永磁同步电机非线性增益非奇异快速终端滑模控制

为了研究传统滑模控制中系统误差在有限时间内无法收敛至0以及传统滑模控制中系统抖振与收敛速度互不兼容的问题,提出一种非奇异快速终端滑模控制与扰动观测器结合的速度控制器。通过将参数可变的非线性函数作为增益代替固定增益加入滑模控制策略中从而改善系统响应速度同时减小系统的抖振。针对转矩扰动对系统的影响,加入负载转矩扰动观测器并补偿到q轴电流中以进一步提高控制器抗负载扰动能力。根据李雅普诺夫稳定性理论对提出的新型滑模控制器进行稳定性证明,经过仿真和实验证明,电机在启动时响应快、无超调且抖振较小,在突加转矩时转速波动小且恢复时间迅速,证明了改进后的变增益非奇异终端滑模控制与传统非奇异快速终端滑模控制策略相比可以提高动态性能的同时抑制系统抖振、增强系统的鲁棒性。

基于改进模糊滑模控制的列车速度跟踪研究

列车运行过程具有强耦合、非线性等特征,且往往存在较大且不可观测的外界干扰,这些特性加大了列车运行控制的难度,针对列车运行速度跟踪控制问题,提出一种新的模糊滑模控制器设计方法。首先基于模糊滑模控制,引入全局快速终端滑模控制,使系统在有限时间内达到稳态;然后构造以李亚普洛夫函数导数的绝对值为补偿的自适应干扰估计项,对外界干扰进行准确估计,进而提出一种双层递阶指数趋近全局快速终端模糊滑模控制器,并且引入指数趋近率来调节滑模面的动态品质,该控制器能快速收敛到稳定状态,且有效地消除了控制器的抖振情况;最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性,且提高了列车运行控制系统性能。

基于STESO的PMSM非奇异快速终端滑模控制

为了提高永磁同步电机驱动系统速度控制器的跟踪性能和鲁棒性,提出了一种基于超螺旋扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模复合控制器。首先,采用一种基于新型变指数趋近律的非奇异快速终端滑模控制算法设计速度控制器,该趋近律在常规指数趋近律中引入系统状态变量,加快系统收敛到滑模面的速度,同时保持较小的抖振;其次,提出了一种超螺旋扩张状态观测器来观测系统的扰动,并补偿给速度控制器,提高了速度控制系统的鲁棒性;最后,通过仿真和实验证明所提方法的有效性。

基于无模型的PMLSM改进自适应滑模自抗扰控制

为了提高永磁直线同步电机的自抗扰控制的动态响应性能和抗干扰性能,增强系统整体的控制性能,提出了一种基于无模型控制的改进滑模自抗扰控制策略。首先,基于滑模变结构原理以及无模型控制理论对自抗扰控制器中的扩张状态观测器和非线性状态误差反馈进行优化,建立了超局部模型,采用非奇异快速终端滑模控制代替原有的非线性状态误差反馈,同时设计相应滑模面与扩张状态观测器相结合,提高观测器对扰动因素的观测精确度的同时增强控制器的动态响应性能和抗干扰能力。然后设计了改进指数趋近率,通过引入系统状态变量使得控制器可以进行自适应调节,进一步提高系统的控制性能。通过李雅普诺夫理论证明了控制策略的稳定性,仿真和实验结果表明,该控制策略相对传统的自抗扰控制器所具备的优越性。

基于扩展扰动观测器的PMSM终端滑模控制

针对传统滑模变结构控制下永磁同步电机(PMSM)驱动系统收敛速度慢和抖振现象,提出一种基于扩展滑模扰动观测器(ESMDO)的转速环改进非奇异快速终端滑模(INFTSM)控制方法。首先,设计了提高滑模趋近速度的新型趋近律,提出了INFTSM控制方法。同时利用ESMDO估计系统未知扰动并对控制器加以补偿。实验结果表明,电机启动时能够快速到达指定转速且无超调,在突加负载时也能够快速响应,恢复时间短。与PI控制、传统滑模控制(SMC)以及非奇异快速终端滑模(NFTSM)控制相比,该方法不仅削弱了抖振、提高了响应速度、减小了系统稳态误差,还具有稳态跟踪精度高的优点。

基于改进型双幂次趋近律与全局快速终端滑模观测器的IPMSM调速系统滑模控制

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)速度环中存在的内部参数摄动与外部负载扰动等问题,为了提高速度控制系统的动态性和鲁棒性,该文提出一种基于改进型双幂次趋近律(IDPRL)与全局快速终端滑模观测器(GFTSMO)的滑模控制方法。所提趋近律在幂次项中引入系统状态变量,减少了稳态误差,解决了快速趋近滑模面和抖振抑制之间的矛盾。设计一种基于IDPRL的IPMSM滑模速度控制器。为了进一步减少系统状态的稳态误差,设计了一种GFTSMO,该观测器不仅能够减少趋近律的开关增益,还能实现系统扰动的准确补偿。仿真和实验结果验证了所提的滑模控制方法的可行性和有效性。

基于改进终端SMC和SMO的SRM瞬时转矩控制

针对开关磁阻电机(SRM)常规终端滑模控制器(SMC)响应速度慢和传统滑模观测器(SMO)存在的抖振问题,提出一种基于改进终端SMC和变速趋近律SMO的SRM瞬时转矩控制(DITC)方法。设计了电机速度误差可快速收敛的改进非奇异快速终端滑模面和可自适应调整趋近律速度的变速幂次趋近律,利用等效控制法,得出了连续非奇异控制律。通过Lyapunov函数证明了该系统的稳定性和有限时间收敛性。设计了变速趋近律SMO以实现SRM无位置传感器控制。采用双曲正切函数作为切换函数,并引入快速幂次趋近律作为SMO速度观测的趋近律,克服了传统SMO固定开关增益带来的抖振和收敛速度问题。通过Lyapunov函数证明了SMO运行的稳定性。仿真和实验验证了所提方法的有效性。结果表明:与常规终端SMC相比,改进终端SMC能够在0.07 s内实现对期望转速的跟踪,调节时间减少了0.04 s,并且系统稳定时转速波动降低了0.5 r/min,具有更好的响应速度和稳定性。在负载突增时,系统转速可在0.02 s内调节至给定值,恢复时间减少了0.05 s,具有更好的调节性能。变速趋近律SMO能够在0.01 s内实现转速估计误差的收敛,且误差波动维持在2 r/min以内,可实现电机转速和转子位置的准确估计。

新型变指数趋近律的PMSM滑模控制

针对永磁同步电机滑模控制系统符号函数容易出现抖振问题,提出一种基于新型饱和函数的变指数趋近律结合非奇异快速终端滑模控制方法,并利用李雅普诺夫不等式证明其稳定性。考虑到外界负载转矩对系统性能的影响,建立非奇异终端滑模扰动观测器,将转矩的观测值转换成转矩电流前馈补偿至电流环输入端,避免了较大的滑模增益,克服外界突然加扰动时系统的抖振问题。仿真和实验结果表明:改进的新型滑模控制器结合扰动观测器可有效减小系统抖振,提高控制系统的动态响应能力和抗干扰能力。

PMSM非奇异快速终端滑模无速度传感器控制

针对传统表贴式高速永磁同步电机无速度传感器系统采用PI控制存在超调及抗负载扰动能力差的问题,提出非奇异快速终端滑模面的新型滑模控制器策略。搭建表贴式高速永磁同步电机数学模型,设计了组合趋近律算法和速度环控制器,通过MATLAB进行验证。仿真表明:与传统PI以及滑模算法相比,文中方法具有抗扰动能力强、超调小以及抖振小的优点。

基于自适应趋近律和扰动观测器的开关磁阻电机控制

针对开关磁阻电机PI控制器和传统滑模方法中存在瞬态时间长、稳态下转矩脉动大问题,提出一种基于自适应趋近律和扰动观测器控制方法。首先引入状态变量构建非奇异快速终端滑模面,以提升系统收敛时间。其次分析了传统指数趋近律存在的固有抖振,设计出一种自适应趋近律算法,从而降低系统抖振。然后针对扰动变化设计了非线性扰动观测器,并将观测到的扰动值作为前馈信号补偿至滑模控制器。最后,以PI和传统滑模控制作为对比,对所提控制策略进行验证,结果表明:在仿真和实验的启动阶段,响应时间分别缩短了0.08 s、0.4 s,实现了速度的无超调跟踪;在加载阶段转速下降量分别减少了19.9%、9.2%和7%、2.9%,而且电机在稳态时的输出转矩波动变小,转矩脉动降低了约10%。

一种新型趋近律的PMSM模糊自适应终端滑模控制

针对传统永磁同步电机滑模控制方法产生抖振现象和外界干扰带来的一些不确定的影响,提出了一种新的模糊滑模控制器设计方法。首先,基于滑模控制和模糊控制两大理论,在转速环引入全局快速终端滑模控制,并设计一种新型复合趋近律,在削弱抖振的同时,又能使系统在有限时间内快速达到稳态;然后以Lyapunov函数导数的绝对值为补偿构建了自适应干扰估计项,对外界干扰进行准确估计,进而设计了全局快速终端模糊滑模控制器,通过仿真对比试验,验证该控制器能快速收敛到稳定状态,而且能够有效地抑制传统滑模控制器的抖振情况,验证了所提方法的有效性。

基于分数阶次符号函数的永磁同步电机滑模控制技术

针对永磁同步电机的传统滑模控制技术中趋近速度与抖振程度之间存在矛盾的问题,利用分数阶积分型符号函数的特性,设计了一种基于分数阶的积分时变滑模变结构控制器。在趋近律的设计中引入分数阶,达到了在抖振程度较小的前提下提高系统响应速度的目的。仿真和实验结果证明了所提出的滑模控制方法相比于传统的滑模控制方法能更快、更好地跟踪给定的信号,且对系统外部扰动具有较强的鲁棒性。

基于快速终端滑模自抗扰的船舶曲线航迹跟踪控制

针对欠驱动船舶的曲线航迹跟踪问题,首先采用自抗扰控制技术,通过扩张状态观测器实时估计和补偿系统的内部和外界扰动,将非线性快速终端滑模引入误差反馈控制环节,并采用幂指数趋近律,设计出快速终端滑模-自抗扰控制律,提高系统的收敛速度和误差跟踪精度,减小系统的抖振;然后对野本船舶模型简化变形,构造降维方程,将航迹跟踪问题转化为航向镇定问题。Simulink仿真结果表明,控制器能够实现船舶对期望曲线航迹的快速、精确跟踪,具有良好控制效果。

基于快速非奇异终端滑模控制的矿用PMSM控制研究

为了提高矿用永磁同步电机(PMSM)调速系统的控制性能,利用滑模控制的优良特性,提出了一种适用于永磁同步电机的快速非奇异终端滑模控制器。构建了可在有限时间内快速收敛的快速非奇异终端滑模面,并避免了终端滑模面的奇异问题。在此基础上设计了一种新型永磁同步电机调速系统。

永磁同步电机变指数快速幂次趋近律滑模控制

为了提高永磁同步电机调速系统的控制性能,克服扰动对转速的影响,研究了一种变指数快速幂次趋近律。该趋近律趋近速度快,抖振小。基于该趋近律设计永磁同步电机积分滑模速度控制器,用李雅普诺夫函数对控制器进行稳定性分析,并与传统指数趋近律控制器、PI控制器进行仿真对比,结果表明采用变指数快速幂次趋近律控制器的系统速度响应快,鲁棒性强,具有良好的动、静态性能。

采用快速幂次趋近律的滑模控制仿真实验

对于二阶van der Pol混沌系统,采用不同的趋近律设计滑模控制器进行平衡控制。在滑模控制器的设计中,分别采用指数趋近律和快速幂次趋近律。采用指数趋近律时,控制输入出现了抖振现象。采用快速幂次趋近律时,控制输入没有出现抖振现象。通过MATLAB/Simulink软件建立采用不同趋近律的滑模控制仿真实验。该仿真实验,有助于学生对混沌控制和滑模控制的理论理解和工程应用。

基于快速双幂次趋近律的新型滑模控制

对于滑模控制中传统的趋近律收敛速度慢、时间长和抖振严重等不足,首先提出利用快速双幂次趋近律提高系统状态收敛速度的设计方案,使得该快速双幂次趋近律无论在远离滑模还是在接近滑模的空间内均具有快速收敛能力.理论分析表明,该快速双幂次趋近律具有二阶滑模特性,当系统存在不确定性时,系统状态及其导数可以快速收敛到平衡零点的邻域内.仿真结果表明,快速双幂次趋近律与传统幂次趋近律、指数趋近律、快速幂次趋近律相比,具有更快的收敛速度和更好的运动品质.

航空发动机全局快速滑模控制趋近律优化研究

针对航空发动机的滑模控制性能优化问题,以多输入多输出的CMAPSS-40k民用涡扇发动机线性模型为控制对象,对使用等速、指数和幂次趋近律的滑模控制进行仿真,比较不同趋近律对滑模控制效果的优化作用。在此基础上,利用指数趋近律对全局快速Terminal滑模控制和全局快速非奇异Terminal滑模控制进行优化,并比较两者的控制性能。仿真结果表明,改进后的全局快速非奇异Terminal滑模控制系统具有更快的响应和更强的鲁棒性。

桥式吊车基于二阶滑模干扰观测器的连续消摆控制

针对二维欠驱动桥式吊车系统,设计一种基于super-twisting二阶滑模干扰观测器的连续消摆控制器。将负载的摆动运动并入台车的动态中以设计桥式吊车系统的滑动面,并利用super-twisting二阶滑模干扰观测器对被控系统的复合干扰进行估计。采用super-twisting二阶滑模干扰观测器的控制注入项作为补偿控制,所设计的消摆控制器将补偿控制和基于快速幂次趋近律的控制律相结合,能够有效消除复合干扰对闭环系统性能的不良影响。基于Lyapunov稳定性理论证明了台车的定位误差和负载的摆动角度渐近收敛于零,数值仿真实验结果进一步验证了所设计的消摆控制器的有效性和鲁棒性。

水田植保机自主作业滑模抗干扰路径跟踪方法

为解决无人化水田植保机在田间作业时上线速度慢、精度不高和抗干扰能力差的问题,提出了一种基于快速幂次趋近律和全局滑模控制的水田植保机路径跟踪控制方法。首先建立了含有滑移干扰项和航向角干扰项的水田植保机四轮异相位转向运动学模型,提出了一种基于全局滑模控制和快速幂次趋近律的直线作业跟踪转向控制算法,解决了滑模控制算法的抖振和趋近模态对干扰敏感的问题,使用Lyapunov判据检验了算法的收敛性。使用Matlab建立了仿真模型,对算法进行了仿真,相比基于指数趋近律和等速趋近律的滑模控制算法,本文算法的快速性更好。实际作业实验结果表明,该方法直线跟踪横向偏差绝对值最大为0.0778 m,能够有效提高自主导航控制系统的稳定性和快速性。