Adaptive Sliding Mode Control for MIMO Nonlinear Systems Based on Fuzzy Logic Scheme

In this study an indirect adaptive sliding mode control (SMC) based on a fuzzy logic scheme is proposed to strengthen the tracking control performance of a general class of multi-input multi-output (MIMO) nonlinear uncertain systems. Combining reaching law approach and fuzzy universal approximation theorem, the proposed design procedure combines the advantages of fuzzy logic control, adaptive control and sliding mode control. The stability of the control systems is proved in the sense of the Lyapunov second stability theorem. Two simulation studies are presented to demonstrate the effectiveness of our new hybrid control algorithm.

基于混沌控制的采摘机器人防碰撞系统设计

针对采摘机器人在作业过程中遇到障碍物导致路径规划出现混沌现象的问题,基于混沌控制对采摘机器人防碰撞系统进行设计,并采用模糊自适应控制算法和滑模变结构控制算法结构的方式对系统进行控制。为了验证防碰撞系统的有效性,对采摘机器人进行了防碰撞和采摘仿真试验,结果表明:采摘机器人在作业过程中可以避开障碍物,按照规划路线到达预设位置,完成果蔬的采摘。

融合反步法的无人驾驶汽车轨迹跟踪控制方法

为了解决无人驾驶汽车轨迹跟踪控制的准确性、稳定性和快速性问题,将反步法分别融合滑模变结构控制和模糊自适应控制.建立车辆三自由度运动学位姿误差微分方程,推导了基于反步法的车速和横摆角速度控制律,结合Lyapunov稳定性判据验证了系统稳定性.分别建立融合反步法的滑模变结构和模糊自适应轨迹跟踪控制方法,结合轨迹跟踪稳态误差、超调量和调整时间,验证、比较了控制方法准确性、稳定性和快速性3种性能的优劣.结果表明:融合反步法的滑模变结构轨迹跟踪控制的稳定性最好,轨迹跟踪超调量接近于0;融合反步法的模糊自适应轨迹跟踪控制快速性最好,轨迹跟踪调整时间相对于反步法缩短了18.2%.

控制理论在电力电子学中的应用(下)——非线性与智能化方法

综述了电力电子学中的自适应控制、滑模变结构控制、神经网络控制及模糊控制。

静液传动系统自适应模糊滑模控制

针对静液传动系统的速度控制问题,提出一种带有摩擦力矩补偿的自适应模糊滑模的设计方案。引入摩擦力矩动态补偿的方法,对摩擦力矩进行动态实时补偿,提高系统的响应速度和稳态误差。采用自适应模糊滑模控制解决因系统的不确定性及干扰的存在而不能准确控制的问题,使控制器的设计不依赖于被控对象的精确数学模型。基于李雅普诺夫函数推导出规则参数调整的自适应率,保证闭环控制系统的稳定性,并削弱了高频抖振。仿真结果表明该方案可以提高稳态误差,增强系统的鲁棒性,削弱控制信号中的高频抖振现象。

旋转导向钻井工具稳定平台模糊滑模控制研究

关于稳定平台是旋转导向钻井工具的重要环节。针对稳定平台存在的摩擦问题带来的不确定性,为提高平台系统的控制精度和稳定性,提出利用模糊控制理论与滑模变结构控制相结合的稳定平台控制系统。通过建立带摩擦的稳定平台模型,设计出变结构控制器和自适应模糊系统逐步逼近等效控制,并对切换项进行模糊逼近,以平滑不连续控制。仿真结果表明方法既保证了控制系统对外界扰动和参数不确定性具有较好的鲁棒性,也实现了较高的稳定平台姿态控制精度,使闭环系统具有良好的动态性能。

无刷直流电动机积分反演模糊滑模控制

针对普通的无刷直流电动机控制策略受电动机本身因素影响,难以达到理想效果的问题,介绍了一种积分反演自适应滑模变结构控制和模糊控制相结合的控制器。该控制器在滑模面中加入积分项,实现了对速度信号的无静差跟踪,提高了系统的稳态精度;用模糊控制器来解决切换控制增益设定只能靠经验的问题;采用模糊控制算法对不确定性进行估计,有效地减小了滑模控制方法带来的抖振;为了进一步提高控制性能,重新设计了趋近律。仿真结果表明,该控制器能够大幅提升无刷直流电动机控制系统的性能。

自适应模糊滑模控制及在轧机APC中的应用

基于模糊自适应控制方法设计了轧机厚控APC(AutomaticPositionControl)的滑模跟踪控制器,在系统动态函数未知的情况下,运用动态模糊逻辑系统DFLS(DynamicFuzzyLogicSystem)以及自适应机构构造变结构控制;应用李亚普诺夫方法设计滑模系数以及变结构控制律参数,使得闭环系统渐近稳定;不需要轧机APC的精确数学模型。仿真结果验证了控制系统的有效性以及抗干扰性能。

单框架控制力矩陀螺伺服系统的模糊自适应变结构控制

研究单框架控制力矩陀螺系统的外框架结构.系统的永磁同步伺服电机采用正弦波驱动;电流环采用电压空间矢量脉宽调制方法驱动逆变器;位置环采用模糊自适应滑模变结构控制,通过引入切换控制增益的模糊自适应调节方法来提高系统的鲁棒性和抗扰能力.在Matlab下对系统进行仿真,结果表明,采用模糊自适应变结构控制方法设计的伺服系统有较高的动态和稳态精度;抗扰性能得到加强;消除了滑模变结构控制器的抖振现象.

导弹电液伺服机构的自适应模糊滑模跟踪控制

针对导弹电液伺服机构的跟踪控制问题,提出了一种自适应模糊滑模的设计方案。使用具有参数在线调节的自适应模糊控制,逼近滑模控制中的等效控制部分,并确定非线性控制项以保证系统的稳定性。根据滑模控制原理给出四条模糊规则,以平滑不连续控制,达到削弱抖振的目的。仿真结果表明了该方案的有效性。

交流伺服系统自适应模糊变结构控制

研究并设计了应用在交流伺服系统中的自适应模糊变结构控制器。该控制器结合自适应控制、模糊控制和变结构控制等理论的优点,不仅加快了交流伺服系统的响应速度,提高了控制精度,增强了抗干扰能力,而且避免了常规矢量控制方法复杂的坐标变换,实现简单。实验结果验证了该控制方法的可行性和有效性。

液压混合动力挖掘机回转能量回收系统的设计和控制

为了解决挖掘机在回转阶段的能量回收再利用问题,基于压力共轨(CPR)液压混合动力技术设计了一个采用两个蓄能器的闭式回转制动能量回收系统。考虑到气体温度与热传递对蓄能器工作状态的影响,建立了系统的数学模型。为了提高回转制动的平稳性,减少回转装置的能量损失,设计了自适应模糊滑模控制器对回转速度进行跟踪控制。在Matlab平台上对系统进行仿真,结果表明:自适应模糊滑模控制器有较好鲁棒性、稳定性,可平稳控制回转装置;采用该系统可消除压力共轨系统二次元件之间的压力扰动,能够实现高达49.8%的再生能量用于驱动回转系统,比同吨位的液压挖掘机节能16.7%。

模糊自适应滑模变结构制导律研究

将模糊控制技术、自适应控制技术和滑模变结构控制理论综合应用于仅有视线角速度、目标机动且其加速度无法测量的导弹制导系统,推导出模糊自适应滑模变结构制导律。将该制导律与传统的比例导引、自适应滑模变结构制导律分别应用于电视制导炸弹系统制导,进行比较,数字仿真结果表明:应用该制导律后,视线角速率无抖动,而且脱靶量小,保证了较高的制导精度。

一种离散直接自适应模糊滑模控制

为获得离散非线性系统的无抖振滑模控制,基于自适应模糊逻辑系统(AFLS)构建自适应模糊滑模控制。先通过在线自适应律调节AFLS的参数,使AFLS输出逼近所设计的滑模控制(SMC);然后用Lyapunov方法证明了逼近误差的收敛以及滑模的可达。对倒立摆系统的应用仿真研究结果证明了所提出方法的有效性,因此设计的离散控制器能保证滑模到达,并具有较强鲁棒性能。

电动静液作动器自适应滑模控制

为提高电动静液作动器速度平稳性,抑制泄漏非线性和摩擦非线性对系统控制性能的影响,采用自适应滑模方法构建控制器;滑模控制可以有效抑制系统内非线性因素的影响,但是由于抖振现象的存在限制了速度平稳性的进一步提升;针对固定切换增益的滑模控制方法的不足,提出一种基于变结构滤波器的自适应滑模控制方法;采用变结构滤波器估计系统状态信息,估计的系统状态信息用于构建滑模面,采用自适应切换增益来导出控制率,有效减小了抖振幅度;仿真结果证明了自适应滑模控制器的有效性,采用这种方法减小了控制器输出抖振幅度,提高了系统的速度平稳性。

模糊自适应滑模变结构控制及其在功率放大器中应用

针对目前使用的电力电子器件构成的功率放大器,提出一种新的基于模糊自适应的滑模变结构控制方法。该方法不仅充分体现了滑模控制的优势,克服了其他控制方法动态响应性能不好、总谐波畸变率较大、鲁棒性差等缺陷,而且因为增加了模糊自适应理论,改善了滑模变结构控制方法中的切换控制所产生的抖振。模糊自适应控制器由模糊化、规则库、模糊推理和反模糊化4部分组成。选择可解决学习算法收敛速度慢问题的模糊基函数作为模糊自适应控制函数,在非线性函数的基础上,对系统进行一系列基函数展开,通过参考值和反馈输出之间的误差不断修正基函数的权,从而达到学习的目的。仿真和试验结果表明该控制策略对系统参数和负载扰动具有很强的鲁棒性,系统动、静态性能良好。

基于模糊滑模的机械臂鲁棒轨迹跟踪控制

针对存在外部扰动及建模误差的机械臂轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于模糊滑模的鲁棒轨迹跟踪控制策略。在传统鲁棒控制器的基础上引入模糊滑模控制器取代等效控制项,解决了由初始系统误差较大引起的速度跳变、抖振等问题。其中模糊滑模控制器采用自适应模糊逻辑修正指数滑模趋近律中的常数项,可以优化滑动模态的品质,有效消除抖振。利用Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真实验结果表明,该控制算法轨迹跟踪误差小,误差收敛速度快,具有良好的实时性。

球形机器人的建模与控制研究

设计了一种通过三个惯性轮驱动的球形机器人,基于角动量守恒定律实现机器人移动。利用四元数及Kane方程建模方法,建立了球形机器人的完整动力学模型,给出了控制其运动的微分方程组,进而设计一个自适应模糊滑模变结构控制器,以实现对参数及动力学模型不精确的球形机器人的位置控制。为了减弱系统的抖振,通过对滑模控制器中的切换项进行模糊逼近,使切换项连续化。轨迹跟踪的仿真和试验表明,该控制器在参数不确定和动力学模型不精确的系统中有良好的表现。

旋转伺服关节的反馈线性化滑模控制研究

针对以叶片摆动缸为机器人旋转伺服关节的电液伺服系统中,存在多种非线性因素以及不确定因素扰动的问题,为提高电液伺服系统的控制精度和鲁棒性,提出了一种基于反馈线性化滑模变结构控制理论的控制器。通过对伺服系统非线性模型的建立,利用反馈线性化理论对非线性模型进行了线性化处理;结合滑模变结构控制原理为改进后的系统模型设计了控制器,同时设计了基于模糊自适应PID理论的控制器作为对照模型,通过MATLAB/Simulink模拟了在无干扰、时变负载干扰以及油源油压波动干扰情况下两种控制器驱动的伺服系统,并观测了系统的跟踪特性与稳定性。研究结果表明:相较于模糊自适应PID控制下的伺服系统,基于反馈线性化滑模控制器控制的伺服系统具有更小的跟踪误差、更强的抗干扰能力,可以有效提升伺服系统的鲁棒性。

电液伺服系统的增益自适应滑模变结构控制

为实现对电液伺服系统非线性、不确定性和未建模动态等因素的有效补偿,将系统转换成具有自适应动态递归模糊神经网络(ADRFNN)辨识误差,即二次不确定性的等效线性数学模型,利用增益自适应滑模变结构控制(GASMC)方法对系统进行综合设计.实验结果表明:ADRFNN的高精度在线辨识和GASMC校正项的增益自适应功能使系统具有较强鲁棒性和更高的稳态精度,同时使系统控制量的颤振现象得到有效抑制.