永磁直线电机二阶非奇异快速终端滑模控制

针对永磁直线电机伺服系统易受参数变化和负载扰动、端部效应等不确定因素影响的问题,提出一种二阶非奇异快速终端滑模控制方法来设计永磁直线电机位移控制器。该算法设计上避免了终端滑模的奇异区并且提高了其收敛速度,从而解决原有终端滑模的奇异性和速度收敛缓慢的问题。利用二阶滑模超螺旋控制律将不连续的控制作用在变量的高阶微分上,以削弱系统抖振现象。仿真结果表明,该策略不仅使系统具有较好的定位能力和很强的鲁棒性,同时还有效地削弱了系统的抖振现象。     

双丝杠同步控制误差建模与仿真分析北大核心

为解决双丝杠进给系统同步控制误差过大的问题,建立了双丝杠进给系统的机电耦合仿真模型,并基于模糊控制与滑模控制理论,设计了单轴模糊滑模跟踪控制器,以减小滑模控制产生的抖振现象,同时提高单轴跟踪精度以及响应速度;为解决双丝杠运行时存在的参数不匹配和耦合问题,采用模糊PID交叉耦合控制算法进行两轴间的协调控制,以提高两轴同步性,减小同步误差;最后进行了MATLAB/Simulink建模与仿真分析,仿真结果表明,在理论上能够提高单丝杠的信号跟踪精度87.09%,并且减小双丝杠两轴之间的同步运动误差86.79%。     

H型平台双环交叉耦合滑模同步控制

为提高H型平台双直线电机运动控制系统的抗干扰能力和同步运动性能,提出一种基于位置环和速度环双环偏差的交叉耦合滑模同步控制方法。采用交叉耦合算法建立双直线电机偏差（跟踪误差）的耦合关系,输出同步误差,并结合滑模控制器,实现跟踪误差与同步误差的同时收敛。基于仿真实验对比分析单位置环、单速度环和位置-速度双环3种交叉耦合结构的滑模控制在扰动输入后的位置跟踪性能和同步控制性能。仿真结果表明：位置-速度双环控制方的电机位置跟踪性能和同步控制性能较单位置环控制方法分别提升60.6%和51.95%,较单速度环控制方法分别提升85.0%和41.91%,为平台的同步性控制应用提供了参考。     

基于改进偏差耦合的多电机同步控制

针对多电机同步控制系统中动态响应速度差和同步控制精度低等问题,在偏差耦合控制结构的基础上,提出一种超扭曲非奇异滑模控制器与误差因子速度补偿器相结合的新型控制策略。将新型非奇异快速终端滑模函数与超扭曲算法结合,设计超扭曲非奇异滑模控制器,利用其优良的动态调节性能,提升系统响应速度。引入误差因子概念,重新确定每台电机的速度补偿信号,增强系统中各电机之间的耦合性,在受负载扰动后转速波动小,减小系统同步误差。结果表明,新型控制策略的跟踪性提高了约33%,同步性提高了约40%,具有更好的跟踪性和同步性,可实现多电机的精密协同控制。     

基于改进迭代学习的并联6-DOF运动平台控制策略研究

为了改善并联6-DOF运动平台的轨迹跟踪效果提出了一种新颖的控制算法。该控制方法结合了非奇异Terminal滑模控制(NTMSMC)和迭代学习控制(ILC),非奇异Terminal滑模控制器可以在有限的时间到达和消除控制器奇异,将其作为第一控制器来处理模型参数不确定性、未知的非线性和外部干扰;在到达滑模面之后,用PD型迭代学习控制器作为第二控制器来消除周期性轨迹跟踪误差。Simulink仿真结果表明,这种组合控制器与其它控制器(如PID控制、滑模控制、迭代学习控制)相比有更高的轨迹跟踪精度和较强的鲁棒性。     

基于交叉耦合结构的同步控制器设计

为了提高单轴伺服系统的抗扰动能力和动态响应性能,基于现代控制算法设计了终端滑模-自适应模糊跟踪控制器。由于交叉耦合控制(CCC)结构可以实现轴间信息共享,故采用此结构提高镜像运动的两轴间的同步精度。利用Matlab/Simulink仿真平台,模拟了持续扰动作用下两轴跟踪正弦信号的同步运行过程,通过对比于传统PID控制器的响应曲线,证明了所提出的控制方法能够提高伺服轴的信号跟踪能力,更好地抑制扰动并减小同步误差。     

基于扩展观测器的永磁同步电机快速积分终端滑模控制

为了优化永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态性能，使用滑模控制的PMSM控制系统的非线性速度控制算法。提出一种新的快速积分终端滑模面(FITSMC),以提高传统积分终端滑模控制在速度误差远离平衡点时的跟踪误差收敛速度。针对高切换增益引起的大抖动现象，提出一种改进的抗干扰滑模速度控制器，该方法引入扩展状态观测器观测集中扰动，并在FITSMC中添加前馈补偿项。最后，通过仿真验证所提控制方法的有效性。结果表明：采用FITSMC替代传统的PI控制器，可以有效地降低动态速度跟踪误差。通过与传统方法进行比较，验证了所提方法(FITSMC+ESO)的优越性。     

永磁同步电机位置伺服系统终端滑模控制

将终端滑模控制（TSMC）策略应用于永磁同步电机(PMSM)位置控制,以提高系统输出响应性能。基于终端滑动模式技术,设计一种新的有限时间收敛的干扰观测器以估计PMSM的集体不确定性,包括系统参数不确定性和未知的外部负载。与渐近收敛控制器不同,TSMC 保证系统状态误差和观测器估计误差在有限时间内能收敛到0。结果表明：与PID控制和传统反步法控制相比,所提出的控制器控制效果更好。     

基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制北大核心

针对永磁同步电机调速系统存在抖振和响应速度慢的问题,采用滑模变结构控制方法设计速度环控制器。将传统线性滑模面改进为非奇异终端滑模面,以提高系统在滑模面上的趋近速度。提出一种新型趋近律,在双幂次趋近律的基础上引入切换函数,使用终端吸引子,并且增加指数项来提高趋近速度,更好地减少系统抖振并改善了系统收敛特性。将此控制算法与双幂次趋近律对比,仿真结果表明:该方法可以更有效地抑制系统抖振和提高系统的收敛速度,也能更快速、准确地跟踪给定的速度信号。     

基于滑模交叉耦合的双永磁电机转速同步控制

为降低双永磁电机在动态过程和扰动情况下的速度同步误差,研究了一种基于电流参考切换和滑模交叉耦合控制的方法。首先,建立了交叉耦合控制下的系统模型,并分析交叉耦合控制的作用机理;通过频域分析证明其能够降低速度同步误差,并给出了交叉耦合控制器参数设计方法;然后,为提升扰动情况下的速度同步误差收敛时间,提出了基于滑模的交叉耦合控制方法;最后,使用电流参考切换解决动态过程中受最大电流限制造成的速度同步性能不佳问题。实验结果表明,基于电流参考切换的滑模交叉耦合控制能够使扰动下速度同步误差收敛更快,同时有效降低动态过程中的速度同步误差。     

串联型机械臂的自适应鲁棒容错控制研究

针对串联型机械臂关节空间内的轨迹跟踪控制,提出了一种自适应鲁棒容错控制方法。在机械臂动力学模型中加入了外界干扰、关节摩擦与故障模型,并将其等价成二阶被控系统。在此基础上,结合非奇异快速终端滑模面和反步法控制策略,设计一种新型的反步非奇异快速终端滑模控制器。通过李亚普诺夫准则验证了控制策略的全局渐近稳定性;引入自适应技术估计系统不确定性的上界,提高控制器的鲁棒性。以二自由度机械臂为被控对象,对所设计控制器的有效性进行了验证,结果表明:与传统的非奇异快速终端滑模控制器及反步非奇异快速终端滑模控制器相比,该控制器具有响应速度快、鲁棒性强、抖振小的优点,能有效应对系统故障和实现机械臂的高精度轨迹跟踪控制。     

磁悬浮直线导轨悬浮高度的自适应积分滑模控制

介绍磁悬浮直线导轨这一新型机电进给装置。针对该装置悬浮部分复杂非线性、参数时变、强扰动的特点,应用自适应积分滑模控制方法设计磁悬浮系统恒悬浮高度控制器。自适应积分滑模控制器可以在线实时估计不确定系统的边界值,削弱滑模控制的抖振,减小稳态误差。与PID控制器的仿真对比实验表明,自适应积分滑模控制器具有更好的动、静态特性和鲁棒性。     

基于滑模控制的H型运动平台改进型主从控制

由于H型运动平台两直线电机之间存在机械耦合及负载扰动不同等不确定因素,导致了双直线电机运动不同步的问题。因此,提出了一种基于积分反演自适应滑模(integral backstepping adaptive sliding mode control, IBASMC)与改进型主从控制相结合的控制方案。在单轴上,采用积分反演自适应滑模控制作为位置控制器,有效地减小了位置跟踪误差;在双轴上,采用了改进型主从控制,将其与普通的主从控制进行比较,显著地减小了双轴之间的同步误差。仿真结果证明,所设计的控制方法有效地提高了H型运动平台的跟踪精度、抗干扰能力和同步精度。     

基于回流能量调节的液压执行机构运动位移控制仿真研究

为提高液压执行机构控制系统响应速度,从而降低执行机构运动位移输出误差,采用超螺旋滑模控制器,并进行仿真验证。建立回流能量调节的液压执行机构简图,定义差动阀液压流量数学模型,推导出液压执行机构动力学方程式。针对传统滑模控制器进行改进,提出超螺旋滑模控制器。给出液压执行机构超螺旋滑模控制的流程,并分析控制系统的稳定性。为进一步验证超螺旋滑模控制器输出精度,采用MATLAB软件对液压执行机构运动位移进行仿真,并且与传统滑模控制器进行对比。结果表明：采用传统滑模控制器,在空载状态下,液压执行机构运动位移与期望值偏差较小,但是在负载状态下,其偏差较大;采用超螺旋滑模控制器,在空载或者负载状态下,液压执行机构运动位移与期望值偏差都较小,执行机构反应速度较快。采用超螺旋滑模控制器,可以有效降低液压执行机构滑模控制器的抖动幅度,提高运动精度。     

基于前馈和滑模复合结构的飞行器电动舵机控制

针对飞行器电动舵机伺服系统的控制问题,提出了一种能够有效抑制传动机构非线性摩擦的控制方法,该方法由前馈补偿器、基于LQR的PID反馈控制器以及滑模控制器构成。前馈控制能够提高系统响应的快速性,PID反馈控制提高系统的抗干扰能力,针对非线性摩擦设计的滑模控制律,用来削弱非线性摩擦对舵机伺服的影响。在分析电动舵机伺服系统构成的基础上,给出了非线性摩擦的Stribeck模型;建立了系统数学模型,在此基础上分析得出前馈补偿器的结构和参数;引入参考给定量,建立基于误差的状态控制方程,设计了基于LQR的PID控制器以及抑制非线性摩擦扰动的滑模控制律。分别对含有滑模控制器和不含滑模控制器的控制方法进行了仿真实验,实验结果表明:含有滑模控制器的控制方法能够有效抑制非线性摩擦引起的速度抖动问题以及位置"平顶"现象。     

基于非线性PID的交叉耦合同步控制器设计

针对工业控制中双轴同步伺服系统的伺服参数不匹配及外部扰动造成的运动不同步问题,在分析了经典的位置控制策略和直线型双轴同步运动的同步误差与跟踪误差几何关系的基础上,引入耦合误差变量,设计了一种位置环非线性PID的交叉耦合同步控制器,实现跟踪误差与同步误差同时减小。在X-Y运动平台上,对所设计位置环非线性PID的交叉耦合同步控制器进行了实验,结果表明:基于非线性PID的交叉耦合同步控制相比于PID的传统交叉耦合同步控制,在单轴跟踪误差的最大值和均方根值上分别减少了50%和62.5%,在轴间同步误差的最大值和均方根值上分别减小了60%和63.64%。     

基于模糊滑模的两轴伺服系统轮廓误差交叉耦合控制算法

针对两轴伺服系统轮廓误差控制问题,提出一种基于模糊滑模的交叉耦合轮廓误差控制方法。设计了单轴模糊滑模跟踪控制器,用于消除干扰作用。将模糊控制器用于自适应调节滑模控制器切换增益,减小滑模控制的抖振现象。采用交叉耦合控制算法进行两轴间的协调控制,解决轴间参数不匹配的问题,保证轮廓控制精度。仿真结果表明:该方法能有效提高跟踪精度和轮廓精度。     

关节空间内工业机器人抗干扰轨迹跟踪控制

针对工业机器人在关节空间内轨迹跟踪精度差和易受集总干扰影响等问题,提出一种基于非线性扰动观测器的快速连续非奇异终端滑模控制策略。根据拉格朗日方程推导出四轴工业机器人的动力学模型,获得系统的输入输出关系。引入非线性扰动观测器对集总干扰进行估计与补偿,设计快速连续非奇异终端滑模控制器来加快系统状态量的收敛速率,提高关节空间内轨迹跟踪的精度。由李雅普诺夫稳定性理论证明了此控制器的全局稳定性。通过仿真案例与试验研究验证了所设计控制策略的有效性,结果表明:该控制器能有效抑制集总干扰影响,保证工业机器人轨迹跟踪的精度,具有一定的工程参考价值。     

基于自适应滑模变结构控制的多轴同步协调控制系统建模

多轴同步协调运动控制过程中会产生同步误差.针对直线型同步控制平台,建立同步协调控制系统模型,为提高同步控制精度采用自适应滑模变结构控制(ASMC)与前馈控制(FFD)的复合控制,完成各个轴位置闭环控制,并采用同步控制器(SYNC)完成同步误差控制.仿真实验结果表明,采用ASMC+ FFD+ SYNC对同步误差控制效果最好,为多轴同步协调控制研究提供了一定的理论依据.     

基于非奇异终端滑模的制动缸自抗扰控制研究

为研究机车制动缸制动工况下其闸瓦受轮对椭圆形踏面挤压时的位置控制精度,考虑活塞与制动缸内壁非严格配合引起的压力漏损及轮瓦接触面作用力的时变非线性,建立了制动缸气动伺服系统的数学模型;基于非奇异终端滑模收敛快速、鲁棒性强的优点,提出了具有终端滑模面的自抗扰鲁棒控制器;采用引入加速度因子的细菌觅食算法对控制器参数进行寻优;引入模糊补偿因子对控制器中不可导点跳变和未建模动态进行抑制和补偿。仿真结果表明,非奇异终端滑模自抗扰控制器可实现在轮瓦接触面存在较大负载扰动及参数摄动工况下对位置输入指令的近似无偏跟踪,能够抑制控制量过零跳变,对参数慢时变漂移具有较强鲁棒性。