模糊积分滑模变结构下EMB防抱死控制算法研究

由于汽车行驶环境的复杂性以及在进行防抱死制动时的时变性和不确定性,滑模控制在ABS系统中得到了较高使用,但在实际使用中又很难保证系统运动点较快到达滑模面的同时又不产生较大抖振。为解决这个问题,提出基于电子机械制动(EMB)的ABS模糊积分滑模变结构控制算法,并利用MATLAB/Simulink和Carsim软件进行联合仿真。结果表明,所提算法能够将滑移率精确地控制在期望值附近,并且系统响应速度快、稳定性高。最后,基于NI设备进行SiL研究,对所提算法的有效性进行进一步验证。

电动静液作动器的非线性变阻尼积分滑模控制

对于电动静液作动器(EHA),传统滑模控制器存在加速度信息难以获取,参数不易整定和控制信号抖振等问题,从而造成控制器很难应用于实际。针对以上问题,利用奇异摄动理论对EHA数学模型进行合理的降阶,从而使控制器设计避免了使用加速度信息。在此基础上,利用降阶模型设计了一种新型非线性变阻尼积分滑模控制器(NSMC),该控制器可根据位置控制误差实现系统阻尼比由欠阻尼到过阻尼的自适应调节,能有效提高位置阶跃调节性能。设计了一种基于滤波器的不确定项估计器对EHA中存在的参数不确定性和外部扰动进行实时估计并补偿。滑模面积分项的引入和不确定项估计器的使用,一方面使控制器中无需使用切换函数,实现了EHA的无抖振滑模控制,另一方面使系统整个动态过程完全表现为滑动模态,从而可根据EHA控制指标直接整定滑模面参数,大大简化了参数整定过程。同时利用Lyapunov稳定性理论对整个闭环系统和滑模面的稳定性进行了详细分析。分别与PI控制器、传统滑模控制器(SMC)和传统变阻尼滑模控制器(DVSMC)进行了详细的仿真分析比较,仿真结果表明NSMC能有效提高EHA位置跟踪性能和增强对参数不确定性和外部扰动的鲁棒性。

基于滑模变结构的精密涂布机放卷系统张力控制策略研究

张力稳定是涂布工艺的一个基础条件,如何提高放卷系统的张力控制精度是精密涂布机张力控制面临的难点问题。本研究针对精密涂布机放卷系统张力稳定性控制需求,提出了一种基于滑模变结构控制策略的放卷系统张力控制方法。首先,根据精密涂布机放卷系统的工作原理,建立了放卷系统的参数时变、非线性动力学模型,分析了张力波动的主要原因;然后,在放卷系统张力模型的基础上,设计了一个放卷张力系统滑模变结构控制器,并利用李雅普诺夫(Lyapunov)定理进行了系统稳定性分析;最后,通过仿真试验对所设计的滑模变结构控制器进行了性能验证。仿真结果表明,相比于传统PID控制,本研究所设计的滑模变结构控制器对放卷张力系统具有更好的控制鲁棒性。

基于滑模变结构的混合微电网接口变换器双向下垂控制

由于混合微电网中的交直流子网具有不同的动态特性,当系统发生负荷突变时,会在双向接口变换器(bidirectional interface converter, BIC)两侧子网间产生功率波动,使交流母线频率和直流母线电压动态响应变差,为此提出了基于分数阶滑模控制器(fractional order sliding mode controller, FOSMC)的双向下垂控制策略。将具有鲁棒性强、响应速度快和抗干扰能力强的滑模变结构控制引入到BIC的控制中,得到改进型的分数阶滑模控制器,以改善系统的暂态响应过程。通过Matlab/Simulink平台搭建了仿真模型,在多种工况下验证了该控制策略的有效性。与传统双向下垂控制相比,该控制算法可以在保证系统原有稳态特性的同时,加快整个系统的响应速度,抑制暂态过程中BIC传输功率的瞬间波动,减小功率波动对交直流子网母线的反作用,提高整个系统的动态性能和抗扰动性能。

一种基于滑模变结构的电压型SEPIC变换器混沌控制方法

针对高阶电压控制型开关功率变换器的非线性特征,提出了一种抑制DCM模式SEPIC变换器中混沌现象的滑模控制方法。该方法根据DCM模式SEPIC变换器的工作模式特点在状态变量的选取上进行改进,使相应的相轨迹在DCM模式下均能进入滑模面,并根据滑模函数的存在条件,选取相应的滑模系数。引入自适应滞环控制,通过设置滞环上下限,达到稳定开关频率的目的,实现对系统的混沌控制。通过搭建系统的Simulink模型对方法进行的仿真结果表明:该方法即使在系统出现较大扰动的情况下也能使系统稳定地运行于单周期态,且具有动态响应速度快,输出纹波小等特点。

基于滑模变结构的农机路径跟踪控制算法研究

为提高农机路径跟踪时的精确性,提出了一种基于滑模变结构的路径跟踪控制算法,并运用滑模变结构算法设计了自动驾驶控制器,通过简化农机车辆模型与线性化二自由度模型,求解出滑模变结构控制器的控制规律。通过在Simulink与CarSim中建立联合仿真模型验证控制器的可行性,结果表明:基于滑模变结构的农机路径跟踪控制算法的车辆作业转弯时横向偏差可控制在0.45m之内,实际行走路径与预设路径基本吻合,较加入预瞄模块的PID控制算法控制精度得到提高,满足自动驾驶农机路径跟踪精度及实时性的需求,可为农机路径跟踪控制的研究提供参考。

基于重构积分滑模变结构的虚拟无穷大电容器控制策略

在含大功率电力电子变换器装置中,虚拟无穷大电容(virtual infinite capacitor,VIC)能够减小直流母线电容体积、提高系统功率密度,但其传统控制策略测量参数较多,导致VIC的设备成本增加,可靠性降低。为此,该文提出一种基于重构积分滑模变结构的VIC控制策略,通过VIC原理分析建立变结构模型,以此为基础进行了公式推导和等效替换,构建新的滑模切换面,并设计积分重构观测器取代物理传感器用于电流采样。在此背景下,将功率因数校正器作为研究对象,与PI控制、常规滑模控制方式进行对比仿真,结果表明:在无电流检测单元前提下,所提出控制方式仍可保证VIC控制系统优良动态性能,同时减少采样参数,降低设备成本,提高系统可靠性。

基于滑模变结构的凸版印刷机无轴传动控制系统设计

目的解决凸版印刷机系统中精确同步控制与稳定性问题,设计一种基于滑模变结构控制方法的无轴传动印刷控制系统。方法通过分析传统凸版轮转印刷系统的控制原理,建立无轴传动的凸版多组印刷单元系统的控制模型,确保印刷过程中驱动电机能够实现精确的位置和速度同步,以维持印刷作业的协调性和一致性。此外,提出了滑模变结构控制算法。搭建了以永磁同步电机为执行机构的无轴传动控制仿真系统,并开发了以S7-1200为控制核心的硬件系统,使用博途软件设计PLC的控制程序。结果采用滑模变结构控制的凸版印刷机无轴传动控制系统展现出较高的准确性和稳定性,能够稳定可靠地实现印刷过程中的无轴传动控制。结论以凸版轮转印刷机为出发点,将滑模变结构控制引入凸版印刷机的无轴传动控制系统中,并将其离散化处理后运用于PLC控制系统,提高了凸版印刷的效率,并对智能控制算法在印刷控制中的运用进行了有效探索。

滑模变结构控制在永磁同步电机控制中的实现和仿真

永磁同步电机(PMSM)是一个强耦合、多变量、非线性系统,控制难度大,而滑模变结构控制对外部扰动和参数变化有较强的自适应性,更适合实现PMSM的高性能控制。利用Matlab搭建滑模变结构控制系统模型,研究其动态性能,仿真结果显示,该系统具有良好的跟随性能和鲁棒性。

汽车防滑刹车系统滑模变结构控制器设计研究

从力学建模、车轮轮胎的简化模型、滑模控制器的设计等3个方面入手,对滑模变结构控制系统进行仿真分析,旨在探索汽车防滑刹车系统滑模变结构控制器的设计方式和优化途径,并研究其对行车安全性能的影响。

基于滑模变结构的风电机组一次调频算法研究

针对并网风电场中,经典一次调频控制方法存在抗干扰能力弱、机组易脱网的问题,提出一种基于滑模变结构的风电机组一次调频控制算法。首先,在永磁同步风电机组工作原理的基础上,建立含有大电网的风电机组模型。其次,为了解决传统比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制下抗干扰能力弱的问题、引入经典滑模变结构控制器。然后,针对经典滑模变结构控制器导致执行机构存在抖振较多的缺点,提出一种基于sigmoid函数趋近率的滑模变结构一次调频控制算法。最后,通过MATLAB/Simulink对风电机组一次调频进行建模仿真,并与经典控制算法相比,验证了所提算法的可行性,在风速波动和电网故障的环境下,滑模变结构一次调频控制算法更具有效性。

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。

多重网络攻击下的CV变结构积分滑模控制

针对多重网络攻击影响下网联车辆(CV)的控制问题,提出了一种变结构积分滑模控制方法。首先,建立了一种新的同时考虑多重网络攻击的CV模型,在该模型基础上设计变结构观测器估计多重网络攻击影响下的CV状态,并利用李雅普诺夫方法实现了估计误差的渐近收敛。然后,提出了一种基于变结构观测器的积分滑模控制方法,通过求解线性矩阵不等式,证明了该方法能在有限时间内将系统状态轨迹驱动到所设计的滑模面上。最后,通过数值仿真验证了在不同情况下(急加速、频繁加减速和非零初始间距误差),所设计的控制器可以有效应对多重网络攻击带来的显著性影响,实现整个闭环系统的渐近稳定性、鲁棒性和队列稳定性。

多虚拟同步机系统的自适应滑模变结构控制方法

虚拟同步机是一种可以改善分布式能源并网兼容性的技术手段。目前有关虚拟同步机滑模控制的研究大多数仅针对于单机系统。由于单机系统无需考虑多机系统中出现的虚拟惯量等参数之间的耦合影响,这导致现有的滑模变结构控制策略不适用于多虚拟同步机系统,当功率波动时系统频率有可能产生振荡。针对上述问题,提出了多虚拟同步机虚拟惯量的整定判据,并基于整定判据提出多虚拟同步机系统的自适应滑模变结构控制策略,可以使系统中各台机组在扰动状态下输出稳定频率。通过自适应滑模变结构控制策略使得多虚拟同步机组在功率波动时输出稳定的频率,从而避免系统频率失稳。最后,通过搭建PSCAD仿真模型验证了理论分析的正确性及有效性,所提控制方法可提高多虚拟同步机系统的稳定性与鲁棒性。

基于滑模变结构的三相并网逆变器重复比例控制策略

针对三相并网逆变器在暂态能量反馈中的快速性与抗扰动性的要求,提出了一种重复比例控制与滑模变结构控制的自适应加权控制策略。首先对滤波器构建数学模型并进行求解,通过对滤波器的状态方程进行求解,采用重复比例控制提高逆变器的稳定性,再利用高频控制器对滑模开关函数进行替代,在保证鲁棒性的同时减小控制的抖振,再通过加权控制器根据电流误差值实时调节两种控制的权重比以实现两种控制的稳定过渡与切换达成高质量并网,最后利用Simulink软件对三种控制在相同条件下分别进行仿真。通过对比验证,发现利用加权控制策略优化了等效控制的跟踪特性,不仅能加快了系统的响应速度,抑制了并网电流谐波,且还有效地提高了系统的鲁棒性,控制精度更高。

基于滑模变结构控制的带材纠偏电液伺服系统仿真研究

为满足带材纠偏电液伺服控制系统对纠偏精度、稳定性和准确性的要求,提出一种通过滑模变结构控制的电液伺服系统。该系统采用滑模变结构控制方法将带材稳定于指定位置,并运用指数趋近率消除抖振带来的影响。研究以文中提出的带材纠偏电液伺服系统为对象,通过AMESim和MATLAB联合仿真的方式,对比了滑模变结构控制与PID控制的效果。研究结果表明:基于滑模变结构的控制方法相比于传统的PID有更好的动态响应特性,最后得出的跟随曲线抖振更小,跟随误差更小,更能满足纠偏系统的控制要求,该控制方法可为需要高精准性、高稳定性的电液伺服系统设计提供理论支持和参考。

数字孪生驱动下永磁同步电机滑模变结构一体化解耦控制

提出数字孪生驱动下永磁同步电机(PMSM)滑模变结构一体化解耦控制方法,改善永磁同步电机控制能力。构建基于数字孪生技术的永磁同步电机控制结构,通过设备层采集实际永磁同步电机运行数据及环境数据,作为数字孪生驱动数据来源,孪生建模层依据获取永磁同步电机数据,构建永磁同步电机的数字孪生驱动模型以及虚拟场景,经虚拟模型与虚拟场景耦合后,在虚拟场景中还原永磁同步电机运行状态;在孪生控制层中设计精确线性化解耦控制方法,并构建速度、电流一体化滑膜解耦控制器,在虚拟环境中通过解决永磁同步电机速度与电流之间的非线性耦合问题,完成实体电机解耦控制;同时数字孪生控制结构各层之间通过孪生数据传输实现数据交换与指令下发,实现有效的电机控制。经实验验证:经该方法控制后,永磁同步电机可在负载突加与突卸状态下保持平稳的电流与转矩,同时还可以迅速调整电机转速,使电机保持在理想状态下运行。

基于滑模变结构的高速同步电机直接转矩控制

针对高速同步电机,文章研究了基于滑模变结构的无传感器直接转矩控制。该控制方式将滑模变结构和直接转矩控制相结合,用以改善电机定子磁链和电磁转矩的脉动。本文对基于滑模变结构的无传感器高速同步电机直接转矩控制和传统直接转矩控制系统性能中的定子电流、电磁转矩和定子磁链轨迹分别进行了仿真对比分析。仿真结果表明,采用基于滑模变结构的无传感器直接转矩控制方式可以减小定子电流和电磁转矩的脉动,定子磁链频带宽度变化较小,适合对高速同步电机控制。

跨座式单轨受电弓滑模变结构半主动控制方法研究

跨座式单轨列车采用刚性接触网,运行中往往会产生强烈的刚性振动与剧烈的接触力波动,直接影响受电弓受流质量和使用寿命。提出了一种跨座式单轨受电弓滑模变结构半主动控制方法。分别选择二元受电弓模型和磁流变阻尼作为研究对象和操动机构。首先,以跨座式单轨弓网耦合关系为基础,从理论分析入手提出了弓网耦合模型,得到了其动力学方程;其次,在上述理论支持下,通过Simulink仿真手段,结合滑模变结构控制搭建受电弓主动控制系统;最后,建立磁流变阻尼器的逆向模型,实现了受电弓的半主动控制。当磁流变阻尼器接收到控制器传递的控制信号后,通过调节电流,输出期望控制力并最终作用于受电弓上,有效解决了接触力波动剧烈的问题。通过实验证明,所提方法对弓网接触力控制更加准确,大幅降低弓网接触力波动标准差,降幅超过17.34%,且规避了弓网系统离线情况的发生,验证了所提方法在改善弓网受流质量和延长受电弓使用寿命上的稳定性和优越性。

变论域模糊补偿的机械臂积分终端滑模控制

为了减小机械臂在环境扰动、参数漂移和建模误差等影响下的轨迹跟踪误差,设计了基于积分终端滑模和变论域模糊补偿的组合控制器。采用拉格朗日方程建立了机械臂系统的动力学模型,制定了不确定因素影响下机械臂跟踪控制方案;设计的积分终端滑模控制器可以将系统初始状态限制在滑模面上,消除了控制过程的抖振并提高了跟踪速度;提出了自适应论域策略,该策略可以提高补偿力矩的输出细粒度,并将变论域模糊算法用于不确定因素补偿。经实验验证,变论域模糊补偿控制对关节1角位置的最大跟踪误差为0.103 rad,误差绝对均值为0.025 rad,对关节2角位置的最大跟踪误差为0.073 rad,误差绝对均值为0.012 rad,跟踪控制精度高于模糊补偿控制、RBF-BP控制和自适应鲁棒控制,验证了变论域模糊补偿控制方法的有效性和先进性。