永磁同步电机位置伺服系统的RBF神经网络滑模控制策略

针对永磁同步电机(PMSM)位置伺服控制系统的负载扰动、外部不确定性干扰和模型参数摄动的特点,常规PID控制策略难以达到满意的控制效果.利用滑模控制对系统扰动和参数变化不灵敏的优点,提出一种基于神经网络和滑模控制相结合的位置伺服优化控制策略.在常规滑模控制器设计的基础上,引入RBF神经网络调节滑模控制器的切换增益,削弱系统的抖振,并通过在系统中设计干扰观测器实现对扰动的补偿.仿真结果表明:与常规滑模控制和常规PID控制相比,不同参数下本文所提出的优化控制策略超调量最多降低22%,调节时间最多减少9.2 s,有效提高位置伺服系统的鲁棒性、抗干扰能力和跟踪精度,且系统抖振得到有效遏制.     

基于改进的隐式广义预测控制在燃气发电锅炉主汽压中的应用

针对燃气发电锅炉主汽压控制系统存在非线性、模型参数不确定等问题,提出了一种改进的隐式广义预测控制策略。首先,使用遗忘因子递推最小二乘法进行模型参数辨识,建立主汽压的离散数学模型;其次,在常规广义预测控制理论基础上建立主汽压的隐式广义预测控制系统,简化控制算法,通过在目标函数中增加PI结构,提高系统的鲁棒性。仿真结果表明,相比串级PID和常规隐式广义预测控制,所提控制策略在模型适配时调节时间最多减少20 s,模型失配时超调量最多减少5.08%,调节时间最多降低36 s,系统鲁棒性和抗干扰能力增强;工程应用表明,使用所提策略后主汽压控制偏差在±0.2 MPa之间,控制精度显著提高。改进的隐式广义预测控制较好地满足了工业生产中对主汽压的控制要求,具有较高的研究和应用价值。     

Buck型DC DC变换器的滑模预测控制方法

针对Buck型DC DC变换器的滑模控制存在收敛速度慢、产生抖振等问题,设计一种新型的滑模预测控制方法。该方法应用矩阵变换和Schur补引理等技术,将滑模控制律的设计转化为优化问题,避免控制律的切换,从而抑制滑模控制的抖振现象,且由于优化过程能充分利用控制能量,使得输出能够更快收敛。变换器的线性化模型和非线性模型的仿真结果表明,所提出的控制方法不存在抖振问题,且相较于单纯的滑模控制、预测控制和已有的滑模预测控制,提出的滑模预测控制方法调节速度分别提升769%、520%、200%,负载突变后电压超调量分别减少732%、718%、526%,具有更快的调节性能和更强的鲁棒性。     

无人驾驶汽车RBF神经网络滑模横向控制策略

为了加强无人驾驶汽车横向运动控制,提出了一种优化型径向基函数(RBF)神经网络的滑模控制策略。根据视觉导航无人驾驶汽车单点预瞄模型与车辆二自由度模型得出横向运动状态方程,在滑模控制的基础上,采用RBF神经网络在线拟合滑模变结构的切换控制量,并基于改进的粒子群算法优化网络结构,使其快速达到滑模面,减小抖振。基于MATLAB/CarSim联合仿真平台,对建立的无人驾驶汽车横向运动状态模型及提出的控制策略进行不同工况下的仿真验证;基于AD 5435建立无人驾驶汽车快速原型开发平台,完成实车试验。结果表明:基于优化的RBF神经网络滑模横向控制策略能精确实现对车辆横向运动的控制,一定程度上减小了系统建模不确定性带来的影响,能有效抑制方向盘转角的抖振,将横向距离偏差与航向角偏差控制在一定范围内,可靠跟踪期望路径;车辆等速循迹行驶试验时,提出的控制策略的方向盘转角试验结果与仿真结果最大相对误差为5.8%,横向偏差的最大相对误差为6.2%,航向角偏差的最大相对误差为5.4%,试验结果与仿真结果一致性较好;Alt 3from FHWA仿真行驶工况下,相比于传统滑模控制策略,提出控制策略下的最大横向距离偏差误差和航向角偏差误差分别降低了90.8%和67.6%,双移线工况下误差分别降低了63.4%和69.9%,蛇形工况下误差分别降低了54.4%和39.6%。     

转炉炉口微差压的模糊滑模控制系统设计

针对转炉炉口微差压控制系统的非线性、干扰大和时变的特点,提出了一种基于干扰观测补偿的模糊滑模控制策略。通过分析滑模控制理论,得出了切换增益引起抖振这一结论。引入指数趋近律,发现切换增益与滑动因子绝对值呈正比关系。利用模糊设计规则对切换增益进行有效估计,使其更逼近滑模到达滑模面所需增益。结合基准观测器和经过处理所得到的等效干扰观测器,使得系统仅由增益就可对外界干扰进行快速反应。Matlab仿真研究结果表明:采用模糊滑模控制比常规PID控制的响应时间减少了0.14s,达到峰值时间减少了1.08s,超调量相对减少了0.025%,系统的切换增益更小,有效地遏制了抖振现象。工程实际应用表明:应用所提方法后,系统的抖振相对于滑模控制降低了10%,调节时间相对常规PID控制降低了0.38s,取压口处压力波动范围为-3.5～7Pa,比常规PID控制的效果提高了50%左右,系统抑制干扰的能力明显增强。     

改进粒子群优化的燃气发电锅炉主汽压模糊预测控制策略

针对燃气发电锅炉存在的纯滞后、大惯性和参数模型易变等问题,设计了一种改进粒子群优化(PSO)的主汽压模糊广义预测控制策略。利用遗忘因子递推最小二乘法(FFRLS)辨识出主汽压模型,并引入广义预测控制(GPC),通过多步预测、滚动优化和实时反馈技术克服系统惯性、时滞和参数时变问题。为改善主汽压控制系统的稳定性和动态响应品质,对GPC算法中的控制加权系数进行模糊自校正设计。引入改进粒子群算法对广义预测控制的控制量增量进行寻优,求取最优控制律。仿真结果表明:与改进PSO-GPC策略和动态矩阵控制(DMC)策略相比,在施加扰动情况下,所提改进PSO-模糊GPC策略在模型适配与失配时稳定时间分别最多减少94.5s和132s,超调量分别最多降低5.1%和8%。工程运用表明:所提控制策略主汽压控制偏差低于±0.15MPa,系统受模型失配影响更小,稳定性和抗扰动能力明显提升。     

基于非线性干扰观测器的机械臂终端滑模控制

为了在干扰存在的情况下实现对五自由度机械臂的有效控制,提出了一种基于非线性干扰观测器的终端滑模控制策略.通过选择适当的非线性增益函数,干扰观测器能够精确地估计未知干扰,实现对控制器的补偿,降低滑模控制抖振.非奇异快速终端滑模面的设计提高了收敛速度,保证轨迹跟踪误差在有限时间内快速收敛.基于Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性,数值仿真结果验证了所设计方法的有效性.     

面向永磁同步电机负载转矩观测的自抗扰改进滑模控制

针对传统永磁同步电机滑模控制中存在的滑模抖振大及响应速度慢的问题,设计了一种新型趋近律,在传统指数趋近律的基础上加入可变比例系数并引入系统状态变量和滑模面的幂次项,减小抖振的同时提高了趋近速率。随后,为了避免引入转速误差的微分项,减小系统高频抖振,采用积分滑模面,设计了永磁同步电机改进滑模速度控制器。针对控制策略中负载扰动波动会导致系统控制精度降低、抖振增大的问题,设计了一种基于新型饱和函数的扩张状态观测器估计负载扰动,并将扰动估计值前馈至改进滑模控制器中,进一步提高了系统的抗扰性能。数值仿真结果表明：所提出的控制策略可显著提高电机动态性能和抗扰性。在电机受负载转矩波动影响时,比PI控制电机超调量减小约23.1%,响应速度提高62.5%,比传统滑模控制电机超调量减小约15.3%,响应速度提高50%。新型滑模趋近律还可以有效降低滑模抖振,与传统滑模控制器相比,采用改进滑模控制器电机抖振降低约50%。     

一类不确定非线性系统的参数自适应滑模控制

针对一类具有不确定性的非线性系统,考虑参数摄动、未建模动态和外界干扰等各种不确定性的综合影响,提出了一种基于切换增益和sigmoid函数边界层厚度的参数自适应滑模控制策略,采用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统全局稳定性.该控制方法消除了传统滑模控制的输入抖振现象,而且跟踪精度高,无须确知不确定项的界.仿真算例验证了该方法的有效性.     

采用非线性干扰观测器的机械臂补偿型滑模控制

针对机械臂系统中存在的内外复合不确定性干扰问题,提出一种非线性干扰观测器补偿型滑模控制策略.在非线性干扰观测器设计过程中,引入辅助函数,避免加速度反馈测量项;同时实现对复合不确定性干扰的准确估计,用以补偿系统的控制输入,克服系统的“抖振”现象.在滑模控制策略方面,基于传统方法对惯性矩阵项进行调整的基础上,引入跟踪误差对模型离心力和哥氏力项进行调整,提高系统鲁棒性和稳定性.结果表明:两者结合能够最大限度地降低系统不确定性及外界干扰对机械臂控制性能的影响,在抑制抖振的同时增强系统的鲁棒性,提高轨迹跟踪精度.