应用于储能变流器的超螺旋滑模控制器设计

工业园区内储能电站参与电网调峰具有随机性和非线性特点,会影响变流器快速准确地跟踪动态调度指令,针对此问题,提出一种应用于储能变流器的超螺旋滑模控制器设计方法。该控制器以dq0坐标系下储能变流器的数学模型为基础,采用电流内环超螺旋滑模控制来实现对信号的准确跟踪。超螺旋滑模控制包括连续控制和切换控制,在切换控制时引入超螺旋控制率,使得负载投切时扰动误差可以更快速地趋近滑模面。为了验证所提控制算法的有效性,在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型,仿真结果表明,所提控制算法能够在快速性和鲁棒性上优于PI控制和滑模控制。

基于扩展状态观测器的新型超螺旋滑模控制策略

针对一类具有未知内部动态和外部干扰的二阶非线性系统,提出基于扩展状态观测器(ESO)的超螺旋滑模控制策略。首先,将二阶系统的未知内部动态和外部扰动视为集总扰动,由ESO进行估计和补偿;然后,提出一种组合控制器设计方案,在ESO的基础上由新型边界层超螺旋滑模控制器来获得预期的控制性能;之后,提出一种基于Lyapunov稳定性理论的综合控制器-观测器稳定性分析方法,保证它在未知内部动态和外部干扰下的渐近收敛性;最后,将提出的控制策略在多缸液压机上进行仿真,结果表明:该控制策略对多缸液压机的位置跟踪和输出调平控制效果良好。

基于有限时间超螺旋滑模控制的船舶动力定位控制律设计

针对海上作业动力定位船舶未知环境干扰补偿控制问题,将有限时间控制技术、扩张状态观测器与超螺旋滑模控制相融合,提出一种基于有限时间超螺旋滑模的新颖船舶动力定位控制策略。应用李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计的控制律能迫使船舶实际位置和艏摇角以有限时间的方式定位到期望值上,并保证该闭环系统的所有信号全局一致最终有界。所提出的控制策略具有收敛速度快与抗干扰能力强的优点。最后基于Marine Systems Simulator的仿真研究验证了所提控制策略的有效性。

超螺旋滑模控制的永磁同步电机DTC优化

为了改善空间矢量脉宽调制的直接转矩控制系统低速时的控制性能,分析了空间矢量脉宽调制的直接转矩控制系统产生转矩和磁链脉动大、转速超调、抗干扰能力差的原因。利用空间矢量脉宽调制可以合成任意电压矢量的优点结合高阶滑模控制具有较好抗干扰性的特点,将超螺旋(super-twisting)滑模控制理论中不连续的sgn(s)函数替换成连续的sat(s)函数,并将其应用到转速、转矩、磁链的控制器中。为了进一步提升系统低速时的控制性能,建立起了滑模观测器来准确获得转子位置以及转速信息。对所提出的控制理论和改进方法搭建了控制框图,并在MATLAB/Simulink仿真软件上搭建仿真模型。仿真对比表明,该仿真模型不仅能够改善转速超调,同时也能对转矩和磁链脉动起到有效的抑制作用,提升整体系统的鲁棒性。

永磁直线同步电动机迭代超螺旋滑模控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统易受周期性扰动、参数摄动、摩擦力等不确定性因素影响而导致位置跟踪精度下降的问题,本文提出一种迭代超螺旋滑模控制方法。利用超螺旋滑模控制抑制不确定性因素的影响,增强系统的鲁棒性;迭代学习用于补偿周期性扰动并采用一种新型的学习律削弱系统抖振。基于Lyapunov稳定性理论,对控制系统的稳定性进行分析证明。仿真结果表明,所提控制方法能够提高PMLSM伺服系统鲁棒性,提高位置跟踪精度。

多关节机械臂神经网络超螺旋滑模控制

针对多关节机械臂控制系统因建模误差和干扰带来的轨迹跟踪抖振问题,提出了基于径向基神经网络超螺旋非奇异积分终端滑模控制方法。设计了非奇异积分终端滑模面,采用径向基神经网络结合自适应律逼近系统未知机械臂动力学模型,减小了未知干扰的影响;为避免机械臂滑模控制发生抖振,在切换控制项引入新型超螺旋算法;利用Lyapunov函数证明闭环系统稳定。仿真结果表明,所提出的方法可有效削弱抖振,提高控制系统的控制精度和鲁棒性。

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。

永磁同步电机的复叠式螺旋滑模控制策略研究

使用矢量控制、直接转矩控制(DTC)等传统算法对永磁同步电机(PMSM)控制存在系统抖振大、电机参数依赖性强、鲁棒性弱、电机转速和转矩动态响应慢等问题,提出了基于复叠式螺旋滑模控制(CSSMC)的PMSM控制策略。保留了传统DTC的基本结构,即转速控制器、磁链、转矩调节器3部分主体结构,新型控制系统转速环采用CSSMC控制代替传统PI控制,转矩磁链环采用超螺旋滑模控制(STSMC)代替传统滞环控制的DTC控制算法,该控制算法输出信号为dq轴电压可以结合空间矢量调制来对PMSM进行控制。使转速能够快速响应到达理想转速,拥有更小的超调量,且提高了系统的抗干扰性和鲁棒性,同时降低了电磁转矩、磁链的脉动。最后,通过仿真和实验验证所提控制策略的有效性和优越性。

超导磁储能变流器的超螺旋滑模控制策略研究

针对超导磁储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)变流器采用传统滑模控制方法时存在较大的抖振问题,研究了一种超螺旋滑模控制策略用于改善这一现状。根据SMES变流器拓扑结构进行建模分析,然后选取d、q轴的电流误差值作为积分滑模面,设计了超螺旋滑模控制器。该控制器包含了等效控制和切换控制两部分,其中采用超螺旋控制率的切换控制仅在趋近阶段起作用,使跟踪误差能够在有限时间内收敛为零;当系统状态到达准滑模态时采用等效控制,有效地削弱了抖振幅度。MATLAB/Simulink仿真结果表明,所提出的控制策略较PI控制以及传统滑模控制有着更小的抖振和更高的动态响应性能。

双极性直流微电网的改进型高阶滑模自抗扰控制

针对双极性直流微电网中分布式新能源的系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素所引起母线电压波动问题,以基于风光互补含混合储能的双极性直流微电网为研究对象,提出一种双闭环改进型高阶滑模自抗扰控制策略。首先,依据自抗扰理论将控制系统拟合为一阶系统模型,转化为自抗扰控制系统范式。其次,设计了改进型超螺旋滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器,引入了具有快速收敛性的级联有限时间扩张状态观测器代替线性扩张状态观测器,既能通过高阶滑模控制算法抑制抖振,又能提高对系统集总扰动的估计精度,从而利用非线性控制策略的优势改善系统动态响应过程及抗扰性能。然后,通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件以及搭建实验平台对3种不同控制策略进行对比验证,实验表明所提控制能够很好地抵抗扰动和提高系统的暂态性能。

基于超螺旋二阶滑模控制静止无功发生器的研究

静止无功发生器(static var generator,SVG)广泛用于电力系统中解决三相不平衡的问题。采用构造一个无延迟的旋转相量的方法,对静止无功发生器的电流检测部分进行了改进,以解决移相算子带来的延迟导致的误差,提升电流检测的实时性。控制部分的电流内环采用前馈解耦控制,以解决dq轴上直流变量的耦合问题;由于PI控制系统具有参数难以确定以及难以解决时变复杂系统的缺点,提出了在前馈解耦控制器中使用超螺旋二阶滑模控制的输出电压波形控制方案来代替PI控制。依托这种方法在Matlab中设计出静止无功发生器的模型,对动态三相不平衡负载进行仿真分析。由仿真结果可知,与传统的PI控制相比,此种方法控制效果更好。

基于ISTSMC和改进EKFSMO的PMSM无传感器矢量控制

在采用内环矢量控制(Field orientation control,FOC)和外环经典比例积分(Proportional integral,PI)控制的永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)驱动系统中,容易出现外部扰动检测精度低、抖振、速度环超调大等不确定性缺陷。为了解决PI控制的抖振缺点,提高系统抗干扰性,提出了一种积分超螺旋滑模控制(Integral super twisting sliding mode controller,ISTSMC)。为了实现无位置传感器控制以及电机转速与位置的在线估计,采用基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalmanfilter,EKF)的滑模观测器,并且设计了一种分段正弦型函数代替传统的基于sgn函数的滑模观测器降低抖振现象。在Matlab/Simulink仿真下,分析了该系统在各种故障扰动、反转运行和负载扰动下的速度响应和检测精度能力。结果证明了所提系统的可行性以及优越的动态性能。

巨量转移装备核心轴自适应反步滑模控制

Micro-LED巨量转移装备核心轴具有多变量、强耦合、非线性以及容易受到参数摄动影响等特点,较难实现系统的高精度定位和快速响应。以基于永磁同步直线电机(PMSLM)的巨量转移装备X轴伺服系统为研究对象,提出了一种结合非线性函数和幂指数超螺旋切换控制律的自适应反步超螺旋滑模控制(ABSTASMC)算法,提高系统抗参数摄动能力,降低固有抖振,同时辅以前馈控制器,实现系统的快速响应。实验结果表明,相比传统的PID控制,ABSTASMC拥有更高的定位精度和更强的鲁棒性,调整时间更短,很好满足了巨量转移装备核心轴对高加速高精度运动性能的要求。

重载机车滑模极值搜索最优粘着控制研究

为解决因轨面潮湿、雨雪外界条件变化等因素影响轮轨粘着特性而导致重载机车牵引力不能有效发挥的问题,提出一种基于滑模极值搜索的超螺旋滑模最优粘着控制算法。首先建立重载机车动力学模型;然后根据极点配置法设计全维状态观测器实时估计轮轨粘着系数,采用滑模极值搜索算法实时搜索出变化轨面的最佳蠕滑速度,并应用微分跟踪器跟踪最佳蠕滑速度导数;进而采用超螺旋滑模控制算法设计控制器使重载机车运行于最佳粘着点附近。仿真结果与传统滑模控制相比,粘着系数搜索到实际最优值的时间提前10 s,转矩误差保持在3%内;所提出的控制方法能够快速搜索到不同轨面下的最佳蠕滑速度,实现了重载机车的最优粘着控制。

基于调制系数最优法的TLDMC-PMSM新型直接转矩控制

针对矩阵变换器永磁同步电机系统(MC-PMSM)直接转矩控制方法出现的转矩磁链脉动大、幅值失调、系统鲁棒性弱等问题,提出了一种基于调制系数最优法的三电平直接矩阵变换器永磁同步电机(TLDMCPMSM)新型直接转矩控制方法。首先描述了MC-PMSM直接转矩控制系统的原理;其次用三电平直接矩阵变换器替换两电平矩阵变换器,转速环通过复叠式螺旋滑模控制、转矩磁链环通过超螺旋滑模直接转矩控制替换传统的比例积分控制,并且引入调制系数最优法来抑制电机转矩波动逐渐增大,进而实现对永磁同步电机的精确控制;最后通过MATLAB/Simulink仿真软件和硬件实验验证所提方法的可行性与优越性。

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。

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。

固定翼无人机自适应滑模控制

针对固定翼无人机的姿态和速度控制中存在不确定和外部扰动的问题,设计自适应超螺旋滑模干扰观测器和控制器,实现了固定翼无人机对速度指令和姿态指令的有限时间精确跟踪.首先建立固定翼无人机速度模型和基于四元数的姿态误差模型;进而在该模型的基础上针对无人机飞行过程中的外部扰动和不确定问题,采用自适应超螺旋滑模算法设计干扰观测器对干扰和不确定进行快速估计,并在此基础上设计多变量超螺旋控制器使固定翼无人机快速、精确地跟踪期望的速度和姿态指令;最后基于Lyapunov理论证明了该系统的稳定性.仿真结果表明:所提出的综合控制策略可以实现固定翼无人机速度与姿态的快速精确跟踪并具有良好的鲁棒自适应能力,而且针对无人机不同的飞行指令,使用该控制策略都能使无人机快速稳定的达到预期目标.

基于最大净功率的PEMFC系统过氧比分层控制

水冷型质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统净输出功率与过氧比(oxygen excess ratio,OER)之间存在非线性、强耦合性的特点,因此,该文提出过氧比分层控制方法,用于PEMFC系统过氧比的寻优和控制。首先,基于离线+在线的过氧比寻优算法作为PEMFC最大净功率过氧比控制的上层控制,基于超螺旋滑模控制算法的反馈控制作为PEMFC最大净功率过氧比控制的下层控制,用以代替传统的PID反馈控制。利用李雅普诺夫函数,证明滑模控制作用下闭环系统的稳定性。搭建RT-LAB实时仿真平台,开展PEMFC系统实时仿真。结果表明,所提出的控制方法能够根据PEMFC系统净功率的实时变化而自动进行过氧比寻优控制,并在负载电流动态变化的情况下,满足净功率最大的性能指标要求,提高系统的运行效率。