基于扩张状态观测器的磁悬浮球连续滑模控制

针对磁悬浮球系统具有非线性、模型不确定性和易受干扰影响的特点,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的连续滑模控制方法(CSMC)。该控制方法采用ESO对系统的扰动进行观测和估计,再将扰动估计值作为连续滑模控制器的补偿量,以克服不确定性和外界扰动的影响,进一步提升了连续滑模控制器的控制性能。仿真和实验验证了所提方法的有效性。结果表明,与连续滑模控制方法(CSMC)相比,ESO-CSMC具有更强的抗干扰性能。     

基于干扰观测器的球形移动机器人直线运动控制

针对受扰球形移动机器人的直线运动控制问题,提出一种基于滑模干扰观测器和双幂次趋近律的分层滑模控制方法。该控制方法利用滑模干扰观测器对未知扰动进行在线估计,并且采用基于滑模干扰观测器的分层滑模控制器实现被控机器人系统的连续鲁棒控制。首先设计被控系统的第一层和第二层滑动变量,然后基于第一层滑动变量定义系统的辅助滑动变量。基于所定义的辅助滑动变量设计滑模干扰观测器,然后基于所设计的滑模干扰观测器和第二层滑动变量,采用改进的双幂次趋近律设计分层滑模控制器。从理论上分析所设计的分层滑模控制器作用下闭环系统的稳定性,并通过仿真实验验证所提控制方法的有效性。     

四旋翼飞行器的新型自适应离散滑模控制

针对传统的自适应离散趋近律控制应用于四旋翼偏航控制系统存在抖振问题,提出了一种新型自适应离散滑模等效控制方法.在动力学模型的基础上,改进了传统的自适应离散趋近律,推导了新型自适应离散滑模控制律,且通过Lyapunov函数证明改进自适应离散趋近律下所设计的控制器的稳定性,并引入一个衰减函数,大大减小了四旋翼偏航控制系统的高频抖振.MATLAB仿真分析表明,改进的自适应离散滑模控制的系统调节时间比传统的自适应离散滑模控制缩短了约0.6s,而且大大降低了系统抖振.     

基于改进滑模趋近律的振动基机械臂的有限时间轨迹跟踪控制

为解决一类振动基机械臂在基座振动影响下的快速轨迹跟踪问题,提出了一种基于改进趋近律的新型滑模控制方法。将基座振动的影响视为系统的不确定外界扰动项;采用拉格朗日法建立了系统的非线性不确定动力学模型;提出一种新型对数幂次滑模趋近律,并结合一种快速终端滑模面,设计了系统的有限时间轨迹跟踪控制器;理论分析与硬件试验验证了所设计控制器的有效性。结果显示,该控制器有效抑制了基座振动的影响,在有限时间内实现了机械臂的精确轨迹跟踪。可见,该研究所提控制算法具有良好的有限时间控制特性及鲁棒性能。     

船舶航向非线性系统离散变结构控制

基于非线性模型研究船舶航向自动舵的离散变结构控制设计问题。通过状态反馈精确线性化方法设计了二次型最优滑模面，采用离散趋近律方法求得变结构控制律。研究结果表明，所设计的离散变结构控制器能够快速准确地跟踪设定航向，并对参数摄动和外界风浪干扰具有很强的鲁棒性。     

基于改进趋近律的滑模控制在机械臂中的应用

针对滑模变结构控制中指数趋近律引起较大抖振的问题,采用改进的饱和函数来代替符号函数,对指数趋近律进行了改进,并给出了滑模可达性证明。以6自由度机械臂数学模型为被控对象进行了仿真,结果说明改进趋近律相比指数趋近律能削弱系统的抖振,相比采用饱和函数作为切换函数的指数趋近律能精确跟踪期望轨迹。最后将基于改进趋近律的滑模控制算法与采用饱和函数作为切换函数的指数趋近律滑模控制算法运用于实物机械臂系统中,并进行了对比,验证了基于改进趋近律滑模控制算法的可行性和实用性。     

ATMD-结构带有补偿器的模糊滑模控制

针对基于指数趋近律的滑模控制算法设计ATMD系统中的主动控制力偏大、控制系统抖振过大等不足,采用一种带有补偿器的滑模控制算法来计算ATMD系统的主动控制力。考虑到外部能量有限问题,引入了相应的饱和控制器。同时,为了减小控制系统的抖振,设计了一种基于模糊自适应调整的滑模控制律。以一个单自由度结构模型为例进行了相应的数值分析,与相应的由未含补偿器的指数趋近律方法设计的ATMD控制系统以及TMD和AMD控制系统的控制效果进行对比来验证所提方法的有效性。     

永磁同步电机抗干扰复合滑模控制器的设计

目的 在灌装、封口等包装作业过程中,提高永磁同步电机的快速响应和抗干扰能力,同时减少控制系统的抖振现象。方法 提出一种复合滑模控制策略,设计一种能适应滑模面和系统状态变化的分段速率滑模趋近律,将其与新型积分滑模面结合,设计一种带速度环的滑模控制器。同时,设计一个干扰观测器,用于估计闭环系统的扰动,并将估计后的扰动实时补偿到控制器的输出电流中,构建复合控制器。结果 仿真结果表明,设计的控制器能够显著提高收敛速度,并有效减少了控制系统的抖振,从而提高了动态质量。此外,干扰观测器与控制器结合的复合控制器可以提高系统的抗干扰能力,从而进一步提高了控制性能。结论 文中提出的复合滑模控制策略可以有效提高永磁同步电机调速系统的动态性能,减少控制系统的抖振,为实现高效、稳定的控制提供了有效的解决方案。     

基于扰动观测器的铆接机器人轨迹跟踪控制

为解决铆接机器人工作时外部干扰造成系统抖震大，轨迹跟踪精度较低问题，设计一种扰动观测器与分数阶滑模控制器组合的自适应控制方法。首先，通过引入时延估计策略建立铆接机器人的局部动力学模型，利用扰动观测器实时观测系统模型所受的可见干扰；其次，针对系统产生的抖震问题，设计分数阶滑模面替代传统滑模控制，采用新型趋近律使系统在切换面上能够连续平稳运动，针对系统所受的不可见干扰，设计自适应策略实现对外部干扰的完全补偿；最后，通过Lyapunov函数证明所设计控制器的有效性。以三自由度机器人进行仿真及实体试验，结果表明，相较于分数阶滑模控制，采用该控制器后机器人各关节的追踪误差峰值分别下降了50%,59%和63%,从而验证了该控制器不仅能有效消除系统所受较大干扰产生的抖震问题，而且提高了铆接机器人作业时的鲁棒性和轨迹跟踪精度。     

FTASMC在光电跟踪系统中的应用

针对存在多种扰动源的光电跟踪系统,提出有限时间自适应滑模复合控制(finite time adaptive sliding mode compound control,FTASMC)策略。首先,将各类扰动看做等效干扰,设计基于super-twisting的高阶滑模干扰补偿器对其进行快速的估计补偿;其次,为提高控制精度,提出一种新的双幂次自适应滑模控制（double power adaptive sliding mode controller,DASMC）策略,在控制器设计过程中,采用双幂次理论结合终端滑模控制理论设计一种新型滑模面,并通过设计一种新型自适应快速滑模趋近律,得到能够保证系统在有限时间内全局快速收敛的控制率。最后,使用Lyapunov理论及实验仿真证明所提出的控制策略有效。     

红外目标模拟器中分离镜的滑模变结构控制

针对红外目标模拟器中分离镜伺服系统的抗干扰控制问题,本文利用变结构控制响应快速,对系统参数变化和外部扰动不灵敏的特点设计了一个滑模变结构控制器.采用指数趋近律与饱和函数相结合的方法对滑模控制器的抖振进行了有效抑制.采用机理分析方法建立了分离镜系统的数学模型.在仿真过程中,利用S函数描述摩擦模型,简化了仿真建模,提高了仿真速度.通过数字仿真并与传统PID控制方法相比较,证明滑模控制器对于分离镜伺服系统的参数摄动和外部干扰具有良好的鲁棒性,可以保证和提高整个红外制导仿真实验系统的仿真精度和实验结果的置信度.     

基于新型趋近律的永磁同步电机动态性能优化

目的 提高永磁同步电机作业时的响应精度和速度,优化其动态反馈性能,解决传统滑模控制中趋近时间与系统抖振相矛盾的问题。方法 采用三闭环控制结构,位置环与电流环采用模糊PID控制方法,速度环采用基于新型趋近律的改进滑模控制方法,添加扰动观测器并给予系统扰动补偿。结果 仿真与在环硬件测试结果表明,文中提出的控制方法与传统三闭环滑模控制相比,相同时间内电机转子位置响应速度提前了0.123 s且无超调,同时明显降低了电磁转矩波动幅度。结论 文中设计的新型趋近律有效改善了传统滑模控制存在的问题,建立的控制系统有效提高了永磁同步电机的响应精度和速度,削弱了永磁同步电机作业时的抖振程度,具有良好的鲁棒性。     

基于模糊滑模切换控制的PMSMS弱磁调速控制策略

针对表贴式永磁同步电主轴(PMSMS)弱磁控制方案中,主轴系统调速性能欠佳的问题,提出一种基于模糊滑模切换控制(FSMSC)的超前角弱磁调速策略。在转速误差大于设定阈值时,使用模糊控制器实现主轴转速快速趋近给定值,利用模糊控制的特点对控制器进行实时的参数调整,使系统具有更强的鲁棒性;在转速误差小于设定阈值时,使用趋近律滑模控制器提高系统抗干扰能力,减小加工过程中因负载突变造成的加工误差,进一步增强系统鲁棒性。实验结果表明,基于FSMSC的超前角弱磁调速策略能有效抑制定子电流震荡以及电磁转矩脉动,并且控制器对抖动因子参数敏感性低,参数调节便捷,在实际加工中具有重要意义。     

Adaptive control of magnetic levitation system subject to external disturbances

In this paper, an adaptive controller is designed for a magnetic levitation system to cope with internal time-varying uncertainties and external disturbances. Since, in experimental studies, in experiments involving the traditional magnetic levitation design it is not easy to realize external disturbances to the system, a horizontal configuration is constructed in this paper. To facilitate the analysis and controller design, the equation of motion is derived in detail. Due to the asymmetric nature of the magnetic loop, there is a big challenge in the controller design process. In addition, since some of the uncertainties enter the system in a mismatched manner, few control strategies are feasible. A multiple-surface sliding control law is proposed with the function approximation technique to stabilize the closed loop system under various uncertainties and disturbances. A rigorous mathematical proof is given to verify the feasibility of the design. Experimental studies are conducted including comparisons with conventional PID design to clarify the performance of the proposed controller.     

基于鲁棒模型参考控制器的智能结构振动主动控制研究

针对压电智能结构建模的不确定性和干扰,设计一种新的鲁棒模型参考控制律来抑制其振动,该控制器包括状态反馈控制器和用来补偿不确定影响的鲁棒补偿器。通过Ｌｙａｐｕｎｏｖ方法确定补偿项并证明该闭环系统的稳定性。分别在单模态和多模态下,分析三种不同补偿函数对系统的影响,指出运用ｔａｎｈ或ｅｒｆ函数可有效避免ｓｇｎ函数补偿出现的抖振现象。仿真和实验结果表明该方法具有很好的控制效果和鲁棒性。     

基于改进超螺旋算法的永磁同步电动机控制

目的 为提高传统PID控制下永磁同步电动机在遇到负载突变、重载启动、频繁变速等外界条件变化时性能突变的问题，文中将超螺旋滑模引入电机控制中，以更好地应对外界条件的变化。方法 通过在原有的超螺旋滑模算法中，加入自适应比例项和积分项，使其获得更快的收敛速度和更强的鲁棒性。然后引入一种新的过饱和系数，来应对引入积分项所带来的超调问题。结果 在Matlab/SMULINK的仿真环境中，搭建所提方法的模型，并与传统的PID控制、超螺旋滑模控制以及比例项改进超螺旋滑模控制所搭建的模型做对比。结果表明，文中方法在遇到外界条件变化下，稳定性提高了33%～91%、快速性提高了27%～76%。结论 文中优化后的超螺旋滑模控制器有更高的鲁棒性和更快的快速收敛性，改善了系统的性能，能够有效应对负载突变、重载启动、频繁变速等问题，使应用文中所提方法的永磁同步电动机能够更加符合包装机的要求。     

建筑结构基于模糊自适应调节趋近律的滑模控制研究

抖振问题是阻碍滑模控制应用的主要障碍之一.基于模糊控制的优点,采用一种模糊自适应调节趋近律的滑模控制方法对地震作用下建筑结构的振动控制问题进行了研究.给出了确定切换面的方法,推导了控制律的表达式.另外,考虑到实际中在大型的建筑结构中安装过多的传感器来进行主动控制研究是不切合实际的,还研究了有限状态输出反馈下该方法的适用性.以一个多层剪切型建筑结构模型为例来验证所提出控制方法的有效性,算例分析结果表明,所提出的控制方法能够有效地减小结构的地震峰值响应,同时达到了削弱控制系统抖振的目的.     

Guaranteed performance in reaching mode of sliding mode controlled systems

Conventionally, the parameters of a sliding mode controller (SMC) are selected so as to reduce the time spent in the reaching mode. Although, an upper bound on the time to reach (reaching time) the sliding surface is easily derived, performance guarantee in the state/error space needs more consideration. This paper addresses the design of constant plus proportional rate reaching law-based SMC for second-order nonlinear systems. It is shown that this controller imposes a bounding second-order error-dynamics, and thus guarantees robust performance during the reaching phase. The choice of the controller parameters based on the time to reach a desirable level of output tracking error (OTE), rather than on the reaching time is proposed. Using the Lyapunov theory, it is shown that parameter selections, based on the reaching time criterion, may need substantially larger time to achieve the OTE. Simulation results are presented for a nonlinear spring-massdamper system. It is seen that parameter selections based on the proposed OTE criterion, result in substantially quicker tracking, while using similar levels of control effort.