一种新型滑模控制双幂次趋近律

针对滑模控制中传统趋近律存在收敛速度慢、时间长和抖振严重等不足,提出一种利用双幂次趋近律提高系统状态收敛速度的设计方案.该双幂次趋近律无论在远离滑动模态还是在接近滑动模态的空间内均具有快速收敛能力.理论分析表明,该双幂次趋近律具有二阶滑模特性,当系统存在不确定性时,系统状态及其导数可以快速收敛到平衡零点的邻域内.仿真结果表明,双幂次趋近律与传统幂次趋近律、指数趋近律、快速幂次趋近律相比,具有更快的收敛速度和更好的运动品质.     

基于一种新型趋近律的自适应滑模控制

首先, 利用特殊幂次函数和反双曲正弦函数构造一种新型滑模变结构控制趋近律; 然后, 采用该趋近律设计一种自适应滑模控制律, 并证明滑模控制系统误差渐近收敛. 仿真实验表明: 在存在时变转动惯量和摩擦力矩扰动的情况下, 该自适应滑模控制系统具有较高的位置和速度跟踪精度, 并有效减弱了控制输入信号的高频震颤现象; 同时, 采用反双曲正弦函数的自适应律能较好地平滑系统转动惯量估计值, 减小控制输入信号的幅值.

     

采用幂次趋近律的滑模控制稳态误差界

对一类不确定非线性系统采用幂次趋近律的滑模跟踪控制,分别推导了采用Slotine形式的传统滑模面和积分滑模面时的稳态跟踪误差的界.首先,基于Lyapunov方法求出了滑模误差的最终界和系统不确定性、幂次趋近律参数之间定量的数学关系.其次,利用有界输入有界输出稳定的方法,分别求出了采用Slotine形式的传统滑模面和积分...     

一种多幂次滑模趋近律设计与分析

针对传统滑模趋近律使系统存在抖振现象、收敛速度较慢及动态响应不平滑等问题, 提出一种多幂次滑模趋近律.该趋近律通过三个幂次项系数在系统趋近过程不同阶段进行针对性地调节, 使系统动态响应过程的收敛速度大幅度提高, 且无抖振现象.理论验证了其存在性、可达性及稳定性, 并详细推导了趋近速率及干扰稳定界.以航天器姿态机动控制系统为例, 对比仿真结果表明该趋近律下, 系统的动态过程有较大改善并消除了抖振, 且在存在模型不确定性及外加干扰作用下, 系统仍可较快地收敛到平衡点附近的邻域内.     

一种新型复合滑模趋近律设计与分析

针对传统幂次趋近律存在的抖振以及全局收敛缓慢的问题,提出一种新型复合滑模趋近律,该趋近律通过引入正切函数以及对传统幂次趋近律的改进,实现趋近律的快速收敛和无抖振特性.首先,引入正切函数,在初始状态已知的情况下使系统更快地收敛;其次,通过设计的趋近律改进传统幂次趋近律中含符号函数乘积项容易引起的抖振;然后,理论证明新型复合趋近律能够快速收敛且无抖振,并推导出趋近速率及稳态误差界;最后,以直线磁悬浮同步电动机磁悬浮系统为例,与双幂次趋近律和多幂次趋近律仿真对比,进一步验证新型复合趋近律能够明显缩短系统的动态过程并消除抖振,且存在模型不确定性及外加干扰作用下,系统仍能迅速地收敛到平衡点附近的领域内.     

自适应非奇异终端滑模控制及其在BPMSM中的应用

为提高终端滑模控制中状态变量的全局快速收敛性, 提出一种自适应变速指数趋近律. 该趋近律引入状态变量的一阶范数, 根据状态变量距离平衡点的远近自适应调整指数趋近速度和等速趋近速度, 从而实现缩短趋近时间的同时削弱系统抖振. 应用该趋近律设计无轴承永磁同步电机(BPMSM) 转子速度及径向位移非奇异终端滑模控制器, 仿真结果表明, 该方法能快速地跟踪转速及径向位移给定值, 系统超调及稳态静差小, 具有较强的鲁棒性.

     

一种离散系统滑模双幂次趋近律设计

在控制理论的研究中,离散系统的滑模变结构控制是控制理论所关注的重要问题,其中趋近律与控制器的设计直接影响系统稳定性及动态性能.为了解决传统趋近律存在系统抖振、动态过程过渡较慢等问题,提出一种基于神经网络的离散系统双幂次趋近律,并设计了相应滑模控制器.经理论证明,该趋近律可以有效抑制系统抖振、加快动态趋近速度并增强系统鲁棒性.通过与单幂次趋近律以及传统双幂次趋近律仿真对比,趋近律具有较快收敛速度并且系统在基于趋近律设计的控制器控制下,动态性能得到明显改善.     

基于扰动补偿趋近律的准滑模控制

针对不确定离散时间系统,提出了一种基于扰动补偿趋近律的准滑模控制方法.该方法不仅能够加快系统趋近模态的趋近速度,缩短到达时间,而且能够缩窄系统的准滑动模态带宽,增强系统鲁棒性,有效改善系统动态品质,并无控制抖振和稳态抖振产生.仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于离散时变趋近律的准滑模控制

针对不确定离散时间系统,提出一种基于离散时变趋近律的准滑模控制方法.该方法不仅能够加快系统趋近模态的趋近速度,缩短到达时间,而且能够减小准滑动模态带宽,有效改善系统动态品质,增强系统鲁棒性,并无控制抖振和稳态抖振产生.控制律形式简单、利于实现.仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

带饱和函数的幂次新型滑模趋近律设计与分析

针对滑模控制系统中存在抖振严重、收敛速度慢的问题,设计了一种带饱和函数的幂次滑模趋近律,该趋近律通过饱和函数和两个幂次项系数在系统趋近过程不同阶段进行针对性地调节,提高了系统动态响应过程的收敛速度,且有效削弱了抖振,从理论上证明了其存在性和可达性。将该趋近律应用到存在干扰的二力臂机械手名义模型控制系统中,结果表明,所提出的趋近律提高了系统的收敛速度,而且有效抑制了系统的抖振。     

基于幂次函数的离散滑模控制算法

利用幂次函数构造一种新的趋近律离散滑模控制算法,并给出了无抖振的理论证明.对于标称系统,该算法可使切换函数无抖振、无正负交替地快速趋近于零;对于满足匹配条件的不确定性系统,可使切换函数无抖振、单调地收敛于与外干扰相关的某一数值.利用倒立摆模型进行了数值仿真,结果表明,控制器的输出、切换函数、被控系统的输出均不存在抖振现象,而且被控系统表现出了良好的动态品质.     

一种连续非奇异快速终端滑模控制方法

为解决现有终端滑模控制算法在收敛速度和抖振方面的问题, 提出一种连续非奇异快速终端滑模控制方法. 采用变系数双幂次趋近率和非奇异快速终端滑模面相结合的设计方式, 提高系统状态在趋近和滑动阶段的收敛速度. 通过Lyapunov 稳定性方法证明所提出的控制率可使得状态轨迹在扰动存在的情况下, 在有限时间内快速收敛到一个区域. 与传统方法相比, 所提出的控制率是连续的, 因此抑制了抖振, 拥有更高的控制精度. 将所提出的方法应用于光电稳定平台, 仿真结果验证了算法的有效性.

     

An adaptive reaching law of chattering-free discrete-time sliding mode control for systems with external disturbance

An adaptive reaching law of chattering-free discrete-time sliding mode control is proposed for the systems with external disturbance. An adaptive function is proposed in the reaching law which can increase reaching speed as sliding variable is far away from zero and avoid undesired chattering when sliding variable is close to origin. Moreover, a third-order backward difference of disturbance is added to obtain a narrower quasi-sliding mode band (QSMB). Both the closed-loop system performance and finite reaching steps to achieve the desired QSMB are theoretically analyzed. The simulation results verify the effectiveness of the proposed control strategy.     

有界控制下单向收敛滑模控制

提出一种控制有界情况下状态单向收敛的滑模控制方法.对于二阶系统,单向收敛是指初始状态与状态到达滑动模态的位置位于相平面同一象限的过程.通过分析到达阶段的动态特性,揭示了状态非单向收敛的原因,并提出了一种单向收敛条件,给出了系统状态单向收敛的区域.将所提出的方法应用于具有单向收敛要求的交会对接控制系统,结果验证了所提出方法的有效性.     

基于新型趋近律的动中通系统滑模稳定跟踪控制

根据一类典型的三轴动中通系统的耦合特性及载体扰动特点,提出一种新型滑模趋近律方法,并在此基础上设计了滑模稳定跟踪控制器．理论证明和仿真实验均表明了所设计的基于新型趋近律的滑模稳定跟踪控制器的合理性和有效性．     

Discrete time sliding mode control with reduced switching – a new reaching law approach

In this paper, a novel reaching law for discrete‐time variable structure systems is proposed. It ensures that the representative point (state) of the controlled plant approaches the switching plane in finite time and then crosses it in every subsequent step. Moreover, the proposed reaching law ensures that for the nominal plant the absolute value of the sliding variable asymptotically decreases to zero, and for the perturbed plant, it converges to a smaller interval around zero than with the application of previously proposed reaching laws. The control method proposed in this paper guarantees asymptotic stability of the nominal system and uniform ultimate boundedness of the perturbed one. Furthermore, the method ensures that the sliding variable rate of change (i.e. the difference between its values at any two subsequent sampling instants) is bounded by design parameters, which do not depend on the system initial conditions. This is a highly desirable property, as it results in a priori specified, ‘almost’ constant convergence rate of the sliding variable when the system state is far off the switching plane and helps enforce state constraints in the system. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.