基于新型趋近律的PMSM模糊滑模控制

针对永磁同步电机的调速系统动态品质易受参数变化、外部扰动以及摩擦力等不确定因素影响而导致伺服性能降低的问题,提出一种改进的幂次指数趋近律,对该趋近律的参数k和ε引入模糊规则控制,有效抑制传统滑模变结构控制中的固有抖振问题,提升收敛速度。为了消除系统内、外部扰动引起的控制精度问题,设计一种新型扰动观测器进行观测。仿真结果表明:该方法能够实现精确的速度控制;与传统的滑模控制相比,在保留其优势的基础上,有效降低了滑模的抖振。

基于模糊趋近律和扰动观测器的PMSM滑模控制

为了提高永磁同步电机调速系统的响应精度、速度、鲁棒性,解决传统滑模控制中趋于滑模面时间与系统抖振相矛盾的问题,提出了一种基于模糊趋近律和扰动观测器的滑模控制。模糊趋近律根据系统轨迹与滑模切换面的距离来有效地调整切换增益的大小,扰动观测器估计系统的内部参数变化和外部负载干扰,将估计值前馈补偿到速度控制器。仿真结果表明,系统快速跟踪阶跃信号,响应速度加快,系统出现扰动时,电机转速波动极小,迅速恢复稳定时间,结果表明采用基于模糊趋近律和扰动观测器的滑模控制方法能够有效地增强调速系统的鲁棒性和动态性能,并抑制系统的抖振。

第82讲 室率控制与节律控制之争似乎尘埃落地

心房颤动(房颤)治疗策略一直存在室率控制与节律控制孰先孰后、孰优孰劣之争。从理论上讲,恢复窦性心律是房颤治疗的最佳追求,但有时是可望而不可及的,早期的临床实践及研究显示室率控制优于节律控制。随着医学科学发展和临床治疗手段进步,特别是导管射频消融技术日臻成熟,多项大规模多中心随机对照临床研究不断涌现,显示出节律控制的获益越来越多,已上升为房颤治疗的主流策略。另一方面,国内医疗资源显著不均衡也是不争的事实。众多不具备导管消融条件的医院可能仍以药物治疗为主,室率控制与节律控制并重的治疗选择更为现实,治疗措施应从临床实际出发,以具体患者受益最大为目标。目前,房颤治疗总体应提倡专业化治疗、个体化指导。

宽体飞机地面主轮协同转弯控制律设计

主轮协同转弯技术能有效提高飞机的地面机动性,降低主起落架在转弯过程中受到的附加侧向扭矩,减小重载飞机地面转弯半径,但目前实现此技术的前主轮转角控制律设计方法尚不明确。提出以主起落架受力为约束条件,计算不同滑行速度下的前主轮转角关系,在全速度范围内进行分段选择并离散化,据此设计前主轮协同转弯控制律,以原理样机为对象进行仿真分析,验证了该控制律能有效降低两侧主起落架扭矩和的峰值。提出的设计方法对多轮系地面运载装备的复合转弯控制律设计具有一定的理论指导意义。

系统收敛时间和攻击角度控制的滑模导引律

针对打击机动目标带攻击角度约束的导引律设计问题,采用滑模控制理论、任意收敛时间控制方法和干扰观测器,设计了一种攻击角度和收敛时间控制的导引律。根据弹目相对运动关系,将目标机动和建模误差等视为干扰,构建了考虑攻击角度约束的制导系统状态方程。分析了任意收敛时间控制方法在干扰情况下的性能,采用滑模控制和干扰观测器对任意收敛时间控制方法进行改进,提升鲁棒性。将该方法用于滑模面和趋近律设计中,采用干扰观测器对系统扰动进行估计,基于滑模控制理论,结合制导控制系统状态方程,推导出了收敛时间和攻击角度可控的滑模导引律。相比有限时间收敛导引律,该导引律的收敛时间和攻击角度可直接设定,无需根据制导参数计算。设置不同的目标机动方式以及不同的攻击角度和收敛时间,进行了多场景的数值仿真。结果表明,所提导引律能够有效实现攻击角度和收敛时间控制,并精确命中目标,同时相比现有导引律其制导性能更佳。

神经网络架构轻量化搜索的飞行器控制律自学习方法

针对在运用Soft actor-critic(SAC)强化学习算法实现复杂的飞行器控制律自学习过程中,超参数设定高度依赖于人工经验进而造成设计难度大的问题,提出一种基于神经网络架构轻量化搜索策略的飞行器控制律自学习方法。该方法在将神经网络架构设计问题转化为图拓扑生成问题的基础上,结合LSTM循环神经网络的图拓扑生成算法、基于权重共享的深度强化学习参数轻量化训练与评估机制,以及基于策略梯度的图拓扑生成器参数学习算法,给出了一种面向深度强化学习的轻量化自动搜索框架,实现了SAC训练算法中神经网络架构超参数的自动优化,进而完成了控制律的自学习。以三维空间返回着陆控制为例,验证了所提方法的有效性和实用性。

基于模糊控制在线整定新趋近律的速度调节器研究

针对传统指数趋近律滑模变结构控制抖振大和参数整定难的问题,设计了一种新的滑模趋近律并采用模糊控制以实现参数整定。在双闭环直流调速系统中,基于新趋近律设计了速度调节器;同时为了提高趋近律参数整定效率,利用模糊控制设计了趋近律参数在线整定方法,通过模糊控制在线整定新趋近律的滑模参数来提高系统的调速性能。在Matlab/Simulink中搭建直流调速系统的仿真模型,结果表明所设计的新趋近律在抑制抖振和快速收敛方面优于传统指数趋近律,相较于试凑法模糊控制在线整定趋近律参数的效率更高、性能更好。

基于新型趋近律的欠驱动系统解耦滑模控制

针对二自由度欠驱动系统的控制问题,采用解耦的控制方法,设计了一种新型解耦滑模控制策略。考虑到滑模控制引起的系统抖振以及收敛速度慢的问题,提出了一种新型多幂次趋近律。该趋近律的第3个幂次项的指数参数设计为与滑模面相关的分段函数,第四项设计为滑模面的指数函数。控制器可以依据系统状态距离滑模面的远近自动调节参数,在不同的趋近阶段获得不同的趋近速度。以欠驱动倒立摆系统为控制对象,将该控制策略在MATLAB/Simulink平台上进行验证。仿真结果表明,提出的控制策略可以提高欠驱动系统的收敛速度,有效减小系统抖振和稳态误差。

基于优化趋近律的DC/DC变换器终端滑模控制

针对趋近律滑模控制下的Buck变换器存在输出电压精度不足、抖振大的现象,提出一种基于修正滑动函数优化改进型趋近律的控制方法。滑动函数的优化策略能够使趋近律具备积分器的作用,迫使被控系统在有限时间内收敛,从而达到系统输出无静差的控制效果,且改进型趋近律可以保证系统在收敛至滑模面附近后进行高效切换,从而达到降低抖振的目的。为了验证算法的有效性,分别设计出优化指数趋近律的滑模控制器以及优化改进趋近律的滑模控制器,在Matlab/Simulink环境下进行了仿真实验,并在Buck变换器样机上进行了算法验证。实验结果表明,基于修正滑动函数的趋近律优化方式可以消除变换器的电压输出静差,其中优化改进趋近律的控制器实现了直流变换器输出电压的高精度控制。

中型无人直升机向心回转机动飞行控制律设计

向心回转是直升机的一个标准机动飞行科目,其可以综合检验直升机各通道的控制性能。针对中型无人直升机向心回转机动中姿态控制和速度控制的问题,提出一种增强飞行过程中稳定性和快速性的控制律设计方法。首先,根据ADS-3E-PRF,设计了向心回转机动的控制指令。随后,在内外环串联的通道控制结构基础上,通过推导得出直升机滑模控制律,从而设计姿态内回路的滑模控制器,对比PID控制器得到了更好的姿态增稳效果和更快的响应速度。最后,通过半物理仿真系统的仿真实验,结合向心回转机动的指标,验证了所设计的方法能有效完成向心回转机动,并达到了满意的标准。

基于变速趋近律的PMSM复合速度控制

为了提高永磁同步电机速度控制器的性能,文章提出一种新型变速趋近律滑模控制策略。变速趋近律在传统指数趋近律的基础上引入关于系统状态的幂次项和关于滑模函数的变速项,并采用双曲正切函数来减小高频切换项的影响。该控制策略有利于减小电流和转矩脉动,提高了系统运行的稳定性和响应速度。另外,针对系统受未知干扰影响的问题,设计了一种滑模扰动观测器来估计系统的总扰动,并将估计的扰动补偿到复合速度控制器中。最后,利用Matlab/Simulation仿真和电机实验平台对所提出的控制策略进行验证。仿真和实验结果表明,复合速度控制器与扰动观测器相结合的控制策略具有更快的收敛速度、更小的抖振和更好的抗扰性能。

基于自抗扰控制的共轴直升机姿态控制律设计

以某型共轴双旋翼无人直升机作为研究对象,对无人机返航进场与降落着舰阶段的抗扰动问题进行研究。针对海上着舰环境下的外界干扰与不确定性问题,选用自抗扰控制器设计共轴直升机姿态控制律,以提高共轴直升机对外部扰动的抗扰性能。针对自抗扰控制律调整参数过多问题,设计改进粒子群算法进行自动参数优化。仿真结果表明:改进粒子群算法能够显著提高参数整定速度,且精度更高;优化参数后的自抗扰控制律在强干扰环境下具备良好的动态响应与鲁棒性。

基于指数趋近律的机械臂神经网络滑模控制

为解决机械臂轨迹跟踪控制中存在建模不确定性以及外界干扰及摩擦造成的控制效果不理想等问题。利用神经网络对建模的不确定项进行逼近,本文提出一种基于指数趋近律的神经网络滑模控制对机械臂完成轨迹跟踪控制。采用二自由度的刚性机械臂为控制对象进行实验,仿真结果表明,该控制方法能缓解外部干扰对控制系统的影响,保证系统的稳定性,有效地提高系统的控制性能。

基于标幺化两相吸引律的永磁同步电机有限时间速度控制

针对带有负载力矩以及其他干扰的永磁同步电机(PMSM)调速系统,提出一种基于标幺化两相吸引律的PMSM有限时间速度控制方法。首先将被控转速误差标幺化以构造具有理想误差动态特性的两相吸引律;其次基于该两相吸引律设计速度控制器,同时设计有限时间扩张状态观测器估计系统中存在的未建模动态与外部干扰,实现了转速跟踪误差有限时间收敛;然后构造Lyapunov函数分析所提控制方法的稳定性;最后实验验证了所提方法的可行性。实验结果表明,所提方法能够实现快速、无超调的速度跟踪,具有良好的动、静态性能与抗干扰能力。

改进双幂次指数趋近律的滑模控制设计

针对目前系统抖振仍影响滑模趋近律在实际中应用,并导致系统收敛速度缓慢、滑模平面趋近至原点时间长等缺陷,提出一种改进的双幂次指数趋近律。改进趋近律中指数项采用分段设计,指数项分段参数将系统分为两部分进行。当状态绝对值小于1时,系统沿滑模面平滑进入,抖振影响可忽略不计;当状态绝对值大于等于1时,系统的动态响应显著提高,收敛时间缩短,且总时间小于初始状态运动至临界值时间和系统运动至滑模面平衡点的时间之和。在理论上验证了改进后的双幂次指数趋近律能够快速收敛到平衡点且消除了抖振影响,并通过实验验证了该趋近律的有效性。对比多种趋近律,改进的双幂次指数趋近律具有最佳性能且收敛速度最快,并通过实验验证在外界干扰下该趋近律仍可快速收敛于平衡点。

基于新型幂次指数趋近律滑模控制算法的研究

针对传统滑模控制存在抖振与收敛速度缓慢的问题,提出一种新型幂次指数趋近律的滑模控制方法。首先上述趋近律结合了双曲正切函数与符号函数的特征进行了切换函数上的改进,滑模系数影响因子引入了系统误差与滑模状态变化量,使其能够自适应调节滑模到达过程的收敛速度并对其进行分阶段调节,还利用切换函数的特征分析了趋近滑模面双侧切换区间的范围;其次分析了自适应新型幂次指数趋近律的收敛区域和收敛时间,并证明了此趋近律的存在性、可达性与稳定性;最后将新型幂次指数趋近律和其它各种传统趋近律运用到经典二阶系统进行了对比,仿真结果表明新型幂次指数趋近律能够更好的提升收敛速率以及削弱抖振的产生。

基于Backstepping的多矢量推力平流层飞艇控制方法研究

平流层飞艇是在20km高空平流层区域飞行的飞艇,该区域大气密度和飞行速度较低,使得传统的驱动器,比如气动控制面等效率降低。主要研究多矢量推力平流层飞艇的动力学建模以及非线性控制器的推导、设计和仿真的实现。在Backstepping理论设计基础上,为带矢量推力的平流层飞艇设计了姿态控制器,并通过MATLAB软件进行了仿真验证。实验结果显示,基于Backstepping设计的非线性控制器在动态性方面效果显著,能够较好地完成对系统全局镇定以及对给定位置及偏航角的渐进追踪。该方法保证了补偿跟踪误差在李雅普诺夫意义下的指数稳定性,同时给出了稳定性分析和仿真结果。

一种改进指数趋近律滑模控制器的PMSM矢量控制研究

滑模控制因其具有良好的控制性能,广泛地应用于永磁同步电机高精度调速场合。使用滑模控制设计永磁同步电机矢量控制转速环控制器时,传统的指数趋近律滑模控制器,在系统靠近滑模面时,若参数选取不当,会导致电机抖振。针对这一问题,设计了一种改进指数趋近律,在不影响系统快速性的前提下,使系统状态接近滑模面的速度更为缓慢,稳态性能更好。不同给定转速下的仿真实验证明了所提改进算法的有效性。

基于改进指数趋近律和扰动观测器的PMSM滑模控制

为改善永磁同步电机速度环上传统滑模控制(SMC)中响应速度较慢、抖振较大等不足,提出了一种基于改进指数趋近律和滑模扰动观测器(SMDO)的滑模控制方案。采用连续函数代替符号函数并设计改进指数趋近律以提高系统响应速度,增加以观测误差为变量的滑模扰动观测器来强化系统抗扰能力,基于观测扰动与改进指数趋近律相结合的方法设计了改进的滑模控制器。通过MATLAB/Simulink搭建模型,结果表明改进的滑模速度控制配合滑模扰动观测器可以有效改善系统的鲁棒性和动态响应性能。

基于新型趋近律和扰动观测器的永磁同步电机非奇异终端滑模控制

针对永磁同步电机调速系统存在响应速度慢和抖振较大的问题,提出了一种基于改进型双幂次趋近律(IDPRL)和负载扰动观测器(DOB)的非奇异终端滑模控制(NTSMC)策略。将线性滑模面改进为非奇异终端滑模面,在减小系统抖振的同时也提升了收敛速度。在IDPRL中引入切换函数,减小了系统的稳态误差和抖振。设计了一种扰动观测器(DOB),将观测值前馈补偿到速度控制器中,实现系统对扰动的精准补偿。仿真结果表明了所提方法的准确性和可行性。