Coordinating optimization-based sliding mode variable structure control for electro-hydraulic servo system

A sliding mode variable structure control （SMVSC） based on a coordinating optimization algorithm has been developed. Steady state error and control switching frequency are used to constitute the system performance indexes in the coordinating optimization, while the tuning rate of boundary layer width （BLW） is employed as the optimization parameter. Based on the mathematical relationship between the BLW and steady-state error, an optimized BLW tuning rate is added to the nonlinear control term of SMVSC. Simulation experiment results applied to the positioning control of an electro-hydraulic servo system show the comprehensive superiority in dynamical and static state performance by using the proposed controller is better than that by using SMVSC without optimized BLW tuning rate. This succeeds in coordinately considering both chattering reduction and high-precision control realization in SMVSC.

基于低通滤波器的柔性关节空间机器人时延估计跟踪控制

为解决位姿不受控情况下柔性关节空间机器人系统预抓取阶段的关节跟踪控制和振动问题,采用拉格朗日方程并结合动量守恒原理进而建立漂浮基三杆柔性关节空间机器人系统动力学方程。为提高柔性关节的等效刚度,引入关节柔性补偿的方法;即根据奇异摄动理论,将柔性关节空间机器人系统分解为慢变系统和快变系统。在此基础上,针对慢变系统设计以时延估计为主框架的滑模控制方法,同时与低通滤波器相结合消除滑模控制带来的系统抖振问题;针对快变系统设计线性速度差值反馈控制系统,抑制柔性关节给系统带来的柔性振动问题。通过仿真验证空间机械臂能够在有限时间内快速、稳定地跟踪上期望轨迹,证实该控制方案具有较好的鲁棒性和可靠性。

基于滑模变结构控制的液压伺服系统超低速轨迹跟踪

为了实现液压伺服系统大摩擦力矩下的超低速轨迹精确跟踪,分析了系统中存在的非线性摩擦特性及摩擦模型.针对中空液压电机液压伺服系统,设计了基于趋近率的滑模变结构控制器,进行了阀控中空液压电机伺服系统实验研究.结果表明:滑模变结构控制方案较PD控制策略具有更好的动、静态特性以及对参数变化和外界干扰的鲁棒性,实现超低速下的大摩擦力矩补偿.

三电平海上风电柔性直流输电变流器的PID神经网络滑模控制

针对传统滑模变结构控制在参数摄动时会产生颤振的不足,融合比例–积分–微分神经网络(proportional-integral-derivative neural-network,PIDNN)和滑模变结构控制的优点提出一种新的在线解决方法。建立三电平电压型柔性直流输电变流器数学模型,构造以瞬时有功、无功功率误差为滑模面的滑模变结构控制器,并用PIDNN对选定的价值函数在线训练以取得全局最优解,实时对滑模趋近律参数优化选取,结合李亚普诺夫函数对控制系统的全局稳定性进行分析。对所提控制方案采用Matlab仿真验证,结果表明该方案可使控制系统全局稳定,对参数摄动有很强的鲁棒性,最大限度地减小颤振,易于数字实现。

防抱制动系统基于最佳滑移率的滑模变结构控制方法

建立了防抱制动系统的非线性、时变数学模型,实现了滑模变结构控制方法在防抱制动系统中的应用,提出了两种由递推最小二乘算法来计算最佳滑移率的估计方法:一种基于附着系数—滑移率曲线的数学模型,一种基于该曲线的形状。仿真结果表明了基于最佳滑移率的滑模变结构控制方案在车辆防抱制动系统中的可行性和有效性。

非线性摩擦干扰下的电动舵机滑模变结构控制

针对电动舵机非线性摩擦干扰和传统滑模变结构控制高频抖振问题,设计了一个基于新型趋近律的滑模变结构控制器.仿真结果表明,所设计的控制器能很好地消除非线性摩擦所引起的低速"爬行"和"平顶"现象,并能有效降低抖振,改善动态品质.

矩阵式整流器的滑模变结构控制

为了改善矩阵式整流器在输入电源畸变情况下的输出波形质量,减小输入滤波器造成的输入功率因数角,提出了一种基于滑模变结构的矩阵式整流器控制策略。详细论述了控制策略原理和设计过程,包括建立系统变结构模型,选择滑模面,给出滑动模态可达到条件和控制率,设计开关表等。着重对滑模控制和常规PI控制方案进行了实验比较,实验结果证明:基于滑模控制策略的矩阵式整流器具有无稳态误差,输出直流纹波小,动态响应速度快,输入功率因数高等优点,对网侧和负载侧干扰表现出了较强的不敏感性和鲁棒性。

空间机器人分布式滑模变结构控制方法

针对空间机器人的动力学特性和星载控制系统的结构特点,分别基于干扰上确界和比例切换,设计了2种分布式滑模变结构控制方法,以实现在存在不确定干扰和关节摩擦力矩情况下基座姿态和关节运动的综合控制。首先给出了空间机器人的动力学模型和关节低速摩擦力矩模型,并以两自由度空间机器人为例,介绍了2种分布式滑模变结构控制方法的推导过程。通过仿真实验,对2种控制方法进行了对比,结果表明分布式变结构控制方法在简化算法的同时,能够保证系统控制性能,并对干扰和参数变化具有较强的鲁棒性。

适应清洁能源消纳的配电网集群电动汽车充电负荷模型与仿真研究

研究了配电网中集群电动汽车动态充电负荷直接负荷控制消纳清洁能源的模型和控制方法。假设调度机构可通过统一的由激励机制产生的无线激励信号,在线直接控制电动汽车充电负荷功率用以实时消纳风电出力。首先,采用面向负荷传输的方法,建立基于偏微分方程的集群电动汽车充电负荷模型。而后,通过实际居民出行数据进行模型仿真,采用蒙特卡洛模拟验证模型的有效性,并提出基于滑模控制策略采用实时供需误差,跟踪消纳风电功率输出。最后,通过实际风电输出功率曲线验证控制方法的性能,为能源互联网背景下清洁能源消纳提供一种新的途径。

基于Riccati法的静止无功补偿器变结构鲁棒控制

为了抑制电力系统静止无功补偿器(SVC)的非线性特性、未建模动态、系统参数变化及外部扰动影响,应用变结构控制理论与鲁棒控制理论,设计了能同时改善电力系统功角稳定与装设点电压动态性能的SVC非线性变结构鲁棒控制器。控制器考虑了含SVC的单机——无穷大系统(SMIB)模型可能的不确定性项,以其标称系统所对应的代数Riccati方程的解来构造滑动模态超平面,进而给出变结构鲁棒控制算法。设计的控制规律简洁,鲁棒性强且易于工程实践。仿真结果表明,与传统PI控制方式相比,变结构鲁棒控制器能够更有效地阻尼系统振荡,提高系统暂态稳定性能。

不规则阴影影响下光伏阵列最大功率点跟踪方法

在不规则阴影影响下,光伏阵列输出特性曲线存在多个局部最大功率点,传统最大功率点跟踪算法在此情况下难以找到全局的最大功率点,从而陷入局部最优值。为解决该问题,根据滑模变结构控制在非线性系统控制中具有响应速度快、鲁棒性强等优点和扰动观察法具有算法简洁、跟踪效率高的特点,提出了将滑模变结构控制和扰动观察法相结合的算法,将其应用到不规则阴影影响下光伏阵列的最大功率跟踪控制中,用于解决局部遮阴下多峰寻优的问题。为了验证该算法的有效性,建立了不规则阴影影响下光伏阵列的实验电路。通过与传统扰动观察法的比较,实验结果表明:在光伏阵列被部分遮蔽的情况下,该算法可以快速跟踪到全局最大功率点,使系统稳定地工作在最大功率点附近,减小输出功率的波动,从而有效地利用太阳能。

线性时滞中立型控制系统的滑动模补偿器方法

利用变结构控制理论，提出了线性不确定系数时滞中立型控制系统的一种新方法─—滑动模补偿器法。即当系统具有不确定系数时，引进一个滑动模补偿器，实现了完全的模型跟踪，从而克服了用常规方法确定滑动曲面时所遇到的若干困难。为说明此法的设计技巧，给出了一个数值仿真例子。

转台伺服系统滑模变结构控制器的设计与仿真研究

摩擦阻力是转台伺服系统低速运行状态下主要的非线性干扰 ,该文在介绍了非线性摩擦环节的动态、静态模型及其对转台伺服系统性能的影响的基础上 ,设计了一个补偿摩擦的滑模变结构控制器。在转台伺服系统的输入加入一个滑模变结构控制器 ,来补偿非线性摩擦带来的影响 ,保证了系统的鲁棒性能。仿真结果表明 。

固定翼无人机自动着陆的一体化制导控制

本文基于制导控制一体化方法的思想,将滑模变结构控制和自抗扰控制技术结合于动态面控制结构中,提出一种固定翼无人机自动着陆方法.在建立六自由度无人机模型、无人机和目标点间的相对视线角度模型的基础上,在动态面控制框架下加入滑模变结构控制来设计制导控制一体化方法.在此过程中加入自抗扰控制技术,提高了系统对未建模部分、参数的不确定性和外界干扰的鲁棒性,并抑制了滑模变结构控制的抖振.该方法使得无人机在平稳地飞向目标点的同时能够满足着陆视线角度的约束.文中详细论述设计思想和设计方法,最后通过仿真验证说明本文方法的有效性.

网络直流伺服电机滑模预测控制

利用滑模变结构控制方法对存在丢包情况下的网络直流伺服电机控制系统的鲁棒性问题进行了研究。对于控制器和执行器之间网络存在数据丢包的情况,设计了基于滑模预测控制律的网络丢包补偿模型,包括滑模预测控制产生器和丢包预测补偿器2个部分。研究了相应的动态补偿策略,使在每一时刻系统选取的实际控制量都是执行器端所提供的最新控制信号或最优滑模预测控制信号,使网络丢包对系统性能的影响降到最小。在一定丢包率的网络控制环境下,分别对标称及参数不确定的直流伺服电机进行了仿真分析,其结果表明了所提算法的合理性和有效性。

燃料电池机器人动力系统多模型切换控制

针对燃料电池驱动的自主机器人动力系统中,燃料电池、辅助动力单元、电动机传动系统、机器人本体等子模型多造成的控制复杂性,介绍了基于燃料电池驱动的机器人系统的系统构成.阐述了燃料电池机器人的DC/DC变结构控制和基于聚类的模糊滑模变结构多模型切换控制,并简述了基于LABview的燃料电池机器人系统虚拟仿真平台的建立.

时滞系统变结构控制设计的新方法

本文研究了两类时滞控制系统，用不同方法分别对它们进行了变结构控制设计。所设计的控制器简单，易于实现且精确度高。

考虑摩擦特性的稳定平台变结构控制研究

对于单轴稳定平台,载体的运动主要是通过反电动势和摩擦力矩耦合给平台的。鉴于复杂非线性的摩擦力矩耦合不能简单用线性模型代替的情况,研究了稳定平台的摩擦特性。指出了相关参考文献中描述的摩擦模型存在的问题,建立了更贴近实际情况的摩擦模型,并将其加入到稳定平台系统模型中。为了减少载体运动对平台稳定的干扰,设计了滑模变结构控制器。但一般的变结构控制需要的信息多从而会导致系统结构的复杂化,故对其进行了简化。仿真结果表明,变结构控制器控制效果优于传统的超前滞后控制。通过仿真证实了使用摩擦模型可以有效判断控制器控制效果的好坏,对控制器的设计和选择有一定的指导意义。

微源本地不平衡负荷控制策略分析

针对未来高渗透率的微网结构中,大量民用单相负荷的供电会导致微源本地不平衡问题,分别利用跟踪法、补偿法和滑模控制3种控制策略进行研究。选择每种控制策略的控制传递函数,并进行相关理论推导,根据其控制策略搭建各系统模型,调整控制参数得出每种控制的理想控制结果。针对每种控制策略,在相同的硬件结构和控制参数情况下,进行了微源本地带平衡负荷和不平衡负荷的研究。根据结果分析比较得出:3种控制方法均能实现在平衡负荷和不平衡负荷情况下的理想控制;从控制效果看,补偿法有较好的控制性能;从控制方法上看,滑模控制方法更加简单实用。

基于DSP的全数字滑模变结构直流伺服系统

充分利用TMS320F240DSP丰富周边接口及运算速度快等特点,采用滑模变结构控制策略对直流伺服系统进行控制。结果表明,系统具有良好的动、静态特性,且硬件结构紧凑。