一种新的约束变速趋近律离散滑模控制方法

考虑惯性执行器输出速度有限的实际,引入趋近律变化速率的控制函数,设计了一种新的无抖振离散滑模变速趋近律算法.首次提出了通过设计趋近律变化速率来构造离散滑模趋近律的思想,使得控制器的物理意义更加明显,设计更加灵活和简单.对于标称系统,该算法可以使切换函数在有限时间内快速无抖振地收敛至零;对于满足匹配条件的不确定系统,切换函数能够收敛至与不确定性及控制参数相关的某一数值,通过设置控制参数,可使这一数值任意小.

基于鲁棒迭代学习控制的永磁同步电机转矩脉动抑制

为了提高永磁同步电机转速伺服系统的性能,抑制转矩脉动对控制系统的影响,提出了滑模控制与迭代学习控制相结合的鲁棒迭代学习控制方法(RILC)。设计了迭代学习控制器抑制周期性转矩脉动,提出了滑模控制器提高系统的抗扰动性能,保证系统强鲁棒性及响应快速性。实验结果显示,电机以900r/min的速度运行时,采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由0.89降低到0.56;加入0.5N·m的负载扰动后,转速波动最大值为22r/min,比PI-迭代学习控制法得到的值减小了1.8%。电机以60r/min运行时,采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由4.87降低到0.45;加入0.5N·m的负载扰动的,转速波动最大值为24r/min,比PI-迭代学习控制法得到的值减小了23%。得到的结果表明,鲁棒迭代学习控制方法可有效抑制转矩脉动,同时可提高永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能。

水下运载器非奇异快速终端滑模控制

针对传统基于线性滑模面的滑模控制方法收敛速度慢、易于颤振的难题,提出一种新型多变量非奇异快速终端滑模控制方法.利用Lyapunov稳定性理论对该方法进行理论分析,结果表明:系统位置跟踪误差和速度跟踪误差将在有限时间内收敛到小球域内,并且小于相同参数条件下传统基于线性滑模面的滑模控制方法.以正在开发的北极星号遥控水下运载器的四自由度控制为研究对象,将该方法和基于指数趋近律的传统滑模控制方法进行仿真对比,结果表明:当存在较强未知外干扰和较大参数不确定性以及测量噪声时,该方法相对传统滑模控制方法可以获得更快的动态响应速度、更高的稳态控制精度和更平滑的控制输入.

基于路面识别的汽车制动防抱死优化控制

汽车ABS在车辆制动过程中,能够有效缩短制动距离、避免出现车辆侧滑以及减少轮胎磨损等特殊优点,保证了车辆的制动性和行驶安全性。在现有ABS控制方法中,普遍存在路面识别算法精度低、实时性差,以及防抱死系统中存在高度非线性、时变性和参数不确定性等难题。为解决上述问题,提出了一种基于路面识别的ABS滑模变结构控制方法,基于"路面特征系数"法进行路面识别,动态地获取当前车辆最佳滑移率,并基于最佳滑移率对车辆ABS进行滑模变结构控制。仿真结果表明ABS具有很好的制动效果,并能够对当前车辆行驶路面做出准确识别。

轧机液压伺服位置系统多模型切换滑模变结构控制

针对轧机液压伺服系统随工况变化而引起的弹性负载刚度系数发生跳变的问题,建立了轧机液压伺服位置系统在不同工况下的非线性多模型集。通过选择系统共同的稳定滑模面,设计了各子模型对应的自适应滑模变结构控制器,并应用Lyapunov稳定性理论证明了整个系统可从任意初始状态趋向于系统的共同滑模面,进而保证了整个变结构切换控制系统的渐近稳定性。为有效削弱系统参数跳变的不良影响,采用模型最佳匹配性能指标作为各子模型切换控制的依据,实现了各子模型控制器之间的切换。仿真研究结果表明:所设计的多模型切换自适应滑模变结构控制器能够保证轧机液压伺服系统具有良好的动静态性能,对系统参数跳变具有良好的鲁棒性。

余热发电机组电能稳定性控制仿真研究

水泥产业属于高耗能的企业,而余热发电是水泥厂节能降耗和减少污染物排放的重要手段。为在余热发电系统高扰动的工作环境中仍保持电能的稳定,提出了建立指数型终端滑模变结构的励磁和汽门开度综合控制器;然后用MATLAB软件构建模型,并在三相短路和三相断路故障条件下分别进行仿真,与采用自适应终端滑模变结构控制的仿真结果进行对比分析,结果表明采用指数型终端滑模变结构控制方法使被控对象具有更好的动、稳态特性,提高了电能的稳定性。

基于改进二阶滑模控制器的六相PMSM矢量控制

为了研究六相永磁同步电机控制系统的性能,在基于矢量空间解耦的方法下通过矩阵变换建立六相永磁同步电机的双子空间数学模型。研究了基于super-twisting算法的控制规律,设计了二阶滑模速度控制器,将一种正弦饱和函数引入到六相永磁同步电机的矢量控制系统代替传统PI控制器,对六相电机速度控制系统进行仿真研究。仿真结果表明,该速度控制器能够对电机的转速环达到高效调节,且稳定性较好,相较于传统PI控制器,二阶滑模控制器能够使系统的动静态性和抗干扰性更强,速度响应更快,鲁棒性更佳。

低附着下分布式驱动车辆的路径跟踪与横向稳定性控制方法

由于车辆在低附着工况(如积雪、潮湿)下跟踪性与横向稳定性的耦合关系,这使得二者之间的控制难以同时满足跟踪精度及良好的稳定性需求,因此,研究了基于分布式独立驱动电动汽车平台的路径跟踪与横向稳定性联合控制模型。对于路径跟踪问题,采用了横纵向解耦控制;对于横向跟踪控制问题,模型采用基于Frenet坐标系的模型预测控制(model predictive control,MPC)路径跟踪控制方法,并引入了转角补偿策略以提升路径跟踪的准确性;对于纵向车速控制问题,模型利用MPC求解期望加速度,并根据行驶平衡方程和保证路面附着最大利用率的条件下确定电机扭矩输出,实现对纵向车速的控制。对于横向稳定性控制问题,提出了基于稳定性增强系统(stability augmentation system,STA)的横摆力矩控制模型,在获得附加力矩后,以二次规划方法将其合理分配到各个车轮上,从而增强了车辆的横向稳定性。最后,通过CarSim/Simulink联合仿真平台,在双移线道路工况下进行了仿真验证。结果表明:在积雪路面,改进模型相比传统MPC在保证横向误差接近的条件下,最大的质心侧偏角降低了83.1%;在潮湿路面,改进模型相比传统MPC模型最大横向误差降低了52.2%,最大质心侧偏角降低了83.3%;相比于传统滑膜,本文模型在跟踪误差与质心侧偏角占优势的情况下,有效的抑制了震荡现象。通过联合控制,可以加强车辆在低附着路面的稳定性与安全性。

轮式滑移转向机器人运动分析及轨迹跟踪控制

针对滑移转向机器人进行了运动学分析,建立了运动学模型。基于车辆地面力学理论,在假设机器人的质心与其几何中心重合的条件下,分析了机器人平稳转向时车轮与地面接触处的受力状态,建立了其力学平衡方程,分析了车轮转向时的驱动力矩和阻力矩。提出了一种轮式机器人轨迹跟踪滑模控制方法,采用将指数趋近律和幂次趋近律相结合的趋近律函数,基于反演技术(Back-stepping)设计了跟踪控制律;应用Lyapunov函数证明了系统的稳定性。最后将该方法用于仿真机器人的轨迹跟踪控制,仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。

基于神经网络的鲁棒自适应舵减摇控制

[目的]针对存在系统未知非线性函数和外界随机扰动的欠驱动水面船舶舵减摇控制问题,提出一种基于多层循环神经网络的自适应非奇异快速终端滑模舵减摇控制器。[方法]首先,针对传统滑模控制中存在的奇异性和收敛性问题,引入非奇异快速终端滑模面,并在假设船舶模型已知的情况下设计滑模控制律;接着,对传统径向基神经网络进行改进,并利用改进后的神经网络去逼近系统未知非线性函数,以解决船舶航行时模型难以确立的问题,提高控制精度;然后,应用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性和有限时间收敛性,并推导出神经网络参数的自适应律;最后,对一艘多用途海军舰艇进行数值仿真分析。[结果]结果显示,当船舶处于航向保持工况时,所提出的控制器减摇率为50.41%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了19.2%;当船舶处于变航向工况时,所提出的控制器减摇率为23.46%,与非奇异快速终端滑模控制器相比提升了12.59%。[结论]该方法可以为欠驱动船舶舵减摇控制设计提供参考。

光伏发电输电变换器优化控制仿真研究

DC-DC开关功率变换器作为光伏发电前端关键环节,其性能对于光伏电池最大功率的跟踪,工作效率的提高有着很重要的意义。传统控制多采用连续控制方式设计复杂,搭建模拟电路实现困难,适用范围窄。针对上述难点问题,在传统快速终端滑模基础上作改进,提出了一种适用于数字控制的新型幂次型快速离散终端滑模。选择对数函数和幂次项构造分段滑模面,证明了其滑模运动收敛速度在任意点均快于快速离散终端滑模。将提出的离散控制方案应用于Buck变换器,理论分析与仿真均表明,幂次型快速终离散端滑模控制方法在加快系统误差轨迹收敛速度、增强鲁棒性、减小稳态误差等方面均有显著改善。可为光伏发电前端DC-DC开关功率变换器的优化控制提供参考。

基于快速非奇异终端滑模的直线开关磁阻电机位置控制

采用有限元数据构建了直线开关磁阻电机的本体模型,并将快速非奇异终端滑模(FNTSM)控制算法应用到直线开关磁阻电机位置控制系统中。通过选择适当的切换函数和控制律,设计了位置控制器,提高电机控制系统的动态性能和鲁棒性。仿真验证了快速非奇异终端滑模相比于传统的PID控制具有响应速度快、无超调、鲁棒性强等优点,相对于传统的滑模控制(SMC)可明显削弱抖振,表明了快速非奇异终端滑模控制在直线开关磁阻电机位置控制系统中的优越性。

过驱动卫星姿态动态控制分配研究

针对受干扰、飞轮故障、安装偏差和饱和影响的过驱动卫星的姿态控制问题提出了一种控制器设计方法。首先建立了过驱动卫星的姿态方程,给出了飞轮安装偏差、故障和饱和的数学描述。随后设计了存在外界不确定干扰和飞轮安装偏差时的滑模控制律,再应用动态控制分配解决过驱动卫星飞轮故障问题,最后考虑飞轮存在饱和时,使用零空间法使飞轮力矩指令保持在可行区间之内。设计的控制方法避免了复杂的控制器设计过程,控制器更为简单,适应性更广,更容易理解且更易于工程应用。

非理想电网电压下MMC-UPQC的PBC-SMC控制策略研究

针对非理想电网电压时模块化多电平换流器(MMC)和统一电能质量控制器(UPQC)组合而成的MMC-UPQC,采用单一的PID控制、无源性控制(PBC)、滑模控制(SMC)的电能质量不够理想问题,提出了PBC与SMC组合的无源性滑模控制(PBC-SMC)策略来提高电能质量。首先,推导出电网电压不平衡时MMC-UPQC的总体数学模型,并对电压与电流进行正序与负序分离;然后,针对当前单一的控制方法的补偿效果存在的问题,提出了MMC-UPQC的PBC-SMC控制策略来提高电压电流电能质量;最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提控制策略的正确性和可行性,基于PBC-SMC控制的MMC-UPQC系统能够很好地补偿电压电流,提升电能质量,且相比于PID和PBC控制,还有抗扰性更强、精确度更高、响应更快特点。

基于滑模控制的农用小型风力发电机的控制研究

为了能够提高小型风力发电机的工作稳定,防止发生飞车失控现象,深入地研究了滑模控制在小型风力发电机转速控制中的应用。首先,分析了小型风力发电机转速控制的基本原理及实施方案;然后,研究了小型风力发电机转速复合自适应滑模控制技术的基本原理;最后,进行了小型风力发电机转速滑模控制的仿真分析,结果表明控制方法具有较高的鲁棒性。

电动汽车永磁同步电机无位置传感器控制的研究

针对电动汽车永磁同步电机无位置传感器控制系统,在两相静止坐标系(α-β)内将滑模观测器法与MRAS结合,提出了基于模型参考自适应的滑模观测器,并利用自适应律估计永磁同步电机的转子速度。仿真和试验表明无位置传感器控制方法是切实可行的。

基于滑模控制的角形级联静止同步补偿器快速不平衡补偿方法

电网发生故障或者接入大功率不平衡负载时,会出现电网电压不对称,影响系统稳定运行,对其快速地进行无功补偿显得尤为重要。角型级联静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)能够对无功和负序电流进行综合补偿,是目前高压大容量应用场合最有效的电能质量解决方案之一。然而角形补偿器相电流指令信号获取方法较为复杂,指令计算速度慢,难以实现快速补偿。为此,提出一种基于滑模控制的角形级联STATCOM快速不平衡补偿方法,在根据电网电压不平衡度计算电流补偿指令时,引入滑模控制并与PI调节相结合,提升不平衡补偿指令计算速度。结合角形级联STATCOM的电压稳定控制、相间平衡控制和电流内环控制,实现电网电压的快速支撑。最后,通过仿真研究验证所提控制方法的正确性和有效性。

基于抗负载扰动的永磁同步电机双滑模控制

为提高永磁同步电机矢量控制系统的抗负载扰动能力,提出一种基于滑模转速控制器和滑模负载转矩观测器的永磁同步电机双滑模控制策略.该控制策略通过在滑模转速控制器的滑模面中加入转速误差的积分项,使系统的静态误差变小,并且通过设计一种改进的指数趋近律,使系统状态变量的收敛速度得以提高.以负载转矩和电机转速为观测对象设计滑模负载转矩观测器,将负载转矩观测值前馈补偿到滑模转速控制器中,使滑模转速控制器不连续项的最小幅值有效减小,从而有效抑制了滑模抖振现象,提高了控制系统的动态鲁棒性能和抗负载扰动能力.仿真结果验证了该控制策略的有效性和优越性.

基于L_2干扰抑制的船舶柴电机组滑模控制调速器设计

为提高系统对电网参数变化的鲁棒性,降低系统固有干扰对电力系统频率的影响,在分析柴油发电机组非线性数学模型的基础上,提出基于L2干扰抑制的船舶柴电机组二阶滑模控制调速器设计.仿真结果表明,在电力系统突加突减负载时,调速器能有效抑制电网参数变化和系统固有干扰对柴油发电机组频率输出的影响.

电液伺服系统的自适应滑模控制

针对存在未知非线性电液速度伺服系统的跟踪控制问题,结合神经网络与滑模变结构控制理论,提出一种自适应神经滑模控制方案.标称控制律用来控制标称系统,而对系统中不确定部分采用基于神经网络的滑模补偿控制律控制.RBF神经网络用来实现对未知非线性系统的建模,Lyapunov稳定性理论实现网络权值的自适应修正规则.利用对称型Sigmoid连续函数以平滑不连续控制,达到削弱高频抖振的目的.仿真结果显示,该方案可以减小跟踪误差、增强系统的鲁棒性和削弱控制信号中的高频抖振.