基于Super-Twisting滑模S面的无人机路径跟踪控制

针对小型固定翼无人机在执行任务时跟踪精度低以及容易受外界风影响的问题,设计基于Super-Twisting滑模S面(STSM S-Plane)的路径跟踪控制器,同时采用内外双环控制模式。外环即速度环采用Super-Twisting滑模控制,内环即姿态环采用S面控制。考虑到S面控制求导易导致积分爆炸的问题引入了二阶微分器,并对外界风组成进行建模研究。最后通过空间特殊曲线来验证所设计算法的控制性能。仿真结果表明,所设计的算法可以实现固定翼无人机对期望路径的精确跟踪,并具有良好的鲁棒性和抗干扰性能。

电机转速环节Super-Twisting算法二阶滑模控制律设计与研究

针对电机转速环节,研究了以Super-Twisting算法(STA)为基础的转速闭环二阶滑模控制律设计方法,无需对转速求导或求解转速极值。利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性,并分析了系统中比例滑模项对系统收敛的稳定性和快速性的影响,以及不同类型比例滑模项的共同点与区别。仿真结果表明,在STA基础上人为增加比例滑模项可以提高系统的收敛速度,而不受系统工作状态影响,并且不改变系统的STA二阶滑模特性。由于各种电机都具有统一的转子运动方程,因此,研究结果对各种电机的转速环节二阶滑模闭环控制具有通用性。

基于分数阶扩展滑模扰动观测器的PMSM无模型控制算法研究

针对永磁同步电机调速控制系统突加负载时导致转速波动较大的问题,提出了一种基于分数阶扩展滑模扰动观测器(FOESMDO)的转速环新型无模型控制方案。新算法为了改善调速系统的动、静态性能,建立了不含电机参数的永磁同步电机新型超局部模型,以此为研究对象,借助快速终端滑模控制和改进型滑模切换函数设计新型无模型滑模控制器;同时为了提高扰动估计的准确性及减小滑模控制存在的抖振现象,改进算法采用分数阶扩展滑模扰动观测器进行超局部结构中未知部分的在线估计;最后,将所提出的基于FOESMDO的新型切换函数快速终端滑模控制方法同传统方法进行仿真对比,验证了新型无模型控制算法(FOESMDO-ISFFTSMC)在提高调速系统的响应速度和抗干扰能力方面的优异性能。

基于改进Super-Twisting算法和电流预测的PMSM调速控制

针对永磁同步电机传统PI控制器存在响应速度慢、控制精度低、鲁棒性差等问题,该文提出一种改进调速控制方案。首先,将全局快速积分型终端滑模理论与广义Super-Twisting算法相结合,基于Anti-Windup原理设计改进广义Super-Twisting积分终端滑模速度控制器,并采用新型分段指数函数优化控制律;其次,设计改进扩展扰动观测器对系统未知扰动进行前馈补偿;最后,在电流环引入无差拍电流预测控制器,进一步改善系统的动态响应。仿真结果表明,所提出的改进控制方案能够有效提高调速系统的动态控制性能、控制精度和鲁棒性。

基于Super-Twisting算法的欠驱动RTAC系统解耦滑模控制

针对欠驱动RTAC系统的镇定问题,提出一种基于super-twisting算法的解耦滑模控制方法;该方法采用连续控制律实现欠驱动RTAC系统的渐近镇定,能够有效削弱解耦滑模控制器的抖振。针对平移小车子系统和旋转小球子系统分别设计第一层滑模变量,然后在此基础上构造第二层滑模变量;由第二层滑模变量的动态方程得出等效控制律,并采用super-twisting算法推导连续的切换控制器。所设计的连续解耦滑模控制器由切换控制器和第二层滑模面的等效控制律构成,能够保证各层滑模变量收敛至0。仿真测验结果表明所提出的控制方法的有效性。

采用模糊滑模控制算法的制动系统稳定性研究

为了解决车辆制动系统容易发生侧滑现象和不同控制系统输出误差缺少验证的问题,设计了一种模糊滑模控制算法,利用仿真模型对其进行验证。建立了2自由度四分之一汽车车轮模型,分析了车轮的动力学特性,推导出车辆防抱死制动系统的动力学方程。定义车辆滑移率非线性函数,引用模糊规则设计了模糊滑模控制算法。为了保证控制系统的稳定性,利用李雅普诺夫函数对其进行推导和证明。通过Matlab软件对车轮滑移率和制动力矩进行仿真,与传统PID控制算法输出结果进行对比。仿真验证表明:采用传统PID控制算法,车辆在干燥或者潮湿路面制动过程中,车轮滑移率跟踪误差较大,制动系统响应速度较慢,车轮容易发生抱死现象;采用模糊滑模控制算法,车辆在干燥或者潮湿路面制动过程中,车轮滑移率跟踪误差较小,响应速度较快,避免车轮抱死现象;所设计的模糊滑模控制算法,能够提高车辆制动系统的稳定性,避免车轮发生抱死现象。

基于super-twisting二阶滑模算法的作业型ROV路径跟踪控制方法

作业型遥控无人水下航行器(ROV)的运动存在时变外界干扰和系统不确定性,利用常规滑模方法设计其运动控制器会产生抖振现象,而常用的饱和函数联合边界层法(SatSMC)在消除抖振的同时无法保证控制精度。针对上述问题,文中设计了super-twisting二阶滑模控制器(STSMC)来实现作业型ROV的空间路径跟踪。利用Lyapunov方法分析了系统的稳定性,并证明该方法能够保证跟踪误差在有限时间内收敛。将提出的STSMC与SatSMC及比例-积分-微分法进行了仿真试验对比,结果表明:STSMC能够使ROV完成对既定路径的跟踪,并具有更好的鲁棒性、快速性和控制精度,同时产生的抖振也明显小于SatSMC,控制参数也未增加,更适于ROV的实际使用。

一种鲁棒高阶滑模Super-Twisting算法的全桥逆变器

利用高阶滑模super-twisting算法设计一种全桥逆变电路的控制器。该算法的核心思想是将离散控制律转移至更高阶的滑模面,从本质上消除一介滑模的抖颤影响。为了验证算法的可行性和有效性,利用MATLAB仿真软件对控制系统进行了对比实验,结果表明:1)在稳态性能下,相比于典型PI控制高阶滑模控制具有更好的跟踪效果。2)在输入和负载的扰动情况下,高阶滑模控制显示出强鲁棒性,对输入和负载的扰动不敏感。

高速列车分布式super-twisting滑模控制研究

针对不确定因素及外界干扰下高速列车分布式协同控制问题,提出基于super-twisting滑模一致性算法的高速列车速度跟踪控制策略。首先,考虑列车受到的外部干扰、基本阻力及车厢间耦合作用力,构建高速列车多智能体模型;其次,利用相邻车厢的位移和速度信息设计一致性滑模函数,引入super-twisting算法削弱控制输入抖振;最后,设计分布式二阶滑模控制律,并采用Lyapunov理论验证算法稳定性。以高速列车实际参数进行仿真研究,并加入外界干扰,利用本文方法、普通一致性、PID一致性及滑模一致性方法进行仿真。结果表明,相较于其他3种方法,所提算法能使车厢单元快速、精准跟踪目标速度曲线,速度误差在(-0.8~1.1)×10^(-3)m/s内,同时使相邻车厢距离保持在安全范围内,且控制输入较平滑,对外部干扰有较好的鲁棒性。

基于Super-Twisting滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

针对永磁同步电机矢量控制系统的高性能要求,提出一种基于二阶super-twisting滑模理论的永磁同步电机转子反电动势观测器.对电机反电动势观测值进行运算处理得到电机转子位置与转速,并采用矢量控制对电机转速进行控制,从而实现永磁同步电机的无传感器控制.根据Lyapunov稳定性理论,该观测器的收敛特性,super-twisting算法相比于传统一阶滑模算法极大地削弱了系统的抖振,降低系统超调的同时减小了系统调整时间.仿真和实验结果均表明该方案可有效实现转子位置与转速的估算,且系统具有良好的鲁棒性和动态响应能力.

变论域自适应模糊滑模多变量控制算法及其在单元机组协调控制中的应用

为有效地处理多变量复杂系统,提出了一种新型多变量模糊控制器的设计方法。通过分析滑模控制机理,综合变论域模糊自适应控制的思想,提炼出简化通用的规则库,规则数只是输入变量的线性函数,可在线调节输入变量论域和规则后件隶属度函数,使所构成的控制系统具有很强的鲁棒性、较好的自适应能力和较高的控制精度。最后用于对300MW 单元机组协调控制系统进行了仿真实验,结果表明即使在机组工况点发生大的变化或受到较大干扰时,被控系统仍具有快速的负荷适应性、良好抗扰动能力和很强的鲁棒性。

基于Super-Twisting滑模观测器无刷直流电机调速控制

无位置传感器无刷直流电机作为动力送风呼吸防护装备的动力来源,以它为核心的动力送风系统动态性能指标决定了使用者的安全性和舒适性。针对常规滑模观测器在无位置传感器无刷直流电机控制过程中存在高频抖振以及转子位置相位滞后的问题,设计了一种基于Super-Twisting的二阶滑模观测器,其抑制了因一阶滑模面存在的不连续相而产生的抖振,以及因采用低通滤波器而导致的相位滞后和幅值衰减,同时对滑模观测器的开关函数进行改进。在此基础上采用磁场定向控制的双闭环控制系统进行系统调速仿真,同常规滑模观测器进行对比。实验结果表明:基于Super-Twisting滑模观测器的控制系统有效地抑制了系统抖振,降低了转子位置估算中存在的相位滞后,提升了电机转子位置的估算精度。其动态性能指标均优于常规滑模观测器的控制系统,提升了系统控制性能,达到了送风呼吸防护装置预期的控制效果。

基于Super-twisting滑模永磁同步电机驱动的转速和转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)空间矢量的直接转矩控制方案超调频繁、响应时间慢等问题,将传统的转速PI控制器和转矩PI控制器替换成Super-twisting滑模控制器,并从理论上证明了Super-twisting滑模控制器用在转速环和转矩环上能在有限时间内收敛。借助MATLAB/Simulink仿真软件研究了PMSM的转矩脉动,分析了其动态响应速度。仿真结果表明,在空间矢量直接转矩控制中采用Super-twisting滑模控制器与PI控制器相比有更小的转矩脉动,提高了动态响应速度并且解决了超调频繁的问题。

永磁同步电机调速系统混合滑模控制算法

为提高基于空间电压矢量调制(Space Voltage Vector Modulation,SVPWM)的永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)直接转矩控制系统性能,设计改进的幂次指数趋近律(ImprovedPowerExponentReachingLaw,IPERL)并应于永磁同步电机转速控制,利用Super-twisting滑模策略控制电机转矩角差生成环节,二者组成混合滑模控制器。此外,详细分析算法控制性能,引入积分滑模和模糊自适应方法优化趋近律参数,实现参数在线调整。仿真实验表明,与PI控制、幂次指数趋近律相比,该方法在电机空载起动和外加干扰等情况下均能使控制精度和鲁棒性显著提升。

基于滑模控制算法的永磁外转子提升机控制系统研究

永磁外转子提升机直接转矩控制系统通过砰-砰调节器,对提升机的电磁转矩和电机的定子磁链信号最大值实行调节,但具有极大的磁链脉动以及扭矩波动,低速性能不好。因此选择滑模控制算法对永磁外转子提升机控制系统加以调整优化,利用滑模速度调节器取代了常规PI调节器。实验模拟结果证明:滑模控制算法大幅提升了常规矢量控制系统的调节特性,并降低了扭矩脉动,同时滑模速度调节器也比常规PI调节器拥有更好的负载抗扰能力和健壮性。利用Super-twisting二阶滑模调节器取代了常规砰-砰调节器,仿真结果证明:采用了Super-twisting二阶滑模控制算法的直接转矩调节器,不但能够解决常规一阶滑模结构带来的抖振现象,还明显降低了定子磁链的脉动以及扭矩波动,而且具备了更高的速度追踪能力,对负载扰动和参数改变等不确定性问题有了很大的健壮性。

基于Super-twisting算法的永磁同步电机直接转矩控制

针对传统永磁同步电机直接转矩控制中转矩和磁链脉动较大的问题,文章基于Super-twisting算法,提出了一种二阶滑模直接转矩控制策略。该控制策略使用二阶滑模控制结构取代传统PI控制和滞环控制结构,设计了磁链和转矩滑模控制器,提高了系统控制的动态响应能力。文章使用SVPWM矢量控制取代传统DTC中的开关表,保持开关频率恒定。试验结果表明,文章提出的控制策略可以有效降低转矩和磁链的脉动,并提高系统的稳定性,改善了系统的动态性能。

基于分数阶Super-Twisting滑模的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

针对存在外界干扰的四旋翼无人机轨迹跟踪问题,提出了一种分数阶Super-Twisting滑模控制器。基于双闭环控制策略,将四旋翼无人机系统解耦为位置子系统和姿态子系统;利用Super-Twisting算法设计出滑模控制器,可在消除系统抖振的同时实现全局有限时间收敛;为了进一步提高系统的控制精度和抗干扰性,引入了分数阶微分积分算子;最后,与传统Super-Twisting滑模和积分终端滑模进行的仿真对比,验证了所提算法的优越性。

基于Super-twisting的欠驱动船舶滑模自抗扰控制

针对欠驱动船舶在复杂海况下的航迹跟踪控制问题,提出一种基于Super-twisting的滑模自抗扰控制方法。利用视线导航法(LOS)将船舶的航迹跟踪转化为航向跟踪问题,并设计跟踪微分器来获取期望航向的1阶导数与2阶导数;根据非线性Nomoto模型设计扩张状态观测器对Nomoto模型的辨识误差、非线性项以及3级海况下风浪造成的干扰进行观测并补偿,提高控制器的鲁棒性。设计基于Super-twisting的2阶滑模控制方法,使滑模变量能在存在干扰观测误差的情况下有限时间收敛,并有效地减少了控制输出抖振现象,最终实现高精度的航迹跟踪控制。最后,以海巡船作为被控对象进行仿真验证,仿真结果表明,该控制算法能够有效提高船舶在3级海况下的航迹控制精度,增强对干扰的鲁棒性。

基于快速终端滑模控制的大惯量火炮随动控制算法研究

某大型火炮的机械结构复杂,各部件耦合度高,由于受到材料刚性、加工和装配工艺等限制,电机轴架位与火炮实际架位间的误差不能完全消除,尤其在高速运动中,误差的非线性变化更为明显,容易导致运动过程中出现“抖振”现象。通过对火炮随动控制系统进行建模,建立了从电机控制到火炮实际架位间的驱动方程,提出了基于快速终端滑模控制的随动控制算法,并在火炮系统中进行了验证;实验表明所提算法有效消除了“抖振”现象,使控制端能够直接使用火炮实际架位作为控制变量,提高了火炮随动控制精度和运行稳定性。

直接转矩Super-Twisting滑模异步发电控制

为提高宽转速范围、冲击性负载条件下笼型异步电机自激取力发电系统(EDS-CAGS)的稳定控制能力,降低直接转矩控制脉振,采用电压–磁链外环强扭曲(Super-Twisting)控制与电流内环含K类函数直接反馈线性化控制相结合的方法,给出一种基于电压空间矢量调制的异步发电系统直接转矩控制新方法。EDS-CAGS仿真实验结果表明,在负载冲击和转速大范围变化条件下,相对于传统电压外环–电流内环直接转矩控制方法,基于新的控制方法,直流输出电压超调明显降低,电磁转矩响应速度加快、超调降低,滑模面变量及其导数能够较快收敛,EDS-CAGS鲁棒稳定能力得到加强。