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.

基于参数摄动模型的航空发动机鲁棒弹性自适应控制

航空发动机特性随飞行条件和工作状态变化,在复杂工作环境中同时存在模型不确定性和控制器自身参数变化问题,很大程度上影响整个飞行包线的控制性能。为此,文章提出一种基于参数摄动模型的航空发动机鲁棒弹性自适应控制方法。其首先建立了航空发动机参数摄动结构化模型;然后针对被控对象模型的不确定性和控制器增益的摄动,利用李雅普诺夫稳定性(Lyapunov stability)理论和线性矩阵不等式约束,设计了增益摄动有界但上界未知时的鲁棒弹性自适应控制律,将控制器的设计问题转化为线性矩阵不等式的可行解问题,使控制器的设计仅依赖线性矩阵不等式解矩阵的存在性,并证明了算法的稳定性。在此基础上,文章对飞行包线内发动机不同工作状态进行控制仿真验证。结果显示,调节时间小于1.8 s,超调量小于5%,这表明所设计控制器具有良好的稳定性和控制性能。

拖拉机-牵引式农机具路径跟踪控制算法研究

[目的/意义]本研究为解决牵引式农用车辆的路径跟踪精度低、迟滞性大和抗干扰能力差等问题,提出了一种基于滑模变结构控制的拖拉机-牵引式农机具路径跟踪方法。[方法]建立了拖拉机-牵引式农机具运动学模型,通过近似线性化的方法建立了车辆-道路偏差状态方程,采用Ackermann公式进行极点配置,设计基于指数趋近律的滑模变结构控制器,并在MATLAB/Carsim联合仿真环境中进行跟踪仿真分析。[结果和讨论]跟踪双移线参考路径时,农机具横向偏差和航向偏差经8 s收敛到0 m和0°,在参考航向变化时,横向偏差小于0.1 m,航向偏差小于7°;在跟踪圆形参考路径时,农机具横向偏差经过7 s趋于稳定,并始终小于0.03 m,农机具航向偏差经7 s趋于稳定,并保持在0°;在跟踪S形曲线参考路径时,农机具在曲率变化处依然保持着良好的跟踪性能。[结论]农机具能有效跟踪参考路径,满足精度和快速性的要求。在跟踪仿真试验中,拖拉机前轮转角和拖拉机与农机具间的铰接角都保持在小范围内,符合实际生产的需要,降低安全事故发生的可能性。

基于滑模变结构的异步电机调速系统建模与控制

针对基于传统矢量控制的异步电机调速系统存在响应速度慢、鲁棒性弱等方面的不足,在推导三相异步电机简化模型的基础上,设计了一种将滑模变结构与矢量控制相结合的控制方法,用滑模变结构控制方法取代矢量控制中的转速调节器,基于指数趋近方法求得了系统控制器,利用李雅普洛夫判据证明了系统的渐进稳定性。进一步地,在Simulink环境下建立电机调速系统模型,通过对比传统PI矢量控制与结合滑模变结构的矢量控制方法的仿真结果,说明该方法应用于异步电机调速控制中具有响应速度快,鲁棒性强等优点。

基于新型趋近律的半主动悬架模糊滑模控制

面向重载运输车辆的行驶过程,为了提高驾驶员的乘坐舒适性和行车安全性,设计一种基于新型趋近律的半主动悬架模糊滑模控制器。首先,为解决实时测量路面信号的问题,基于改进的参考天棚模型,将簧下质量的运动状态直接作为控制系统输入;其次,针对滑模控制引起的系统抖振和收敛速度慢的问题,引入可变边界层饱和函数的新型趋近律,再将模糊控制与滑模控制相结合,以保证控制精度和控制鲁棒性;最后,将重载运输车辆半主动悬架作为仿真对象进行仿真。结果表明,相较于传统模糊滑模控制,车身垂向加速度降低78.9%,车轮动载荷下降13.6%,悬架动挠度减小31.4%。所设计的控制器可提升以车身垂向加速度和悬架动挠度为评价指标的乘坐舒适性和以车轮动载荷为评价指标的行车安全性,为半主动悬架系统的智能控制研究提供参考。

闭式泵控新型液压-机械执行器位置控制特性研究

本文采用试验分析法,在了解闭式泵控新型液压-机械执行器位置控制的技术特征与工作原理基础上,设置了系统数学模型,该模型以滑膜变结构控制理论为核心,满足闭式泵控新型液压-机械执行器位置控制要求;然后在该模型的基础上进行系统仿真,根据时域分析结果可知,该控制技术可实现快速、准确定位,具有技术优势。

液压活套多变量系统的建模及积分变结构控制

为了实现热连轧中活套高度与张力系统的解耦控制,需对具有非线性、强耦合、不确定、多约束特性的活套系统建立工程上适用的数学模型.通过对活套系统动态耦合过程的分析,在工作点附件,结合伺服阀和液压缸的模型,建立起液压活套系统的动态数学模型.采用积分滑模变结构多变量解耦控制策略以减弱系统的耦合影响,提高控制效果.仿真结果验证了本算法的有效性,表明解耦后的活套控制系统可获得更好的控制效果.

航空发动机多模型预测滑模控制

针对航空发动机是一个不确定性的强非线性系统,借鉴多模型方法和预测控制思想,提出了航空发动机多模型预测滑模控制。对航空发动机飞行包线进行划分,建立了航空发动机状态空间多模型;对每个模型分别设计了预测滑模控制器,以滑模轨迹为预测模型,进行滚动优化、反馈校正求取控制量,并根据前几时刻与发动机的匹配程度选择当前时刻的控制器;推导出了其稳定性的条件。仿真结果表明,所设计的控制器控制效果令人满意,能有效抑制参数摄动和干扰的影响。

基于无源性与滑模变结构控制相结合的VIENNA整流器控制策略

针对VIENNA整流器的非线性特点,提出一种无源性控制与滑模变结构控制相结合的混合控制策略。在建立同步旋转坐标系下VIENNA整流器非线性数学模型的基础上,推导了VIENNA整流器的Euler-Lagrange数学模型,分析了VIENNA整流器的无源性。利用无源性理论及滑模变结构控制理论设计了VIENNA整流器的控制器,即电压外环采用滑模变结构控制、电流内环采用无源性控制的双闭环控制算法。在MATLAB7.1/Simulink环境中建立了仿真模型,并搭建了800 W的实验样机。仿真与实验结果表明,所提出的混合控制策略达到了控制的目的。利用无源性控制与滑模变结构控制相结合的整流器具有鲁棒性强、动态特性好、抗干扰能力强等优点。

不确定参数电动舵机滑模变结构控制

针对电动舵机系统要求在有限时间内无误差跟踪目标的问题,研究了Terminal滑模控制方法。针对常规Terminal滑模控制需要知道不确性的上界且容易产生高频抖振的问题,采用模糊技术对电动舵机的不确定性进行估计,并将其与常规Terminal滑模控制结合起来,提出了模糊Terminal滑模控制技术。建立了电动舵机的模糊Terminal滑模控制系统结构,给出了控制器的设计方法。实验与仿真结果表明,与常规Terminal滑模控制器相比,模糊Terminal滑模控制器能有效降低抖振,改善了控制器的动态品质。

同步发电机混沌振荡的模糊滑模变结构控制

为消除周期性扰动下同步发电机中的混沌振荡,使系统输出跟踪给定信号,采用模糊滑模变结构控制方法,设计混沌控制器。采用指数趋近律方法,设计切换控制律,使系统能克服扰动影响,快速到达切换面;在滑动模态,采用模糊控制规则,抑制控制中的高频抖振。仿真结果显示:加入传统滑模变结构控制器后,大约需要12.5 s,系统跟踪上给定信号,在渐近跟踪过程中,控制中出现高频振荡;加入模糊滑模变结构控制器后,在1 s内,系统跟踪上给定信号,在渐近跟踪过程中,控制中无振荡现象。

基于PID趋近律的航空发动机滑模变结构控制

研究了一种自调节趋近律的滑模变结构控制器,以切换函数s作为偏差,趋近速度由一个PID控制器调节,目的是使到达滑模面的穿越速度最小从而减少抖振,同时使到达滑模面时间最短。根据航空发动机稳态数学模型,设计其滑模变结构控制律,构建了基于PXI总线的发动机滑模控制平台。通过半实物实验结果证明,该控制器响应速度快,高频抖振很小,具有很强的鲁棒性能和跟踪性能。

新型注入式并联混合型有源电力滤波器

为了满足大型变电站谐波抑制和大功率无功补偿的要求,提出了一种新颖的并联注入混合有源电力滤波器,在补偿大功率无功功率的同时,降低了有源电力滤波器的容量,减少了滤波装置的初期投资,也更适合于工程实践应用。详细介绍了这种滤波器的滤波原理,提出了基于自适应预测算法的谐波检测方法,提高了谐波检测精度,采用基于广义积分迭代算法的三重离散滑模变结构的混合型有源滤波器控制策略。220kV变电站挂网运行的工程应用结果表明这种新型注入式混合有源电力滤波器可靠性较高,可获得良好的滤波效果。

高速永磁同步电机滑模变结构一体化解耦控制

为了改善高速永磁同步电动机的控制性能,从永磁同步电动机的非线性动态数学模型出发,应用精确线性化理论并结合滑模变结构控制方法,将转速环与电流环结合在一起设计了一体化控制器,解决了小惯量高速永磁电机电磁与机械时间常数相接近,速度与电流之间的非线性耦合问题;设计了一种能够在一个数学模型中同时辨识转速与电机参数的自适应在线辨识方法,并实现了高速电机无位置传感器运行。仿真和实验表明,该控制系统具有良好的动、静态特性和鲁棒性。

独立驱动电动汽车稳定性的滑模变结构控制

为充分利用双电机独立驱动电动汽车两侧电机独立可控这个特点来提高车辆稳定性,在研究汽车动力学与稳定性特点的基础上,利用MATLAB/Simulink建立了包括任意路径下的单点预瞄驾驶员模型和"魔术公式"轮胎模型在内的8自由度的"人-车"闭环动力学仿真平台。运用滑模变结构控制原理,分别设计了以两侧电机为执行机构,以横摆角速度、质心侧偏角和横摆角速度与质心侧偏角联合为控制变量的3种等速趋近滑模变结构控制器,在仿真平台进行了稳定性控制的仿真。结果表明,3种控制器均可有效提高汽车极端工况下的操纵稳定性,其中,又以横摆角速度与质心侧偏角为联合控制变量的控制器效果最好。

无刷双馈电机滑模变结构直接转矩控制

针对无刷双馈电机直接转矩控制系统磁链和转矩脉动大的问题,引入滑模变结构控制策略.以转矩和磁链两个滑模控制器来代替传统直接转矩控制中的两个滞环控制器,电压矢量开关的输出采用空间电压矢量PWM调制的方法,保证了逆变器开关频率恒定,应用指数趋近率方法设计滑模控制器,由Lyapunov方法求得相应的滑模变结构控制律,建立了MATLAB/Simulink环境下直接转矩控制系统的仿真模型,仿真结果表明,新型控制方案能有效减小转矩脉动,改善定子磁链和电流波形,同时仍可保持直接转矩控制固有的转矩快速响应的优点,提高系统的稳定性和鲁棒性.

一种考虑非线性余项的机载发动机自适应模型建立及其在寻优控制中的应用

为了解决传统的机载发动机分段稳态线化模型精度不足的问题,在发动机稳态线化模型中引入了模型各输出参数泰勒展开中的非线性余项,建立了考虑非线性余项的机载发动机稳态模型。为了估计真实发动机部件蜕化情况,建立了基于Kalman滤波的发动机部件性能蜕化估计模块。以考虑非线性余项的发动机稳态模型为核心,结合性能蜕化估计模块构建了机载发动机自适应模型。针对所建立的机载发动机自适应模型,进行了单部件及多部件蜕化参数估计以及最小油耗性能寻优控制模式的仿真。仿真结果表明,考虑非线性余项的机载发动机自适应模型误差在1%以内,且具有优化耗时少,建立模型样本数据需求量小的特点。

多变量系统的全程滑态变结构模型跟踪控制

研究了多变量系统的变结构模型参考设计问题，针对同时具有参数摄动和外界干扰的多变量系统提出了一种全程滑态变结构模型跟踪控制方案，使得误差系统从一开始就处于滑动模态上，改善了跟踪误差的瞬态性能和鲁棒性，仿真结果表明了该方法的有效性。

欠驱动半挂汽车列车的运动建模与跟踪控制

应用车辆系统动力学理论,建立了以车辆参考坐标系和地面坐标系的欠驱动汽车列车动态模型。为了简化验算和求解过程,采用准确线性化方法对建立的系统模型进行线性化。在此基础上,针对小曲率转弯半径的车辆运行轨迹,建立了极坐标下的汽车挂车系统运动学模型,应用滑模变结构控制理论,给出了车辆系统状态变量向超平面收敛的方法。最后,对平滑运动轨迹和小曲率转弯半径的跟踪控制进行了仿真分析。仿真实验结果表明:所设计的反馈控制器能改善汽车列车对行驶路线的跟踪能力,使偏离的车辆快速返回到期望的稳态轨迹上。

航空发动机多变量模糊滑模变结构模型跟踪控制

针对现代航空发动机是一个具有不确定性的强非线性系统,结合滑模变结构控制和模糊逻辑系统的优点,提出了一种模糊滑模变结构模型跟踪控制方法。采用比例积分型切换超平面设计滑模变结构控制系统,使用模糊逻辑系统自适应调节切换增益,得到某涡扇发动机的模糊滑模变结构模型跟踪控制器。数字仿真结果表明,所设计的控制器不但能使被控对象较好地跟踪参考模型,消除抖振现象,而且对系统的不确定性具有不变性,保证了被控系统在整个控制阶段都具有较强的鲁棒性。