非匹配不确定性下连铸结晶器振动位移系统准滑模控制

以伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统为研究对象,针对系统中同时存在的匹配建模误差和非匹配外界时变扰动不确定系统,提出一种基于干扰补偿器的鲁棒准滑模控制方案.首先,针对非匹配外界时变扰动不确定系统,采用一种改进的解耦干扰补偿器,保证估计误差有界收敛;其次,采用一种新型的混合趋近律,将幂次趋近律与等速趋近律相结合,减小滑模面趋近时间;再次,基于切换函数设计扩张状态观测器用于观测系统不确定项(包括干扰补偿器估计误差及系统的匹配不确定性),并构建趋近律参数与不确定项的定量关系,以降低抖振,提高系统的控制性能和鲁棒性;最后,通过理论分析证明了闭环系统离散准滑动模态的稳定可达性.仿真分析结果表明了所提出控制方案的有效性.     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机滑模控制

针对永磁同步电机对外部负载扰动和参数变化比较敏感的控制问题,研究了一种基于扩张状态观测器和趋近律的滑模控制方法.该方法首先对扩张状态观测器进行了设计,然后分别建立了基于扩张状态观测器和趋近律的滑模控制,并用双极S型函数代替符号函数用以削弱滑模抖振,最后对稳定性进行了证明.仿真结果表明:设计的控制方法不仅具有很强的鲁棒性和强抗干扰能力,而且响应速度快,控制精度高.     

PMSM调速系统的自学习滑模控制

针对永磁同步电机存在对外界扰动及内部参数摄动较为敏感的问题,提出了一种自学习滑模控制方法.该方法设计了一类非线性光滑函数,并将其应用于扩张状态观测器和滑模趋近律中,同时采用最速下降法对滑模控制器增益参数进行自学习实时更新.仿真结果表明,与常规PI矢量控制方法相比,该控制方法不仅响应速度快、控制精度高,而且对系统外部扰动具有很强的抗扰能力.     

可控励磁直线同步电动机的全局积分Terminal滑模控制

为提高可控励磁直线磁悬浮同步电动机进给系统的快速性与鲁棒性,提出全局积分Terminal滑模控制策略.构造新型的全局积分Terminal滑模面,对系统状态任意初值可在有限时间内收敛到零点,在趋近律中引入衰减因子,可减小系统抖振;在构造滑模面和趋近律的基础上设计全局积分Terminal滑模速度控制器;为进一步削弱滑模控制的抖振,减小切换增益,用径向基函数神经网络设计扰动观测器,并对扰动进行前馈补偿控制.仿真结果表明全局积分Terminal滑模控制策略能够明显改善系统的动态性能,缩短误差的收敛时间,提高系统抑制扰动的能力,削弱系统的抖振,增强系统的鲁棒性.     

基于观测器的双吊具桥吊时变滑模同步控制

为针对双起升桥式吊车双吊具同步运行过程中普遍存在的无法精确建模、系统参数变化、外部扰动未知等问题,采用交叉耦合策略,提出了一种基于非线性扰动观测器的时变滑模同步控制方法。首先,采用时变滑模控制保证了控制器的全局鲁棒性;其次,利用非线性扰动观测器观测聚合扰动,对控制器进行扰动补偿;此外,提出一种可动态适应控制系统变化的变增益趋近律,有效抑制了控制输入抖振、缩短了趋近时间。最后,利用Lyapunov理论证明控制器的渐进稳定性,并通过仿真结果表明了所提出方法的有效性,控制器在未知扰动存在的情况下仍具有良好性能。     

一类高阶非线性系统的终端滑模复合控制

研究干扰观测器的控制与自适应终端滑模控制思想相结合,针对调整非线性系统跟踪误差,为了提高控制性能,提出一种适用于一类岛阶非线性系统的复合控制策略.通过引入干扰观测器对系统中存在的不确定进行估计,并利用估计结果对滑模控制输出进行补偿.根据干扰观测器的估计值设计自适应律,实现终端滑模控制器中的切换增益,根据系统扰动的大小进行自适应调节,从而改善由于固定切换增益所造成的滑模控制器输出量过大以及抖振等现象.基于Lyapunov理论证明了复合控制的稳定性,最后通过仿真进一步验证了控制策略的可行性及有效性.     

扰动下永磁同步风力发电机的改进滑模控制

针对永磁直驱同步风力发电机传统PI矢量控制方式鲁棒性差的问题,提出一种非奇异快速终端滑模控制方法.针对滑模控制中的抖振问题,在指数趋近律中引入光滑连续的双曲正切函数代替符号函数;针对滑模控制中的外部扰动问题,采用扩张状态观测器进行在线估计和补偿,得出基于扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制器.使用Matlab/Sim...     

三轴微机电系统陀螺仪自适应干扰补偿方法

三轴微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)陀螺仪在制造和应用过程中会受到系统参数不确定和外界干扰的影响,降低MEMS陀螺仪的检测精度.本文提出一种基于自适应干扰估计的滑模控制策略对MEMS陀螺仪进行参数不确定和干扰补偿,同时实现轴向轨迹跟踪,从而提高检测精度.相比传统滑模控制方法,该策略利用趋近律概念描述滑模趋近运动,改善趋近运动阶段的动态品质,同时利用干扰观测器在线实时估计系统未知干扰,大大降低滑模面的切换增益,有效地降低滑模面抖振.最后利用Lyapunov直接法证明了系统的渐进稳定性和干扰估计的收敛性.仿真结果表明了该策略的有效性.     

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。     

基于模糊扰动观测器的PMSM积分滑模控制研究

为了克服传统永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)的滑模控制增益大容易产生抖振的问题,提出基于模糊观测器的PMSM积分滑模控制策略。采用新型趋近律设计积分滑模控制器取代传统的滑模控制器,提高系统的动态响应性能。结合模糊控制与自适应控制的特点,设计模糊扰动观测器,能够迅速有效地观测系统内部参数变化和外部扰动,并对积分滑模速度控制器进行前馈补偿,削弱系统抖振的同时提高了系统的鲁棒性。通过李雅普诺夫理论证明了该控制系统的稳定性。仿真及实验结果验证了该方法具有较强的鲁棒性,可以实现良好的跟踪效果并且无抖动。     

Novel smooth sliding mode attitude control design for constrained re-entry vehicle based on disturbance observer

This paper investigates the attitude tracking control system design for reusable launch vehicle (RLV) in re-entry phase with input constraint, model uncertainty and external disturbance. The novel control scheme is designed via combining the advantages of the robust property of sliding mode control (SMC), the compensation ability of disturbance observer (DOB) and the systematic design procedure of backstepping technique. By applying DOB technique to estimate the lumped uncertainty, there is no need to choose the switch gain larger than the bound of uncertainty. Through designing the exponential form sliding surface and smooth sliding mode controller, the chattering and discontinuous problem inherent in the traditional SMC is alleviated. An additional system is constructed to handle input constraint. Based on Lyapunov theory, the asymptotic stability of the closed-loop system is proven. At last, compared simulations are presented to verify the effectiveness of the proposed control approach.     

基于NDOB的匹配/非匹配不确定性系统滑模控制

针对一类n阶匹配与非匹配不确定性和扰动共存的系统,提出了一种新颖的基于非线性干扰观测器的滑模控制方法。将非匹配扰动的估计值融入到滑模面,设计了集成扰动观测的滑模控制。与传统的滑模控制方法相比,该方法在匹配与非匹配不确定性和扰动出现时具有较好的抑制能力,并能有效地抑制切换增益所引起的抖振现象。利用李雅普诺夫理论和输入-输出稳定性概念严格证明了闭环系统的稳定性。最后通过两个仿真实例验证了所提控制方法的有效性。     

含有非匹配干扰和未知动态的非仿射系统滑模控制算法

针对含有非匹配干扰和未知动态的非仿射系统控制问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的改进滑模控制(SMC)方案.本文首先利用扩张状态观测器,将原系统转变为一个包含干扰的二阶积分级联系统,使含有未知动态的非仿射系统控制器设计问题转化为二阶积分级联系统的控制器设计问题,从而使得控制器在设计过程中不需要对对象模型完全已知.为了改善ESO的瞬态性能,提出了一种含有预设性能函数(PPF)的改进ESO,利用PPF对估计误差进行约束,抑制ESO收敛过程中的振荡和超调.其次,提出了一种带有修正项的改进滑模面,在降低ESO估计误差所带来的非匹配干扰影响的同时,也提高控制系统的收敛速度和跟踪精度.仿真算例表明,所提的改进ESO能够更快收敛,振荡次数显著减少,改进的滑模控制能够处理非匹配干扰的影响,并获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.     

Boundary stabilization of a cascade of ODE‐wave systems subject to boundary control matched disturbance

In this paper, we are concerned with a cascade of ODE‐wave systems with the control actuator‐matched disturbance at the boundary of the wave equation. We use the sliding mode control (SMC) technique and the active disturbance rejection control method to overcome the disturbance, respectively. By the SMC approach, the disturbance is supposed to be bounded only. The existence and uniqueness of solution for the closed‐loop via SMC are proved, and the monotonicity of the ‘reaching condition’ is presented without the differentiation of the sliding mode function, for which it may not always exist for the weak solution of the closed‐loop system. Considering that the SMC usually requires the large control gain and may exhibit chattering behavior, we then develop an active disturbance rejection control to attenuate the disturbance. The disturbance is canceled in the feedback loop. The closed‐loop systems with constant high gain and time‐varying high gain are shown respectively to be practically stable and asymptotically stable. Then we continue to consider output feedback stabilization for this coupled ODE‐wave system, and we design a variable structure unknown input‐type state observer that is shown to be exponentially convergent. The disturbance is estimated through the extended state observer and then canceled in the feedback loop by its approximated value. These enable us to design an observer‐based output feedback stabilizing control to this uncertain coupled system. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Buck变换器的改进型互补滑模控制

针对Buck变换器系统中存在匹配和不匹配干扰的问题, 本文提出了一种基于干扰观测器(DOB)的改进型互补滑模控制(CSMC)策略. 首先, 建立存在多重干扰的Buck变换器数学模型, 将模型改写为标准二阶积分型控制对象, 将式中干扰统一为匹配干扰和不匹配干扰. 其次, 设计2个DOB分别估计匹配干扰和不匹配干扰, 实现有限时间内跟踪干扰信号, 以抵消各种不确定性对系统的影响. 然后, 设计互补滑模面, 提出基于等效控制的改进型互补滑模控制律, 保留边界层内鲁棒性的同时, 提升控制器的动态性能, 减小静态误差, 拓宽边界层参数选择范围. 最后, 基于李雅普诺夫理论证明所提出控制器的稳定性. 数字仿真表明, 提出的改进型CSMC控制器结合DOB的总体控制方案能够有效抑制系统匹配和不匹配干扰, 同时获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.     

永磁球形电机的少保守性滑模控制

永磁球形电机轨迹跟踪控制方法常常利用高增益的控制输出来保证系统的鲁棒性及跟踪控制的快速性.但这种保守控制会带来较大的控制作用,甚至导致执行器饱和.为了减少控制的保守性,本文设计了一种带有非线性干扰观测器的模糊滑模控制器来解决球形电机的轨迹跟踪问题.利用干扰观测器对不确定性、摩擦、外界干扰、负载扰动等进行估计,并在控制输入端进行补偿实现对干扰的抑制.并利用滑模控制器抵消干扰观测器的干扰观测误差及不可观测部分的干扰,为了减少滑模的抖振,本文利用模糊逻辑对该部分进行逼近,并利用模糊的输出增益代替滑模的切换增益.此外通过Lyapunov方程证明了本文控制器的稳定性.仿真结果表明在存在模型不确定性及各种干扰的情况下,本文的轨迹跟踪控制具有良好的动静态性能和少保守性.     

滑模控制和自抗扰控制的研究进展

本文概括了滑模控制和自抗扰控制的研究进展,进一步给出了复合控制的思想.滑模控制和自抗扰控制都有它们各自的优点,但是也都有它们各自的局限,例如:滑模控制中的抖振问题和自抗扰控制中的估计能力受限问题.复合控制结合了滑模控制和自抗扰控制的优点,并能提高闭环系统的性能.     

非匹配不确定系统的滑模控制及在电机控制中的应用

针对具有匹配与非匹配不确定的非线性系统,设计基于干扰观测器和多幂次趋近律的滑模控制策略.首先,通过干扰观测器估计系统的不确定,实现估计误差在有限时间内收敛;其次,基于积分型滑模面,并结合多幂次趋近律,设计了连续滑模控制律,避免了传统滑模的抖振问题.与基于单幂次和双幂次趋近律的滑模控制策略相比,所设计的基于多幂次趋近律的控制策略,提高了系统的收敛速度.最后,通过数值仿真和永磁同步电机控制仿真验证了所设计的控制策略的有效性.     

基于扩张状态观测器的 连铸结晶器振动位移系统自适应滑模控制

针对伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统中存在时变负载转矩、参数不确定性等问题,本文提出了一种基于扩张状态观测器(extended state observer, ESO)的自适应非奇异终端滑模(nonsingular terminal sliding mode,NTSM)控制方法.首先,设计ESO对系统存在的综合扰动和不可测状态进行估计.然后,采用分层设计的方法,分别对位移跟踪子系统和电流环子系统设计基于ESO的自适应NTSM控制器和滑模控制器.为削弱ESO估计误差对跟踪精度的影响,在NTSM控制器中引入了自适应增益.可以证明,所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号有界,系统状态可渐近收敛到原点附近的小邻域内.最后,仿真结果验证了所提出控制方法的有效性.     

惯性串联系统的自抗扰控制

针对非线性不确定惯性串联系统的控制问题,提出了惯性串联型扩张状态观测器（Extended state observer,ESO）,使其可直接对惯性串联系统的扩张状态进行估计,同时把被控对象的极点配置到期望位置,在此基础上提出了适合惯性串联系统的自抗扰控制（Active disturbance rejection control,ADRC）方法,该惯性串联型ADRC方法可以充分利用被控对象的已有知识.论文还给出了惯性串联型ADRC和基于扰动观测器（Disturbance observer,DOB）的控制方法之间的联系,指出它们具有相同的三自由度（three-degree of freedom control,3-DOF）控制系统结构和模块功能,都能实现对系统期望模型以外的总扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,所提出的方法是有效的,惯性串联型ESO能实现系统总扰动的估计,惯性串联型ADRC能使系统输出能很好地跟踪系统参考输入.