采用ESO的Boost变换器改进滑模控制

本文针对Boost变换器的负载电阻扰动和输入电压变化等系统不确定因素对输出电压的影响,提出了一种基于扩张状态观测器的改进滑模控制算法.首先,设计扩张状态观测器对系统状态、负载电阻和输入电压值进行估计,然后基于得到的估计值采用改进滑模控制算法设计系统控制器.通过理论分析,证明了Boost变换器闭环控制系统的稳定性.仿真和实验结果表明,与传统的滑模控制算法相比,本文所提出的控制算法更好地改善了系统的跟踪性能,提升了系统的鲁棒性.     

Buck变换器的降阶扩张状态观测器与无抖振滑模控制

针对脉宽调制型Buck变换器的内外干扰和滑模控制的抖振等问题, 本文提出了一种基于降阶扩张状态观测器 和无抖振滑模的新型控制策略. 首先, 建立新型的跟踪误差状态空间模型, 将匹配和不匹配干扰定义为统一的匹配干扰; 然后, 设计降阶扩张状态观测器提高跟踪误差微分和系统干扰的估计速度, 并抵消负载和输入端的电压变化、系统参数 不确定性对控制系统的影响; 其次, 利用跟踪误差微分的估计值设计滑模控制器抑制干扰估计误差, 使得切换项近似为 零, 实现滑模技术的无抖振控制, 提高Buck变换器系统电压跟踪的快速性和准确性. 利用李雅普诺夫稳定判据从理论上 证明了所提控制器的闭环稳定性. 最后, 仿真结果表明所提方法通过抑制抖振和内外干扰有效改善Buck变换器的鲁棒 性和动态性能.     

Buck变换器的降阶扩张状态观测器与无抖振滑模控制（英文）

针对脉宽调制型Buck变换器的内外干扰和滑模控制的抖振等问题,本文提出了一种基于降阶扩张状态观测器和无抖振滑模的新型控制策略.首先,建立新型的跟踪误差状态空间模型,将匹配和不匹配干扰定义为统一的匹配干扰;然后,设计降阶扩张状态观测器提高跟踪误差微分和系统干扰的估计速度,并抵消负载和输入端的电压变化、系统参数不确定性对控制系统的影响;其次,利用跟踪误差微分的估计值设计滑模控制器抑制干扰估计误差,使得切换项近似为零,实现滑模技术的无抖振控制,提高Buck变换器系统电压跟踪的快速性和准确性.利用李雅普诺夫稳定判据从理论上证明了所提控制器的闭环稳定性.最后,仿真结果表明所提方法通过抑制抖振和内外干扰有效改善Buck变换器的鲁棒性和动态性能.     

受扰直流降压变换器自适应离散滑模控制设计与实现

直流变换器在能量转换系统中起到至关重要的作用.针对直流降压变换器系统中存在的多源干扰问题,本文提出了一种基于观测器的复合离散滑模控制方案.为获得高电压跟踪精度和强抗干扰能力,在控制器中引入了干扰估计信息的二阶差分.通过干扰估计和前馈补偿,有效地消除了干扰对变换器电压跟踪精度的影响.同时,为削弱抖振影响,文中设计了一种新型的自适应滑模趋近律,并针对闭环系统给出了严格的稳定性与收敛性能分析.此外,本文基于快速原型控制器进行不同工况下变换器系统实验测试.结果表明,相比于传统离散滑模控制,文中所研究的复合控制器具备较强的抗干扰能力和较高电压跟踪精度.     

基于降阶扩张状态观测器的重复控制系统设计

针对一类含有非匹配状态相关不确定性和外界干扰的伺服系统,提出一种基于降阶扩张状态观测器的重复控制方法,通过对不确定性和扰动进行实时估计和主动补偿,实现对周期性参考输入信号的高精度跟踪.首先,利用系统可测输出和控制输入信号设计降阶扩张状态观测器,对系统的不可测状态以及包含不确定性和外界干扰的总扰动进行估计;其次,通过选择合适的扰动补偿增益,构造基于扰动动态补偿的复合重复控制规律,消除总扰动对系统输出的影响,保证系统输出对周期性参考信号的准确跟踪;然后,基于小增益定理推导出系统稳定性条件和控制器参数设计算法;最后,通过数值仿真实例和实验验证所提方法的有效性和优越性.     

轮式移动机器人轨迹跟踪控制研究

针对轮式移动机器人参数摄动和内外部扰动等问题,提出一种新型的基于自适应扩张状态观测器的滑模控制算法。采用自适应虚拟速度控制器估计系统未知参数,滑模控制器抑制参数摄动和内外部扰动,非线性扩张状态观测器观测系统扰动并减小控制输入的抖振,实现了轨迹跟踪误差的快速收敛。利用Lyapunov稳定性理论证明了控制算法的稳定收敛性。将所提算法与传统自适应反演滑模算法进行对比,对比结果表明了所提算法的有效性和鲁棒性。     

基于扩张状态观测器的二质量系统非奇异快速终端滑模控制

针对含未知负载信息的二质量伺服系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制方法.首先,利用电机侧位置信息设计有限时间扩张状态观测器估计系统的扰动,并将估计值融入到控制器中作为前馈项对系统的未知扰动进行补偿;然后,引入一种新型的滑模趋近律,该趋近律能够避免传统滑模控制中存在的奇异性问题,据此设计非奇异快速终端滑模控制器,保证系统状态在有限时间内收敛到原点,并根据李雅普诺夫稳定性理论分析闭环系统的稳定性;最后,通过仿真和实验验证所提出方法的优越性.结果表明,与传统的PID等控制相比较,所提出的基于扩张状态观测器的有限时间滑模控制方法能够提高系统的跟踪性能,并有效增强二质量伺服系统的抗扰动能力.     

新趋近律的直流微电网母线电压滑模控制设计

随着直流微电网技术的快速发展,直流微电网中母线电压的稳定性控制作为直流微电网正常平稳运行的关键,也成为了研究热点之一;针对直流微电网母线电压外环易受参数摄动和负荷扰动的影响,提出了一种扩张状态扰动观测器ESO(Extend state observer)与新型趋近律的滑模控制器NRSMC(New reaching law sliding mode control)相结合的复合控制器ESO-NRSMC;该控制器采用了一种新型趋近律方法来解决抖振现象与滑模面趋近时间之间的矛盾;同时扩张状态观测器将观测到的扰动值补偿到滑模控制器中,进一步提高控制器的抗扰动能力;还构造了Lyapunov函数来验证所设计的母线电压外环闭环控制系统的稳定性;最后通过仿真证明控制器ESO-NRSMC在微电网系统参数发生变化以及负载扰动的情况下,依然能够实现对直流微电网母线电压的稳定控制,具有较强的优越性和鲁棒性能。     

基于扩张状态观测器的UCAV自适应滑模控制

针对固定翼UCAV（Unmanned Combat Aerial Vehicle）系统中存在的不确定性和外部扰动，设计了一种基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器用来抑制系统扰动，从而提高对于UCAV的控制性能。建立固定翼UCAV的六自由度非线性模型，针对姿态控制和速度控制分别设计扩张状态观测器对模型中难以精确测量的状态量和外部扰动进行估计，依据奇异摄动原理分别对姿态和速度设计自适应超扭曲滑模控制器，实现对UCAV的姿态和速度的跟踪控制。采用某型固定翼UCAV非线性模型对所设计的控制器进行仿真验证，并且与传统的自抗扰滑模控制方法进行了对比，仿真结果表明，基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器具有更小的超调量和稳态误差。     

基于时变增益扩张状态观测器的逆变器系统自适应 super-twisting电压鲁棒控制

针对电压源逆变器系统中负载扰动和参数摄动, 本文提出了一种基于时变增益扩张状态观测器的自适应 super-twisting鲁棒电压控制新方法. 首先考虑负载扰动, 建立单相逆变器系统的动态模型, 进而考虑系统参数摄动, 通过引入非测量辅助状态变量, 将上述动态模型转化为只包含匹配扰动的状态方程; 其次, 设计时变增益扩张状态 观测器, 以实现对非测量辅助状态变量与包含负载变化和参数摄动等因素在内的集总不确定项的估计; 最后, 基于 此扩张状态观测器, 设计采用自适应super-twisting算法的滑模控制律, 以实现逆变器系统输出电压对其参考电压的 快速准确跟踪并增强系统鲁棒性. 仿真实验结果表明: 所提出的时变增益扩张状态观测器可在保证观测误差收敛 的同时, 有效抑制“初始微分峰值”现象; 采用自适应super-twisting算法的滑模控制策略可使逆变器系统输出电压 具有较高跟踪精度和较小总谐波失真率, 增强系统的抗干扰能力, 并降低控制输入信号“抖振”.     

并网光伏逆变器鲁棒分数阶滑模控制设计

本文设计了一款基于扰动观测器的鲁棒分数阶滑模控制(POFO–SMC)来实现光伏逆变器的最大功率跟踪(MPPT).首先,将光伏逆变器的非线性、参数不确定性以及未建模动态聚合成一个扰动,并通过扰动观测器对其进行在线估计.随后,采用分数阶滑模控制(FOSMC)对该扰动估计进行实时完全补偿,从而实现不同工况下全局一致的控制性能.同时,POFO–SMC采用扰动实时估计而非传统滑模控制(SMC)中所使用的扰动上限值进行补偿,因此可有效解决传统SMC过于保守的缺点,使得控制成本更为合理.最后,POFO–SMC无需精确的系统模型,仅需测量光伏逆变器的q轴电流和直流侧电压,因此易于硬件实现.本文进行了两个算例的研究,即光照强度变化和电网电压跌落.仿真结果表明,与传统PI控制、反馈线性化控制(FLC)、SMC和FOSMC相比,POFO–SMC在各类工况下均具有最好的动态特性及最高的鲁棒性.基于dSpace的硬件在环实验(HIL)验证了其硬件可行性.     

基于模型信息的电静液作动器降阶线性自抗扰控制

针对电静液作动器(electro-hydrostatic actuators, EHA)系统存在内外部扰动、参数不确定性和变控制增益等问题,提出一种基于模型信息的降阶线性自抗扰位置控制方法.首先,基于系统模型信息选取控制增益.其次,通过降阶线性扩张观测器对系统总扰动进行估计,并在控制器中加入扰动项进行补偿.利用奇异摄动理论证明所提控制器可使闭环系统是半全局最终一致有界的,并且当观测器带宽足够大时,所提出的控制器理论上可以使系统输出以所需精度跟踪期望轨迹.仿真结果表明,所提控制方法响应速度较快,控制精度较高,对外部扰动和参数不确定性具有较强的鲁棒性.     

基于ESO的永磁同步电机伺服系统快速终端滑模控制

为了优化永磁同步电机(PMSM)伺服系统的控制性能, 本文提出了一种基于非奇异快速终端滑模控制(NFTSMC)和扩张状态观测器(ESO)的复合控制策略. 论文首先建立了考虑集总扰动的永磁同步电机数学模型, 根据所定义的非奇异终端滑模面和趋近律, 设计了位置跟踪控制器, 所设计的控制器采用非级联结构替代了传统的位置环和速度环控制器, 并通过李亚普诺夫定理证明了稳定性和有限时间内收敛. 为了进一步提高系统的抗扰动性能, 本文引入了扩张状态观测器来估计系统扰动并将其应用于前馈补偿. 然后, 文章对系统整体进行了稳定性证明. 最后,文章完成了基于所设计控制器的仿真和实验验证. 结果表明, 该控制器具有良好的位置跟踪性能且收敛速度快, 对外部干扰具有强鲁棒性.     

永磁同步直线电机的分数阶超螺旋滑模控制

为了提高永磁同步直线电机的跟踪性能,增强系统的鲁棒性,本文提出了分数阶超螺旋滑模控制策略.首先,针对外部扰动以及系统的未知状态设计广义超螺旋观测器,其能够精确估计永磁同步直线电机的速度和外部扰动.其次,将分数阶理论和终端滑模控制理论相结合,提出有限时间收敛的分数阶超螺旋滑模控制器,以实现永磁同步直线电机的跟踪控制.最后,通过仿真对比验证所提方案的有效性.     

基于ESO分数阶滑模调节的PMSM模型预测转矩控制

为了提高永磁同步电机调速系统的性能,提出一种基于扩张状态观测器的分数阶滑模预测转矩控制策略。采用扩张状态观测器对电机的综合扰动项、定子电流和反电动势进行实时观测,可快速准确得到它们的估计值并进行补偿;利用估计值构建分数阶滑模控制器来削弱系统抖振并提高鲁棒性;利用转矩和磁链无差拍预测控制,减少了遍历次数并降低了计算复杂度。通过仿真和半实物平台进行了验证,所得结果表明,所提出的方法能有效提升系统的鲁棒性,使电机具有良好的动态和静态性能。     

四旋翼飞行器的轨迹跟踪抗干扰控制

针对四旋翼飞行器轨迹跟踪问题中系统存在模型不确定和易受到外界扰动的情况,提出了基于切换函数的扩张状态观测器设计方法来对系统中的扰动进行估计,并将估计值与滑模控制器的设计相结合,实现了对系统中非匹配不确定性和匹配不确定性的抑制且实现了系统跟踪误差的一致最终有界.首先,根据变量间的耦合关系将飞行器系统模型分解为两个子系统模型,设计扩张状态观测器对子系统中的非匹配不确定性进行估计,并将估计值作为变量加入到切换函数的设计中;进而基于切换函数设计扩张状态观测器以估计经切换函数重构系统中的扰动,并在控制器中对扰动进行补偿.最后通过李雅普诺夫理论证明了控制系统的稳定性.通过仿真验证了本文提出的方法能够有效实现飞行器轨迹跟踪控制且能够抑止传统滑模控制的抖振现象.     

基于等价输入干扰滑模观测器的磁悬浮球系统模型预测控制

本文针对系统不确定性和外部干扰引起的磁悬浮球系统控制性能下降的问题,提出了一种基于等价输入干扰滑模观测器的模型预测控制(MPC+EIDSMO)方法.首先将原系统转化为EID系统,采用等价输入干扰滑模观测器对EID系统状态变量及等价输入干扰进行估计;然后基于状态估计值设计模型预测控制器,并将等价输入干扰估计值以前馈的方式补偿后得到最终的复合控制律,实现对参考位置跟踪的快速性,准确性以及对总扰动的鲁棒性.值得注意的是,与传统EID结构中的龙伯格观测器相比,等价输入干扰滑模观测器中增加的非线性观测误差反馈项有助于提高状态估计的快速性和精确性.从理论上证明了该系统是全局一致毕竟有界的.仿真和实验结果表明,相较于基于EID观测器的模型预测控制方法和基于龙伯格观测器的积分模型预测控制方法,所提方法提高了磁悬浮球系统的跟踪性能,并且有效的抑制了系统不确定性和外部干扰.     

基于线性扩张观测器的双有源桥变换器自抗扰控制

为改善双有源桥变换器（Dual Active Bridge,DAB）的动态响应和抗扰能力，提出一种基于线性扩张观测器（LESO）的双有源桥变换器自抗扰控制策略。首先，基于降阶模型法推导出双有源桥变换器的小信号传递函数；其次，通过设计线性扩张状态观测器（LESO）和线性状态误差反馈控制律（LSEF）来实时估计和补偿外部的干扰和内部的不确定性；最后，利用仿真实验验证了该控制器的可行性。实验结果显示，该控制器比传统PI控制器具有更佳的鲁棒性和自适应性，因此该控制器可用于控制变换器的直流母线输出电压。     

基于降阶扩张状态观测器的逆变系统重复控制设计

针对具有参数不确定性和负载扰动的单相全桥LC型逆变器,提出一种基于降阶扩张状态观测器（ROESO）的重复控制系统设计方法。首先,根据电路定理推导出逆变器的数学模型,并针对该模型利用系统可测量输出电压构造ROESO,用以实时估计由系统参数不确定性和外部干扰组成的总扰动。在此基础上,嵌入改进型重复控制器,构造复合重复控制规律,实现对扰动的有效抑制和对周期性参考输入的高精度跟踪。然后,利用小增益定理推导出系统的全局稳定性条件,并给出控制器参数整定方法和系统设计步骤。最后,通过仿真验证所提方法的有效性和优越性。     

基于改进型积分终端滑模控制方法的移动机器人轨迹跟踪设计与实验

为了使移动机器人获得高精度和快速收敛的跟踪性能,设计一种基于积分终端滑模和滑模观测器的轨迹跟踪控制方法.首先,考虑到移动机器人在实际运动过程中会受到地面湿滑、摩擦等原因引起的侧滑扰动的影响,建立其在该扰动影响下的运动学模型;然后,利用该动态模型设计滑模观测器来估计系统受到的扰动;接着,将估计的扰动值前馈至反馈控制器,用来抑制扰动对系统控制性能的影响,从而达到削弱抖振的目的;同时,基于跟踪误差设计积分终端滑模面,并结合滑模面和扰动估计设计新型积分终端滑模控制器;最后,基于Lyapunov稳定性理论对整个闭环系统进行稳定性分析.仿真实验结果表明,所设计的控制器具有更高的跟踪精度和更强的鲁棒性.