滑模变结构控制在磁悬浮转子系统中的应用

针对主动磁悬浮转子系统的本质不稳定性、非线性和参数不确定性,根据滑模到达条件,为磁悬浮转子系统设计了滑模变结构控制器.基于某磁悬浮转子系统,仿真分析了采用PID控制和滑模变结构控制下系统的阶跃激励信号响应,结果表明,采用滑模变结构控制时系统具有良好的动态性能、较强的鲁棒性和抑制转子振动的能力.     

磁悬浮平台电磁悬浮系统的模糊滑模控制

为实现开环不稳定且高度非线性的磁悬浮平台悬浮气隙的精确控制,采用模糊滑模控制方案,根据电磁悬浮系统的动态非线性数学模型,设计使系统状态在有限时间内到达稳定点的滑模面,通过等效控制和切换控制律实现对参数摄动和外部扰动的完全鲁棒性.根据滑模切换状态,利用模糊推理方法柔化切换控制.基于模糊滑模控制器的控制系统能够有效地削弱滑模控制抖振,并较好地抑制外部扰动,且对参数变化具有完全鲁棒性,实现磁悬浮平台的高刚度稳定悬浮.结果表明,所设计的控制系统对参数变化及周期性扰动具有很强的鲁棒性.     

磁悬浮位置跟踪控制器设计及其鲁棒分析

实现被控对象对目标位置的稳定快速跟踪是磁悬浮的关键技术之一。针对悬浮小球的单自由度控制问题,采用时域分析方法,完成了PD控制器的参数设计。在机械受力和电磁电路分析的基础上建立系统的动态数学模型,然后基于劳斯稳定判据测算比例微分参数的基本范围,最后根据给定的性能指标要求完成控制参数的整定。仿真分析表明,所得控制系统能在0.02 s内实现小球向上5 mm的位置跟踪,并且对内部控制电流的衰减和外部的不确定直接位置干扰具有较强的抵抗能力,所设计的系统具有良好的动态性能和鲁棒性。     

主动磁悬浮轴承的Terminal滑模变结构控制

为了给主动磁悬浮轴承转子系统提供更稳定的控制,根据其动力学方程的强非线性,建立4输入4输出状态方程,并提出一种Terminal滑模变结构控制算法,从理论模型上分析了该算法的鲁棒性与收敛性,并利用Simulink进行仿真.由实验结果表明,与传统PID控制器的控制结果相比,所设计的4输入4输出磁悬浮轴承Terminal滑模变结构控制器可以在很短响应时间内有效地消除抖振现象,可达到良好的控制效果,且与传统滑模控制器相比,系统的初始状态已经在滑面上,消除了滑模控制的到达阶段,保证了系统的全局鲁棒性,对参数变化具有一定的抗干扰能力,状态跟踪误差也可以在有限时间内收敛到0.     

磁悬浮系统的反推滑模控制

针对磁悬浮系统的非线性、开环不稳定性,将其模型在平衡点附近线性化,并根据得到的状态方程设计了对系统不确定性具有较强鲁棒性的反推滑模控制器,实现了对磁悬浮系统的闭环稳定控制。在Matlab Simulink仿真环境下建立系统的实时控制框图并通过RTW工具箱生成可执行代码,实现了钢球的悬浮与控制。实验结果表明,所设计的反推滑模控制器能实现钢球的稳定悬浮并具有良好的动态跟踪性能。     

单电磁悬浮系统的神经网络模糊滑模控制

为实现单电磁悬浮系统悬浮气隙的精确控制,提出一种基于神经网络的模糊滑模控制方案.根据单电磁悬浮系统的动态非线性数学模型,设计使系统状态在有限时间内到达稳定点的滑模面,同时根据滑模切换状态,通过引入神经网络的模糊控制方法对滑模切换控制量的增益进行评估,实时对滑模控制量进行调整,实现切换控制信号的柔化.基于神经网络的模糊滑模控制系统不仅能很好地跟踪给定信号,而且能削弱滑模控制抖振,对外部扰动具有完全的鲁棒性.仿真结果表明,所设计的控制系统零超调,具有速度跟踪性能,对外部扰动具有很强的鲁棒性.     

水轮发电机组调节系统的鲁棒变结构控制

抖动和鲁棒性是滑模控制最显著的特点,在保持系统鲁棒性基础上有效地控制系统的抖动是将滑模控制引入实际应用的关键.在水轮发电机组非线性模型的基础上,将滑模控制引入水轮发电机组的控制,先对水轮发电机组非线性模型进行坐标变换和反馈线性化,然后对一般滑模控制算法进行改进,通过选取合适的滑动模和趋近律,有效地克服了系统的抖动,从而使系统获得较好的控制品质.仿真试验表明本方法十分有效.     

非线性不确定系统的鲁棒滑模观测器设计

Walcott-Zak观测器虽然对系统的非线性／不确定性具有鲁棒性,但观测器的设计需要满足严格的假设条件,设计参数的选取需要计算大量不等式。针对当系统维数较高时,Walcott-Zak观测器难以设计,在Walcott-Zak观测器基础上,提出了一种鲁棒滑模观测器,基于设计新的控制策略,避免了Walcott-Zak观测器所必须满足的严格条件,其设计条件没有Walcott-Zak观测器苛刻,设计参数的选取不需要求解大量方程,同时能保证对系统的非线性／不确定性具有鲁棒性。通过设计滑模,可以调整观测器跟踪系统状态的收敛速度,使状态估计达到预期的指标。仿真结果验证了控制策略的有效性。     

DC-DC变换器滑模变结构控制器设计

以双向半桥DC-DC变换器为研究对象,运用状态平均法建立其数学模型,在此基础上,引入滑模变结构控制,并验证了控制器的稳定性。在MATLAB/simulink中搭建模型,比较了开环控制与滑模变结构控制效果。仿真实验表明滑模变结构控制能够得到良好的动态性能,并且具有较强鲁棒性,大幅度提升了DC-DC变换器的控制性能。     

混合磁悬浮球系统变参数PID控制仿真

根据奇异摄动法,建立了混合磁悬浮系统非线性动态数学模型,并根据控制器参数的整定原则,提出了混合磁悬浮球的一种变参数PID控制方案．在MATLAB的Simulink环境下用S- Function编写参数变化规则模块,所进行的动态仿真结果表明,变参数PID控制器无论在上升时间、超调量,还是调节时间上都明显优于传统的PID控制器．     

基于GA的磁悬浮球系统的Anti-windup变结构PI控制

磁悬浮球系统是一个开环不稳定的强非线性系统,而且其控制输入-驱动电流必须在限定范围内变化。为了使输出的位移达到期望的位置,本文采用Anti-windup变结构PI控制器,结合遗传算法优化P、I、的值,来使小球达到最理想的位置输出。实验结果表明,与常规PI控制器比较,Anti-windup变结构PI控制可以更快速稳定的跟踪期望位置,振荡幅度明显减少。     

一种Buck型变换器的滑模变结构PID控制器设计

针对Buck变换器电路的内部关系,应用滑模变结构理论与常规PID控制的复合控制策略,设计了一种滑模变结构PID控制器。避免了传统PID控制积分引起的超调和滑模控制存在的固有抖振问题,易于工程实现且鲁棒性强。仿真结果表明：与传统的控制技术相比,滑模PID控制器能保证在趋近运动阶段有较短的上升时间（约50ms）,在滑动模态阶段有较小的超调量,提高了系统的暂态稳定性。     

磁悬浮系统的积分变结构控制

针对磁悬浮系统的非线性特性,提出一种积分变结构控制方法.搭建了磁悬浮系统的非线性数学模型,采用变结构理论设计控制器,切换函数选取时引入积分环节,并用光滑连续的饱和函数取代符号函数,减小系统的稳态误差.仿真结果验证,积分变结构控制可以有效消除抖振,当外界扰动作用时,系统具有较好的平稳性和鲁棒性.     

Boost变换器鲁棒平滑模反步控制器设计

针对B oost变换器的输入电压波纹干扰问题,设计了基于b ack-stepping方法的平滑模反步控制器,不但保证了系统的良好鲁棒性,而且削弱了普通滑模控制的抖动现象,最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性。     

位置伺服系统滑模控制器设计

传统的滑模控制方法在整个响应过程中,其不敏感性不能总被保持。为了克服这个不足,F.Harashima 等人提出了四段切换曲线组合成滑模线的控制方法。本文提出了该方法的不合理性,并给出了新的四段切换曲线,从而使系统在整个响应过程中均具有不敏感性,且使系统是时间次优控制。仿真结果表明,系统在参数变化及扰动情况下,仍能保持很好的跟随性能,优于传统的设计方法。     

温室大棚温湿度滑模变结构跟踪控制器

建立了温室环境机理数学模型,针对温、湿度之间非线性强耦合的关系,采用精确线性化的方法,通过状态反馈实现了系统的精确线性化,结合滑膜变结构控制理论,设计出基于趋近率的温室温、湿度跟踪滑模变结构控制器。研究并验证了系统的稳定性和不变性。通过实验仿真得出如此设计的控制器可以实现温、湿度目标的精确跟踪。     

多变量系统的全程滑态变结构模型跟踪控制

研究了多变量系统的变结构模型参考设计问题，针对同时具有参数摄动和外界干扰的多变量系统提出了一种全程滑态变结构模型跟踪控制方案，使得误差系统从一开始就处于滑动模态上，改善了跟踪误差的瞬态性能和鲁棒性，仿真结果表明了该方法的有效性。