不确定系统鲁棒自适应离散变结构控制

研究不确定系统的离散变结构控制设计问题.对离散趋近律方法进行分析, 提出一种基于鲁棒趋近律的自适应切换增益算法,能根据不确定因素对系统影响的强弱自动调整增益大小. 给出了闭环系统的鲁棒稳定性证明,并对其准滑模运动进行分析.理论分析与仿真研究结果均表明, 所提方法能有效减弱抖振,较好地改善离散变结构控制器的性能, 并解除了传统上确界方法要求不确定因素上确界可知的限制.     

基于趋近律方法的Delta算子滑模变结构控制系统

针对高速信号不确定滑模变结构控制系统的抖振问题,提出一种基于Delta算子离散化方法的不确定Delta算子系统的滑模变结构控制器。基于反正切函数给出了一种改进的Delta算子离散趋近律,将系统的不确定部分用其上、下确界代替,然后设计滑模变结构控制律。仿真结果表明了该方法的可行性和有效性,对内部参数摄动和外部干扰具有良好的完全鲁棒性。因此,基于该趋近律方法设计的滑模变结构控制系统既能在有限时间内快速趋近切换面,又最终稳定于平衡状态。     

基于改进指数趋近律的PMSM滑模控制研究

永磁同步电机（PMSM）控制系统中，滑模控制（SMC）以其鲁棒性强的优势得到了广泛的应用。传统的滑模控制存在着超调量大、响应速度慢、抖振严重等问题。针对以上问题，该文选择永磁同步电机为被控对象，设计了一种改进指数趋近律的滑模变结构控制器，所提趋近律对传统趋近律前的切换项进行处理改进，使系统中的运动点分成两段，当距离滑模面较远时，会加速趋近滑模面，当距离滑模面较近时，会明显削弱抖振。仿真结果显示，与传统指数趋近律相比，改进后的指数趋近律，提高了系统的快速性、稳定性以及抗扰动性。     

滑模控制器趋近律仿真研究

介绍了滑模变结构控制的基本原理,对常用的四种趋近律进行了仿真分析,通过仿真比较了它们到达切换面的时间、抖振等效果,对滑模控制设计时趋近率的使用提出了建议。     

直线同步电动机磁悬浮系统的自适应模糊滑模控制

提出一种自适应模糊滑模控制方法用以提高可控励磁直线同步电动机(controllable excitation linear synchronous motor, CELSM)磁悬浮控制系统的性能.根据CELSM的特定结构和运行机理,建立CELSM磁悬浮系统的数学模型,包括励磁回路的电压方程、磁悬浮力方程和运动方程;设计积分滑模面和分段趋近律,系统状态轨迹可以根据距滑模面的距离自动切换趋近速度,以很小的斜率穿越滑模面,减小系统的抖振,推导出相应的滑模控制器;为了克服不确定性扰动对系统的影响,设计自适应律使自适应模糊系统对不确定性扰动进行实时估计,用该估计值进行前馈补偿控制,减小控制律中的切换增益和系统的抖振,进一步推导出自适应模糊滑模控制器;用Matlab对控制系统进行仿真,仿真结果表明,采用自适应模糊滑模控制的CELSM磁悬浮系统的性能得到改善.     

滑模变结构控制趋近运动边界特性研究北大核心CSCD

为对滑模变结构控制趋近运动阶段状态变量的范数边界特性进行分析,以一类非线性模型作为研究对象,采用2种典型趋近律设计滑模控制调节器,基于广义Gronwall-Bellman引理对趋近运动阶段状态变量范数的边界特性进行分析,给出状态变量范数的约束关系式,该范数的边界可利用趋近律参数的选取进行调节,使得滑模到达时状态变量在滑模态稳定域内,滑模运动指数稳定。利用MATLAB/Simulink对所得调节器进行仿真。仿真结果表明,在趋近运动阶段,对于满足给定初始条件的状态变量,其范数严格单调递减,满足分析得到的约束关系,在趋近运动结束进入滑模运动阶段后,系统能指数稳定在平衡状态。     

基于滑模变结构控制的路径跟踪研究

为解决锅炉水冷壁磨损检测机器人的路径跟踪问题,提出了一种基于指数趋近律的滑模变结构控制的机器人路径跟踪方法。在水冷壁磨损检测机器人运动模型的基础上,进行路径跟踪误差分析,设计一种基于指数趋近律的滑模变结构控制器,再利用Lyapunov定理验证其收敛性,最后通过MATLAB软件模拟仿真,仿真结果表明该控制器可以克服误差,使位姿误差收敛至零。     

关于滞后不确定系统的变结构控制与仿真

研究变结构优化控制,对于含有状态滞后和输入滞后的不确定离散时间系统,采用传统的变结构控制器设计方法,很难解决控制输入滞后对系统性能造成的影响,并使系统抖振和控制输入切换幅度过大的问题,控制效果不理想.为解决上述问题,对状态滞后和输入滞后相同的一类不确定离散时间,进行变结构控制器的设计.根据系统滑模面可达条件,用系统模型不确定项进行等效替换处理,提出改进的变结构趋近律.利用趋近律设计的控制器克服了系统抖振和控制输入切换幅度过大的问题.仿真结果表明,控制器不仅能够保证系统具有良好的稳态和动态性能,同时动态过程中控制量的切换幅度也可以控制在要求范围内.     

一种离散变结构控制趋近律

提出一种符合高氏6个特点的离散变结构控制的趋近律.应用该趋近律设计的变结构控制系统,可保证系统在有限步到达准滑模带,系统运动最终趋于原点,并有降低抖动及保持快速趋近的品质.仿真结果说明了该方法的可行性和有效性.     

基于变化率模型的滑模变结构控制及应用

滑模变结构控制具有响应快速、对参数及外界扰动不灵敏的特点。具有代表性的趋近律等设计方法大都需要对象的数学模型,工程应用受到一定限制。对此,提出一种基于被控变量变化率模型的滑模变结构控制方法,以系统偏差和偏差变化率为状态变量建立切换函数,根据变化率模型设计等效控制作用,根据切换函数与系统正反特性设计切换控制作用,同时对滑模变结构控制算法进行改进以减弱抖振。该控制策略无需对象的严格数学模型,工程上容易实现。通过经验测试法建立了聚丙烯反应釜仿真对象温度的变化率模型,基于该模型设计的滑模变结构控制取得了优良的控制效果,验证了控制方案的可行性与有效性。     

基于滑模变结构的柔性倒立摆控制研究

针对柔性倒立摆稳摆控制比较困难且传统指数趋近率的滑模变结构控制易对系统造成抖振,基于机理建模方法建立柔性倒立摆数学模型,提出变指数趋近率的滑模变结构控制方法,设计了滑模变结构控制器,使系统具有较好的稳摆控制和鲁棒性。仿真结果表明,基于变指数趋近率的滑模变结构控制方法能够更好的实现倒立摆稳定控制,相比于传统指数趋近率的滑模控制器输出更加平滑,进而减小了控制器的负担。     

一种新的约束变速趋近律离散滑模控制方法

考虑惯性执行器输出速度有限的实际,引入趋近律变化速率的控制函数,设计了一种新的无抖振离散滑模变速趋近律算法. 首次提出了通过设计趋近律变化速率来构造离散滑模趋近律的思想,使得控制器的物理意义更加明显,设计更加灵活和简单.对于标称系统, 该算法可以使切换函数在有限时间内快速无抖振地收敛至零;对于满足匹配条件的不确定系统,切 换函数能够收敛至与不确定性及控制参数相关的某一数值,通过设置控制参数,可使这一数值任意小.     

改进幂次趋近律的机械臂滑模控制律设计

针对机械臂滑模控制中存在的抖振问题,采用趋近律的方法来进行改善,在对机械臂的控制特点和常用的滑模趋近律进行分析的基础上,针对幂次趋近律的缺点,提出了一种改进的幂次趋近律,并对其趋近性能进行了分析;根据机械臂动力学模型和改进的幂次趋近律设计了相应的滑模控制策略,对其控制策略的位置跟踪特性和抖振消除能力等进行了验证;仿真结果表明,该控制策略不仅有效地抑制了机械臂滑模控制中的抖振问题,而且保证了机械臂系统对期望轨迹的快速跟踪性,具有更好的趋近特性和收敛特性。     

一种提高RS422通信BIT可靠性的设计方法

电动静液作动器是飞机操纵系统的关键部件,要求有较好的速度平稳性。系统内存在泄漏非线性和摩擦非线性等影响速度平稳性的因素。滑模控制可以有效抑制系统内非线性因素的影响,但是由于抖振现象的存在限制了速度平稳性的进一步提升。针对固定切换增益的滑模控制方法的不足,提出一种基于变结构滤波器的自适应滑模控制方法。采用变结构滤波器估计系统状态信息,估计的系统状态信息用于构建滑模面,采用自适应切换增益来导出控制率,有效减小了抖振幅度。仿真结果证明了自适应滑模控制方法的有效性,采用这种方法提高了电动静液作动器的速度平稳性。     

Adaptive sliding mode trajectory tracking control for wheeled mobile robots

This paper discusses the problem of adaptive sliding mode trajectory tracking control for wheeled mobile robots in the presence of external disturbances and inertia uncertainties. A new fast nonsingular terminal sliding mode surface without any constraint is proposed, which not only avoids singularity, but also retains the advantages of sliding mode control. In order to implement the trajectory tracking mission, the error dynamic system is divided into a second-order subsystem and a third-order one. First, an adaptive fast nonsingular terminal sliding mode control law of the angular velocity is constructed for stabilising the second-order subsystem in finite time. Then, another adaptive fast nonsingular terminal sliding mode control law of the linear velocity is designed to guarantee the stability of the third-order subsystem. Finally, a simulation example is provided to demonstrate the validity of the proposed control scheme.     

具有输出/全状态约束的固定时间滑模控制

本文主要解决具有约束的二阶系统的固定时间跟踪控制问题,分别讨论了具有输出约束与具有全状态约束的控制算法设计.首先,为解决输出约束下的固定时间控制问题,本文构建了具有输出约束的新型终端滑模变量,并设计了具有扰动抑制能力的固定时间滑模控制律,保证系统输出始终满足约束条件,同时跟踪误差在固定时间内收敛到原点的充分小的邻域内.进一步,为了处理具有全状态约束的控制问题,本文构建了具有全状态约束的终端滑模变量并设计了相应的固定时间滑模控制律.鉴于系统控制律的不连续性,文章采用非光滑分析及Lyapunov稳定性理论证明了闭环控制系统的稳定性.最后,在数值仿真中,将本文提出的方法与传统固定时间滑模方法进行对比,验证了所建立算法的有效性.     

Dynamic analysis of variable structure force control of hydraulic actuators via the reaching law approach

This paper describes the design and experimental analysis of a variable structure control (VSC) law using three reaching law strategies for a hydraulic servo control system. For this purpose we use a non-linear mathematical model to develop a stable variable structure force control. The controller is designed using a sliding mode equivalence control and is augmented by a reaching law approach to further improve the performance. Three reaching laws are developed to bring the system states to the sliding mode surface. The feasibility of each reaching law structure on the closed loop performance (i.e. reaching time, chattering and quality of tracking) are experimentally evaluated and analysed.     

自适应滑模摩擦补偿在隔膜张力控制中的应用

为稳定放卷张力,提出了自适应滑模摩擦补偿控制算法,对放卷机构中的负载惯量与摩擦进行在线辨识。以放卷电机的转速和角位移误差为变量设计了线性滑模面;以惯量及摩擦估计误差变量及滑模面的偏移变量为基础设计了Lyapunov函数;以该函数的梯度下降为原则设计了在线辨识的自适应律。当系统在自适应滑模控制器的作用下稳定在滑模面上时,负载惯量及摩擦便趋近于其实际值。通过该摩擦补偿方法实现了张力控制目标。对所提方法进行单轴仿真及试验验证,表明该算法能有效提高张力的控制精度。     

Novel sliding mode control for multi‐input–multi‐output discrete‐time system with disturbance

This paper investigates sliding mode control for multi‐input–multi‐output discrete‐time system with disturbances. First of all, a novel nonlinear sliding surface, named as hyperbolic hybrid switching sliding surface, is proposed. Two different types of hyperbolic functions are introduced into the proposed sliding surface. Due to the changing of values of the hyperbolic functions, sliding surface switching occurs during the control process, which ensures that both settling time and overshoot can be decreased. The sliding mode controller is obtained based on a novel nonlinear reaching law. The nonlinear reaching law contains several parameters, and by properly designing these parameters, we can decrease the bounds of the sliding variables to small values. The stability analysis of the sliding motion is carried out from singular system viewpoint. Finally, simulation examples and comparison examples are presented to illustrate that the system performance is improved obviously by proposed novel sliding mode control, and the system is robust to the disturbances.