交流永磁直线伺服系统的神经网络--滑模双自由度控制

文章针对直接驱动的交流永磁直线伺服系统，提出一种将非线性神经网络控制和滑模控制相结合构成的双自由度控制策略。该控制策略解决了直线伺服系统跟踪性能的鲁棒性能之间的矛盾。采用滑模控制方法设计输入控制器，保证系统对给定的快速跟踪性能；输出反馈控制器采用神经网络来实现，对系统参数变化和阻力扰动（包括直线电机端部效应引起的推力波动）进行很大程度的抑制。并可以消除扰动引起的滑模控制抖振对系统稳态性能的影响。同时，滑模控制的快速性又能大大加快神经网络的收敛速度。仿真实验结果表明该方案在保证伺服系统的快速性同时，对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性，大大提高了直接驱动系统的伺服精度。     

基于反演设计的机器人非奇异终端模糊滑模控制

针对带有建模误差和外部干扰的多关节机器人轨迹跟踪问题,根据滑模控制原理,采用非奇异终端滑模面,基于反演设计方法,设计了反演非奇异终端模糊滑模控制。并设计了模糊控制器在线估计不确定性上界值,削弱了抖动。利用李亚普诺夫定理证明了系统的稳定性,仿真结果表明方法的有效性。     

永磁同步电动机的有限时间跟踪控制

针对永磁同步电动机绕组相电流和转速强耦合特性,基于永磁同步电动机精确的数学模型,依据中继切换控制机制和有限时间收敛的终端滑动模态控制机制,研究了永磁同步电动机的有限时间跟踪问题,给出了其终端滑模控制器的设计方案。在所设计的控制作用下,闭环系统将在有限时间内达到平衡状态,保证了闭环系统所有信号的有界性和平衡点的全局稳定性,系统在有限时间内精确地跟踪给定的参考信号。对永磁同步电动机模型进行了数值仿真,结果表明,在所设计的终端滑模控制器作用下,系统的跟踪误差在有限时间内达到零,验证了所提算法的正确和有效性。     

基于快速非奇异终端滑模的隧道工程车辆轨迹跟踪研究

针对工程车辆轨迹跟踪控制方法中存在的跟踪精度低、响应速度慢、易抖动等问题，提出了一种鲁棒的非奇异快速终端滑模控制方法。首先，建立工程车辆的运动学模型和位姿误差模型。考虑到传统终端滑模存在的奇异性问题，设计了积分型非奇异快速终端滑膜控制器，使系统误差在快速收敛的同时抑制了控制器的抖振。其次考虑到传统趋近律趋近速度慢等问题，基于反步法分别设计了线速度和角速度控制律，并选用fal函数和反双曲正弦函数组合来设计趋近律，提高了系统的稳定性和趋近速度并且削弱了滑模控制的抖振。最后在Matlab软件中和传统的非奇异终端滑模控制器控制效果进行对比实验仿真。实验结果表明，与传统的非奇异终端滑模控制器相比，本文提出的非奇异快速终端滑模控制策略在跟踪精度和不同运动的鲁棒性方面具有明显的优势。     

永磁直驱风力发电机非奇异终端滑模控制

为提高永磁直驱风力发电系统的抗扰能力和控制精度,提出了一种扰动观测器与非奇异快速终端滑模控制相结合的最大功率跟踪控制策略。利用扰动观测器得到风力发电机的转矩变化,对控制器进行前馈补偿;采用非奇异快速终端滑模面提高控制器的动态性能,实现系统快速收敛,减少因扰动引起的抖振。仿真结果表明,所提策略在随机风速的情况下可以准确估计转矩变化,提高最大功率跟踪过程中的转速跟踪精度和风能利用率。     

开关磁阻电机非奇异快速终端滑模位置控制

针对开关磁阻电机精确位置控制问题,提出了新的直接瞬时转矩控制下的基于状态变量的非奇异快速终端滑模控制算法实现开关磁阻电机精密位置控制.通过对非奇异终端滑模分析,提出了非奇异快速终端滑模算法.这种算法同时具有线性滑模和非奇异快速终端滑模的优点,并且减小了两种算法过渡时的影响,具有收敛速度快的优点.提出了基于转矩闭环的控制策略,实现精密位置伺服的原理.最后的算法充分说明了其具有快速收敛的优点.     

一种永磁同步电机无模型超螺旋快速终端滑模控制方法

针对内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor, IPMSM)由于内部参数变化、外部扰动等各种不确定性因素导致控制性能不佳的问题,提出一种无模型超螺旋快速终端滑模控制方法。首先,建立考虑IPMSM不确定性的新型超局部模型,结合超螺旋算法和快速终端切换函数设计无模型超螺旋快速终端滑模控制器,确保系统状态有限时间收敛,并有效减小抖振。其次,设计扩展滑模扰动观测器精准估计超局部模型中的未知部分,并前馈补偿给设计的控制器,进一步提升系统的抗干扰能力和跟踪性能。最后,通过与PI控制和传统无模型滑模控制进行仿真实验对比,验证了该方法具有更快的收敛速度和更强的鲁棒性。     

永磁同步电机的改进快速终端滑模控制

针对线性滑模控制永磁同步电机不能实现有限时间控制以及终端滑模控制不能实现快速收敛的问题,提出了一种改进快速终端滑模控制方法。所提控制方法经理论证明能实现更快的收敛速度。滑模控制律通过Lyapunov稳定性定理计算得出。对所提方法进行了仿真验证,并与终端滑模控制作对比,结果证明了所提改进快速终端滑模控制能有效地提高系统的起动性能和抗扰动性能。     

Adaptive nonsingular terminal sliding mode control of MEMS gyroscope based on backstepping design

An adaptive nonsingular terminal sliding mode (NTSM) tracking control scheme based on backstepping design is presented for micro‐electro‐mechanical systems (MEMS) vibratory gyroscopes in this paper. The NTSM controller is designed based on backstepping strategy to eliminate the singularity, while ensuring the control system to reach the sliding surface and converge to equilibrium point in a finite period of time from any initial state. In addition, the proposed approach develops an online identifier scheme, which can real‐time estimate the angular velocity and the damping and stiffness coefficients. All adaptive laws in the control system are derived in the same Lyapunov framework, which can guarantee the globally asymptotical stability of the closed‐loop system. Numerical simulations for a MEMS gyroscope are investigated to demonstrate the validity of the proposed control approaches. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

具有抖振抑制特性的机械臂快速滑模变结构控制

摘 要:针对机械臂轨迹跟踪控制中的跟踪速度和抖振2个方面,提出了一种基于新型滑模面和模糊幂次趋近律的滑模变结构控制策略.对传统滑模面的特性进行了分析和比较,设计了一种快速非线性滑模面,其收敛速度优于快速终端滑模面,提高了滑模变结构控制滑动运动阶段的收敛速度.依据模糊控制理论,设计了一种模糊幂次趋近律,在保证抖振抑制效果的前提下,提高了系统的趋近运动速度.仿真结果证明了所提控制方法的有效性和可行性.     

未知环境下机器人模糊滑模阻抗控制

针对未知环境下的机器人系统,提出一种模糊滑模阻抗控制器,在自由空间可以做未受约束运动,具有位置跟踪的能力,在面对接触空间做受约束运动时,则具有力跟踪的能力。传统的阻抗控制会因为机器人或环境的不确定性和干扰而缺乏鲁棒性,该文在阻抗控制器中引入滑模控制,模糊控制器用来克服滑模控制的抖振问题。仿真结果表明模糊滑模阻抗控制对机器人自由空间的位置跟踪和接触空间的力跟踪都有很好的性能。     

基于新型趋近律的永磁同步电机积分滑模控制

为了提升永磁同步电机(PMSM)调速系统动态品质,提出了一种基于新型混合趋近律的积分滑模控制算法。在传统指数趋近律基础上,引入了双曲正切函数、终端吸引子和基于系统状态变量幂函数的自适应因子,并结合积分滑模面,提高了系统趋近速度自适应调节能力和干扰抑制能力,有效削弱了抖振水平。基于所提出的趋近律,设计了PMSM新型混合趋近律积分滑模速度控制器,通过仿真完成了与传统PI算法控制性能的对比分析。仿真结果表明,新型趋近律速度滑模控制器具有更好的速度跟踪精度,抗负载扰动性能更好,抖振量非常小,鲁棒性强。     

提高APF谐波补偿能力的全局快速Terminal滑模控制

谐波补偿环节的谐波电流跟踪控制是衡量有源电力滤波器(APF)性能优劣的关键因素之一。针对常规滑模控制中,无论如何调整线性滑模面参数都无法使得跟踪误差在有限时间内收敛到零的问题,提出了电流环基于全局快速Terminal滑模的谐波电流跟踪控制策略。该方法在线性滑模面的基础上引入非线性函数,弥补了常规滑模控制只能实现状态渐进收敛的缺点,在提高滑模控制瞬态性能的同时,消除了切换项,从本质上削弱了抖振。在不改变谐波检测环节的条件下,对APF进行稳态和暂态性能测试,将文中提出的全局快速Terminal滑模控制与常规指数趋近律的滑模控制对比,验证了文中控制策略的正确性和有效性。     

发电厂主汽温系统的模糊滑模控制研究

电厂主汽温被控对象是一个典型的变参数、强扰动的对象,常规的PID控制器难以满足控制要求。针对此问题,设计一种自适应模糊滑模控制器。该控制策略基于带积分补偿的变结构控制器,并利用自适应模糊控制方法,把滑模控制器中的不确定项进行模糊逼近。利用李亚普诺夫函数证明了控制器的稳定性。将此控制策略应用到电厂主汽温控制系统中,仿真结果显示此控制方法具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能。     

多关节机器人的反演自适应模糊滑模控制

针对二关节机器人轨迹跟踪问题,设计了一种新的反演自适应模糊滑模控制器.该方法设计了反演滑模控制器和自适应模糊控制器,通过设计合适的自适应律,采用模糊控制器在线估计不确定性上界值,实现了对建模误差和干扰的自动跟踪,削弱了抖振.利用李亚普诺夫定理证明了系统的稳定性.仿真结果表明该方法的有效性.     

基于变指数趋近律的永磁同步电机滑模控制

为了提升永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态品质,提出了一种基于新型变指数趋近律的滑模速度控制算法。基于传统指数趋近律,引入了变指数函数和双曲正切函数,提高了系统趋近速度自适应调节能力和抖振抑制能力。基于新型变指数趋近律,设计了PMSM滑模速度控制器。通过与传统指数趋近律滑模控制算法、PI控制算法对比,仿真试验结果表明,新型滑模速度控制器具有较好的速度跟踪精度和抗扰动能力。     

Single-input fuzzy-like moving sliding surface approach to the sliding mode control

A new approach to the sliding mode control of second-order nonlinear systems is introduced in continuous-time. A single-input fuzzy logic controller is used to continuously compute the slope of the sliding surface, with the result that the sliding surface is rotated in such a direction that tracking performance of the system under control is improved. The proposed fuzzy moving sliding surface approach with a one-dimensional rule base (FMSS-1D) reduces huge number of linguistic fuzzy rules significantly. However, it is shown that the input/output relation of the single-input fuzzy rule base is very close to the input/output relation of a straight line. Therefore, a single-input fuzzy-like moving sliding surface (FLMSS) approach using an approximate line function is then proposed. It is shown that the proposed control approaches have better tracking performance than the conventional sliding mode control with fixed sliding surface. The proposed moving sliding surface approaches are applied to balance an inverted pendulum on a cart. Computer simulations are presented to show the effectiveness of the proposed methods and to make a quantitative comparison with the classical sliding-mode controller with fixed sliding surface method existing in literature.     

Adaptive integral-type terminal sliding mode control: Application to trajectory tracking for mobile robot

This paper presents an Adaptive Terminal Integral Sliding Mode Control (ATISMC) scheme for trajectory tracking problems applied to a differential Wheeled Mobile Robot (WMR). First, a terminal integral sliding variable is designed. Based on the finite-time concept, an adaptive control law has been developed in which a switching gain is adjusted adaptively by using a novel strategy. This control method aims to deal with unknown bounded disturbances and uncertainties. Moreover, it allows fast convergence of the system states to an equilibrium point. The main features of the proposed ATISMC are its robustness, fast convergence rate, and chattering avoidance. To realize trajectory tracking for WMR, the ATISMC is incorporated into a double closed loop scheme. Stability analysis is performed using the Lyapunov stability theory. Numerical simulations and real-time experiments demonstrate the feasibility of the proposed controller scheme. A comparison study with the classical ISMC was performed to show the superiority of the developed method.     

感应电机磁链和转矩的非奇异终端滑模控制

针对直接转矩控制技术以容差形式的Bang-Bang控制模式给系统的稳态运行带来的转矩脉动大、电流谐波成分重、定子磁链轨迹畸变等问题,将非奇异终端滑模控制应用到了转矩和磁链控制中.为了提高传统滑模控制的收敛性,分别独立设计了转矩控制器和磁链控制器的非奇异终端滑模平面.转矩控制器和磁链控制器由等效控制项和非线性切换项组成,非线性切换项中的符号函数sgn(S)通过积分作用削弱了控制量的抖振.仿真结果表明,非奇异终端滑模变结构直接转矩控制具有动态响应快、转矩波动和转速波动小、鲁棒性强、低"抖振"的特点.     

双向DC/DC变换器滑模控制新方案研究

根据双向DC/DC变换器在电感电流连续模式(CCM)和断续模式(DCM)下的电路特性,以双向Buck变换器为例,提出了一种新型滑模控制策略,通过对双向Buck变换器在CCM和DCM下的建模分析,给出了改进的滑模控制矩阵方程和控制规则,并且讨论推导了此时的滑模存在条件和稳定条件,给出了结合滞环控制的滑模控制器设计方案。实验结果证明,该滑模控制系统具有良好的鲁棒性和快速的动态响应速度。