扰动观测控制方法的基础上再加入虚拟阻抗进行优化设计,使得并网阻抗在阻抗交截频率较大范围内变化时的相角裕度仍然大于系统所约束的稳定裕度。仿真对比结果表明,所提方法在保持良好的电流质量的同时提高了系统对电网阻抗的鲁棒性。

基于自适应扰动观测器的旋转弹神经网络过载驾驶仪设计

旋转弹在飞行过程中受多种干扰的影响,包括跨域飞行气动参数剧烈变化引起的模型不确定性以及飞行过程中受到的外部扰动。为了解决高动态飞行环境中双通道旋转弹的鲁棒控制问题,基于轨迹线性化控制方法,设计伪逆反馈控制器。采用径向基函数神经网络,设计自适应前馈补偿控制器,有效实现对模型不确定性的精确逼近。将神经网络逼近误差和外部扰动处理为总扰动,并基于固定时间稳定理论设计一种自适应扰动观测器,实现对总扰动的精确估计及补偿。通过Lyapunov理论,严格证明了闭环系统的最终一致有界性。通过数值仿真验证了所设计方法的有效性。

基于非线性扰动观测器的三相PWM整流器滑模控制

针对交流微电网中三相PWM整流器的运行状态易受负载扰动、滤波电容参数摄动影响的问题,本文提出一种基于非线性扰动观测器的三相PWM整流器滑模控制方法。首先,将负载扰动、滤波电容参数摄动等视为集总扰动,构建电压环非线性模型。其次,设计非线性扰动观测器,实现集总扰动的在线估计。为实现主动抗干扰控制和滑模抖振抑制,将估计的集总扰动引入到滑模面中,得到了一种含有扰动估计的新型滑模面。最后,基于滑模控制理论设计电压外环滑模控制器,并采用Lyapunov稳定性理论对其进行了稳定性证明。动态性能测试结果表明,非线性扰动观测器能够快速、准确地对集总扰动进行估计;与双环PI控制相比,所提控制的过渡过程时间减少了60%,电压跌落量减少了54%;滤波电容参数变化时,所提控制的动态性能保持良好。稳态性能测试结果表明,与传统滑模控制和双环PI控制相比,所提控制的电流总谐波畸变率分别减少了70%和44%,同时滑模抖振得到了有效地抑制。测试结果证明了所提控制方法的强抗负载扰动能力和良好的滤波电容参数鲁棒性。

基于扰动观测器的主动悬架切换控制算法研究

悬架控制需要实现乘坐舒适性和操纵稳定性之间的良好折中,此外还需要考虑系统的不确定性,是一项复杂的任务。本文以兼顾悬架的动力学性能指标、算法鲁棒性与成本因素为出发点,提出了一种基于扰动观测器的次优-非奇异终端滑模切换控制算法(DOB-SNTSM)。首先,以簧载质量加速度信息为输入,通过卡尔曼滤波器设计,实现了悬架动挠度和簧载质量速度的有效估计。然后,针对悬架系统中的不确定项估计,设计了一种扰动观测器,并将扰动估计值作为前馈补偿。接下来,以滑模面函数为依据,提出了一种次优-非奇异终端滑模切换控制算法,并与扰动观测器的前馈补偿相结合,共同构成一种新的主动悬架控制策略。最后,分别进行了凸包路面和平稳随机路面下的仿真和台架试验验证,结果表明,扰动观测器的引入能显著提升悬架的乘坐舒适性指标,相比经典的天棚控制、理想状态LQR方法、不带有扰动观测器的SNTSM算法,新算法不仅很好地实现各项悬架性能指标的均衡,而且能够仅利用簧载质量加速度信息就可以达到接近理想状态LQR的控制效果,同时,控制器切换方案可以显著提升算法鲁棒性。

基于二阶滑模扰动观测的PMSM电流预测控制研究

针对无差拍电流预测控制(DPCC)对电机参数的依赖性,系统性能尤其易受电感参数影响的问题,研究基于二阶滑模扰动观测的永磁同步电机(PMSM)电流预测控制方法。首先,根据滑模控制原理分析电感参数失配对系统参数鲁棒性的影响,及传统滑模控制的不连续函数导致的系统“抖振”;然后,在DPCC中引入一种基于二阶趋近律的滑模扰动观测器(SMDO),实时补偿电感参数失配造成的扰动,同时通过二阶趋近律加速扰动误差的收敛;最后,将该方法与DPCC、SMDO+DPCC进行对比仿真实验。实验结果表明,在电感参数失配的情况下,该方法降低了电流稳态误差,提高了系统参数的鲁棒性,减少了传统滑模控制带来的系统“抖振”现象。

基于非线性扰动观测的储能双向DC-DC变换器非奇异终端滑模控制策略

在光储直流微电网系统中,储能双向DC-DC变换器在储能设备与直流母线之间起着关键的接口作用,其在光伏输出功率及负载大信号扰动下的性能优劣至关重要,将直接影响着直流母线电压的稳定运行。为此,提出了一种基于非线性扰动观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)的非奇异终端滑模控制策略。首先采用基于微分几何理论的精确反馈线性化方法,将双向DC-DC变换器系统的状态空间模型转化为布鲁诺夫斯基标准式,并利用非线性扰动观测器对系统扰动量进行估计和补偿。在此基础上设计非奇异终端滑模控制器,并根据李雅普诺夫稳定性理论,证明所提控制策略的稳定性;进而分析所提控制策略的收敛性。最后,通过仿真验证所提控制策略的有效性。仿真结果表明,与文献中典型非线性控制策略相比,本文所提控制策略在光伏输出功率和负载有较大扰动时响应时间较快,并具有电压过充小、稳态误差小的优点。

带扰动补偿的永磁同步电机预测速度控制

【目的】为提高永磁同步电机(PMSM)调速系统的抗干扰能力,本文提出了一种具有固定开关频率的带扰动补偿的预测速度控制(PSC)策略。其中,速度环采用PSC,并对扰动进行补偿;电流环采用比例积分(PI)控制。【方法】首先,依据PMSM的机械运动方程推导出实现参考速度的q轴给定电流。为了更精确地跟踪给定q轴电流,本文采用机械运动方程的二阶泰勒展开式,其精度高于一阶前向欧拉离散化。其次,传统的滑模观测器依靠较大的开关增益来确保观测误差在有限的时间内收敛为零,但较大的开关增益会带来严重的抖振现象。因此,本文提出了一种改进的滑模扰动观测器(SMDO),其在Luenberger观测器的基础上增加了一个额外的开关项,不需要很大的开关增益。然后,为了进一步提高PSC的抗干扰性能,在PSC反馈部分的基础上引入了前馈干扰补偿,提出了PSC+SMDO的控制方法。最后,在以dSPACE DS1103为控制核心的试验平台上进行试验。【结果】试验结果表明:所设计的改进SMDO能够准确估计负载扰动,并将扰动信息实时反馈给速度控制器,实现无稳态误差运行;所设计PSC+SMDO速度控制器具有较强的抗干扰性能和跟踪性能,在参数摄动时,基于自抗扰控制(ADRC)的速度控制器受参数变化影响,而PSC+SMDO速度控制器仍能保持良好的鲁棒性;在PSC+SMDO速度控制器下,电机a相电流总谐波失真(THD)为3.44%,分别比PSC、ADRC速度控制器下的a相电流THD低2.21%、4.69%。【结论】与PSC、ADRC以及PI控制器相比,所设计的PSC+SMDO控制器能很好地提高PMSM调速系统的动态响应性能和抗干扰性能。

基于扰动观测器的柔性机械臂鲁棒边界控制

本文研究了具有未知边界扰动和分布扰动的柔性机械臂系统的边界控制.为了补偿扰动和抑制柔性臂的振动,针对利用Hamilton原理建立的无穷维偏微分方程模型,设计了带有扰动观测器的鲁棒边界控制器对柔性臂进行控制.利用Lyapunov方法对柔性臂系统的稳定性和一致有界性进行了证明.所提出的控制方法所需测量信息较少,对未知扰动具有鲁棒性,并且所提出的边界控制策略能保证对柔性臂的振动抑制,系统状态最终是外界扰动下指数稳定的.最后,通过数值仿真验证了所提出控制器对柔性臂振动抑制的有效性.

基于扰动观测器的永磁同步电机非奇异终端滑模控制

针对传统滑模控制中系统误差收敛速度缓慢以及系统固有抖振问题,采用一种自适应幂指数趋近律的非奇异终端滑模控制方法设计速度环控制器,在避免奇异现象的基础上实现系统误差快速收敛,提高了趋近速度并有效改善系统抖振问题。仿真结果表明基于滑模扰动观测器下非奇异终端滑模的控制策略有效提高了永磁同步电机控制系统的动态响应能力和鲁棒性。

基于LMI和扰动观测器的电动伺服系统RBF神经网络控制

为了提高电动伺服系统的加载力跟踪精度,基于线性矩阵不等式(LMI)设计扰动观测器和控制器。针对系统中的非线性因素,采用RBF神经网络逼近系统的数学模型;在建立系统跟踪目标模型的基础上,根据LMI设计扰动观测器对控制器进行多余力的补偿,利用李雅普诺夫函数证明扰动观测器和控制器的收敛;在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,分析扰动观测器和RBF神经网络在不同工况下对系统相应量的精准估计,且误差均满足所设定的性能指标,同时与PID控制相比较,证明所提控制策略的控制性能更优。

基于扰动观测器-Lyapunov理论的稳压控制策略

针对小型风力自励异步发电机(SEICG)机端电压在投切负载时产生电压跌落的问题,通过并联静止无功补偿器(STATCOM)提高异SEIG的机端特性,改善电能质量。提出一种基于扰动观测器(DOB)的Lyapunov(DOB-Lyapunov)控制策略,通过数学模型构造Lyapunov函数,将误差跟踪问题转换成求解Lyapunov函数在平衡点全局渐近稳定问题;针对线路电感测量误差及摄动对控制策略造成影响,内环加入DOB,使得整个控制器在鲁棒性、静态稳定性方面得到提升。结果表明:所提DOB-Lyapunov方法可以在线路阻抗发生变化时仍有较好的控制性能,电压平方外环结构实现了线性化电压控制,在响应速度以及总谐波畸变率(THD)方面均优于传统方法。