Study of Integral Variable Structure Control Method for Stability of SI Engine Idling Speed

The intake air control system of a gasoline engine is a typical nonlinear system, and included among the adverse fac-tors that always induce poor idle-speed control stability are dead time and disturbances in the intake air control process. In this paper, to improve the responsiveness when idling with regard to disturbances, a mean-value engine model (MVEM) with dead time was constructed as the control object, and the two servo structures of sliding mode control (SMC) were studied for better idle control performance, especially in transient process of speed change. The simulation results confirmed that under the constraint condition of control input, the robustness of idle speed control that is being subjected to torque disturbances and noise disturbances can be greatly improved by use of the servo structure II.

变速积分PID在AUV航向姿态控制中的应用

AVU在航行过程中容易受慢变干扰,传统PID通过加大积分项来抑制干扰,但易引起超调。积分分离PID可以抑制干扰和减小超调,但当慢变干扰大于积分分离的门限时,退化为PD控制器。对此,将变速积分PID引入AUV的航向控制中。在航向运动线性模型基础上设计了控制器,并利用劳斯判据证明了系统稳定性,在典型干扰下进行了仿真验证。结果表明,变速积分PID相对于传统的PID和积分分离PID有更好的性能。

分散滑模控制理论在自主式潜水器(AUV)控制中的应用

对自主式潜水器（AUV）的水动力模型进行了近似处理，利用改进的变结构滑模控制方法设计了AUV控制系统，仿真表明模型处理合理，控制系统能克服模型强耦合和严重非线性，效果好，且系统鲁棒性强。

AUV近水面运动的积分变结构控制及仿真

智能水下机器人(AUV)在近水面的运动中,由于波浪干扰力的作用,运动状态会发生明显变化,其近水面的定深控制是比较困难的。本文设计了一个积分变结构控制器,对智能水下机器人进行了近水面运动仿真,有效的防止了水下机器人近水面波浪干扰作用下的埋首上浮现象。首先建立了水下机器人的水动力模型,进行了波浪干扰力的计算,在此基础上给出了水下机器人变结构控制器的设计过程,针对非积分变结构控制器中出现的稳态误差加入积分项,通过仿真对比验证了积分项的加入很好的抑制住了稳态误差且响应速度快、有较好的抗波浪干扰能力。

编队约束下的AUV路径跟踪

研究了自主水下航行器(AUV)编队约束下的路径跟踪问题。将整个系统的误差分为2部分:①各AUV自身的跟踪误差;②AUV的编队误差;在此基础上,针对AUV的参数不确定性以及海流干扰等特点,提出了一种自适应变结构控制律,在滑动面的选取中,同时考虑了AUV的路径跟踪误差以及AUV之间的编队误差。文章从理论上证明了控制律的稳定性,并讨论了控制律实现中路径参数更新律的选取问题。仿真结果表明,所设计的控制律可以使AUV克服海流干扰,达到编队航行的目的,并且考虑编队约束时AUV相互之间的的距离误差比不考虑编队约束时的误差小。

积分变结构控制原理在AUV航向控制中的应用仿真

文章研究了积分变结构控制在自主水下机器人(AUV)航向控制系统中的应用,建立了AUV水平面的非线性模型,并在特定的工作点对模型进行了线性化处理,得到了AUV的控制设计线性模型.根据变结构控制理论设计了积分变结构控制器,并给出了消除抖振的方法.仿真试验验证了该设计方法的有效性.

多约束多输入拦截器姿轨一体化复合控制

针对临近空间动能拦截器,提出了一种高精度、低能耗的姿轨一体化复合控制方法。首先,基于拦截器运动学、动力学方程、执行机构特性及全捷联导引头结构,建立了全捷联姿轨复合控制拦截器制导控制系统模型;其次,利用反正切函数设计了包含体视线角约束的映射函数,并针对姿轨耦合问题,结合高阶滑模控制设计了姿轨一体化复合控制律,在满足体视线约束和交会角约束的同时,完成了多个控制任务;最后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了控制律控制下系统的稳定性,并通过仿真验证了一体化设计方法的优越性、映射函数约束的有效性,以及控制律的鲁棒性。

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。

制导炮弹制导控制一体化滑模设计方法

鉴于制导炮弹高动态、大扰动等特殊发射和飞行环境,传统制导系统和控制系统单独设计会产生较大的误差,影响系统的稳定性,弹丸命中目标精度较差。采用制导控制系统一体化设计方法,基于滑模变结构理论,设计了制导炮弹导控一体控制律。通过数值仿真验证了所设计控制律的正确性、精确性和稳定性。数值仿真表明:采用滑模控制理论设计的导控一体控制律在较大摄动的情况下,仍然具有较高的控制精度;蒙特卡洛仿真表明该方法能够满足工程需要。

基于滑模控制的直流电机恒转速控制

为保证直流无刷电机在未知负载下能保持恒定转速,本文采用了滑模变结构控制方法,通过控制直流电机的输入电压,使电机在负载有较大变化时能按照设定速度稳定旋转。仿真实验表明,该控制算法具有动态响应快速、超调量小,以及对外部负载转矩扰动和干扰鲁棒性较强的特点。

变速恒频双馈风力发电系统空载并网积分变结构控制

围绕变速恒频双馈风力发电系统空载并网问题,将滑模变结构控制与矢量控制相结合,提出了一种基于指数趋近率的积分变结构控制策略,并分别对理想情况、电机参数摄动情况和电网电压波动情况下的双馈风力发电系统空载并网过程进行仿真分析.结果表明:在本控制策略下,双馈风力发电系统空载并网动态响应良好,稳态误差近似为零,过渡平稳,并网后无需更改控制器参数即可顺利进入最大风能追踪阶段;与传统PI控制相比,本控制策略能够有效抑制参数摄动及外部扰动对双馈风力发电系统的影响,具有较强的全局鲁棒性.

变结构PI控制器的设计及其在光电跟踪系统中的应用

为了给光电跟踪系统提供高性能的伺服控制,基于传统的PI控制器原理,结合变结构的思想,设计了一种变结构PI控制器(VSPI)。介绍了该控制器的工作原理并讨论了设计参数的选择。基于某型号光电跟踪系统,分别对采用了VSPI、抗积分饱和PI控制器(AWPI)和积分分离PI控制器(ISPI)作为位置回路控制器的伺服控制系统进行了仿真和实验。实验结果表明,采用了VSPI的光电跟踪系统基本无超调,上升时间为0.378s,稳定时间为0.488s,跟踪精度为1.26″。该系统结构简单,能实现嵌入式实时控制;与其他两种控制器相比综合性能更好,完全满足光电跟踪系统精度高、响应快的要求。

姿控飞轮变结构变速积分控制的实现

为了兼顾飞轮控制系统的响应速度和稳态精度,在分析常值切换变结构控制和变速积分控制特性的基础上,将具有开关特性,响应快,但存在抖振缺点的常值切换变结构控制与能改变积分项的累加速度,使其与偏差大小相对应,稳态精度高的变速积分控制相结合,利用变速积分控制稳态精度高的优点弥补常值切换控制的开关特性带来的缺点,提出了变结构变速积分控制。根据飞轮的本体模型和运动方程建立了控制模型,分析了控制模型的性能,进行了转速跟踪实验。实验结果显示:变结构变速积分控制使系统的动态性能和稳态性能都得到很大提高。控制指令为偏移量1000r/min,幅值100r/min,周期0.01Hz正弦信号时,跟踪误差为2r/min。结果表明,提出的方法抑制了超出切换带范围的超调量,提高了进入切换带内的稳态精度,防止了抖振,基本达到了加快响应速度和提高稳态精度的要求。

电动汽车PMSM MTPA控制系统滑模速度控制

为了提高电动汽车电机驱动系统对参数摄动和负载扰动的鲁棒性,同时削弱滑模变结构控制(SMVSC)固有的抖振,将一种改进的滑模控制策略应用于永磁同步电机(PMSM)最大转矩电流比(MTPA)控制调速系统中。采用最大转矩电流比控制方法分配定子直轴、交轴电流,将他们与转矩的关系分别拟合为低阶多项式,提高了该方法的工程实用性;速度环采用基于变指数趋近律的滑模控制策略,选取积分滑模面,并将控制律连续化,有效地削弱了滑模控制系统固有的抖振。仿真与实验表明,所设计控制器提高了系统鲁棒性,具有优良的稳态、动态性能,适用于电动汽车电机驱动系统。

具有模糊监督控制器的积分变结构间接自适应控制

针对一类不确定非线性系统,基于变结构控制原理,并利用具有非线性可调参数的模糊系统去逼近过程未知函数,提出一种具有模糊监督控制器的积分变结构间接自适应控制方案．该方案通过监督控制器保证闭环系统所有信号有界．进一步,通过引入最优逼近误差的自适应补偿项来消除建模误差的影响．理论分析证明了跟踪误差收敛到零．仿真结果表明了该方法的有效性．

并联机器人轨迹跟踪积分变结构控制的研究

根据并联机器人控制的特点,将积分变结构控制理论应用于并联机器人的轨迹跟踪,同时引入了趋近律。给出了积分变结构控制规律。仿真结果表明,该方法对并联机器人轨迹跟踪具有很好的控制效果。

基于积分变结构控制的并联型有源滤波器研究

给出了一种基于积分变结构控制理论的有源电力滤波器补偿电流和直流侧电压的统一控制方法,避免了补偿电流和直流侧电压由两个闭环分别控制。建立了三相三线制并联型有源电力滤波器在abc和dq坐标系下的数学模型,对等效控制率与实际控制率的差值积分得到积分滑模面,有效地减小了滑模运动中的抖振。通过构造一组开关函数等式,获得了驱动电压型逆变器的PWM信号。推导了滑模运动存在、可达及稳定的条件。采用Matlab仿真结果证明了该方法具有鲁棒性、抑制抖振的能力和良好的动静态性能。

基于钒电池储能系统的风电场并网功率平抑控制

为平抑风电场输出功率波动,选择在风电场并网母线位置配置钒电池储能系统。采用双向AC/DC变流器作为钒电池储能系统的功率调节器并推导出其在d-q坐标系下的暂态数学模型。针对此数学模型强耦合、非线性等不利于控制器设计的特点,采用状态反馈精确线性化方法,将其转化为线性形式,再采用变结构原理中的变指数趋近律方法设计系统的闭环控制器。仿真结果表明,当风速快速变化时,钒电池储能系统能够通过快速充放电平抑风电场输出波动;而且与PI控制相比,变结构控制可使系统的动态性能更好。此外,钒电池储能系统具有有功和无功功率可以独立调节的特点,可实现风电功率的解耦控制。

带落角约束的再入机动弹头的复合导引律

针对再入机动弹头垂直打击目标的要求,研究了具有末端落角约束的复合导引律。该导引律包括俯冲平面内的制导方程和转弯平面内的制导方程,通过在最优导引律的基础上引入滑模变结构控制,增强导引律的鲁棒性。为了减小控制量的抖振和能量损耗,提出了采用RBF(径向基函数)神经网络自适应调节切换项增益的方案,数学仿真验证了该方案的有效性。仿真结果还表明,与最优导引律相比,复合导引律在外界干扰的影响下仍能保持较高的制导精度。

双馈风力发电机空载并网控制策略研究

采用传统的PI控制、模糊控制以及积分型变结构控制(IVSC)分别与矢量控制相结合,对双馈风力发电机空载并网控制,即并网前的空载运行、并网时的过渡过程做了仿真实验。在IVSC与矢量控制相结合的控制策略中,将饱和函数加入到切换控制,使系统在边界层内产生准滑模运动,有效地抑制了转子电流的抖振。通过比较,积分型变结构控制(IVSC)分别与矢量控制相结合的控制策略能使系统在全局范围动态性能最佳。