滑模控制

摘要： 针对植保无人机在作业时易受环境及模型参数影响,提出一种反步滑模姿态控制算法,分别在无故障干扰与有故障干扰情况下,对线性二次型调节器法(Linear quadratic regulator,LQR)控制、滑模法控制(Sliding mode control,SMC)、积分反步法控制(Integrator backstepping controller,IBC)开展仿真对比试验。结果表明,在无故障干扰下3种算法均能在较短时间内达到平稳状态,在有加性故障干扰时线性二次型调节器法控制无法快速达到平衡状态,滑模控制有抖动,积分反步法震荡较大。为解决此问题,基于反步法设计位置姿态控制律对植保无人机闭环控制回路作补偿,构造滑模观测器实时观测执行器故障情况;设计基于反步滑模控制(Backstepping sliding mode,BSM)容错控制器,并开展仿真与物理试验。可知,反步滑模控制物理实现简单、响应时间短、容错控制性强、鲁棒性好,植保作业更加精准高效。

摘要： 针对植保无人机在作业时易受环境及模型参数影响,提出一种反步滑模姿态控制算法,分别在无故障干扰与有故障干扰情况下,对线性二次型调节器法(Linear quadratic regulator,LQR)控制、滑模法控制(Sliding mode control,SMC)、积分反步法控制(Integrator backstepping controller,IBC)开展仿真对比试验。结果表明,在无故障干扰下3种算法均能在较短时间内达到平稳状态,在有加性故障干扰时线性二次型调节器法控制无法快速达到平衡状态,滑模控制有抖动,积分反步法震荡较大。为解决此问题,基于反步法设计位置姿态控制律对植保无人机闭环控制回路作补偿,构造滑模观测器实时观测执行器故障情况;设计基于反步滑模控制(Backstepping sliding mode,BSM)容错控制器,并开展仿真与物理试验。可知,反步滑模控制物理实现简单、响应时间短、容错控制性强、鲁棒性好,植保作业更加精准高效。

摘要： 针对4WID车辆主动安全控制,设计开发了一种基于主动前轮转向(active front steering,AFS)、直接横摆力矩控制(direct yaw-moment control,DYC)与驱动防滑(acceleration slip regulation,ASR)集成的控制系统.控制系统采用分层控制结构,其中决策层基于滑模变结构控制理论与车辆相平面稳定判据,设计了横摆角速度与质心侧偏角协调控制器,计算保持车辆稳定性所需的附加横摆力矩.此外,基于滑移率门限值,设计了模糊PI控制器,分配AFS模块与DYC模块输入的附加横摆力矩,获得最终附加横摆力矩与附加前轮转角.执行层通过对驱动/制动力矩与前轮转角的控制,实现速度保持,滑移率控制与车辆稳定性控制功能.仿真结果表明,在高速、低附着系数路面的极限工况下,集成控制策略可实现车辆操纵稳定性控制且综合性能优于单独控制.

摘要： 针对线控转向(steer-by-wire,SBW)系统快速稳定性的要求,在对滑模控制进行研究的基础上,对全局滑模控制进行改进,设计了SBW系统前轮转角跟踪控制方法,实现了前轮对目标转角跟踪的有效控制并进行了数字仿真实验。仿真结果表明:所设计的快速全局滑模控制器可以更好地跟踪前轮目标转角理想值,使跟踪误差控制在±0.02 rad以内,同时提高了转向系统的稳定性。

摘要： 针对线控转向(steer-by-wire,SBW)系统快速稳定性的要求,在对滑模控制进行研究的基础上,对全局滑模控制进行改进,设计了SBW系统前轮转角跟踪控制方法,实现了前轮对目标转角跟踪的有效控制并进行了数字仿真实验。仿真结果表明:所设计的快速全局滑模控制器可以更好地跟踪前轮目标转角理想值,使跟踪误差控制在±0.02 rad以内,同时提高了转向系统的稳定性。

摘要： 鉴于汽车纵向动力学系统为典型的参数时变不定、多扰动的非线性离散系统,基于精确数学模型的控制算法较难取得理想效果,本文中采用无需模型、基于输入/输出数据的控制算法。首先,基于紧格式动态线性化数据模型,将无模型自适应控制(MFAC)算法、滑模控制(SMC)算法和模型预测控制(MPC)算法相结合,设计了无模型自适应控制器。接着,通过理论分析对其进行了稳定性证明,最后将所提出的控制算法与常用于纵向控制的前馈+反馈算法和MFASMC(MFAC+SMC)算法进行了仿真对比,并通过硬件在环实验(HIL)验证了算法的有效性。结果表明,该控制算法响应速度快、鲁棒性强,且输出更为平滑,可较好地应用于智能汽车纵向动力学控制。

摘要： 提出一种基于改进型扩张状态观测器的滑模控制策略.结合滑模控制理论,用最优控制函数代替传统非线性函数,用卡尔曼滤波器对系统噪声进行处理,对扩张状态观测器进行改进,更好地对振镜系统的总扰动进行观测和补偿.仿真实验结果表明,该控制策略有效提高了振镜系统的跟踪性能,具有较好的抗干扰能力和噪声抑制能力.

摘要： 为解决滑模控制系统抖振和动态响应性能之间的矛盾,采用模糊滑模控制策略,根据系统的误差来实时调整切换增益的大小。在速度误差较大时,切换增益变大,提高系统动态响应速度;在速度误差较小时,切换增益变小,减小系统的抖振。模糊控制采用新的模糊规则,将速度误差作为单输入变量,有效简化了模糊控制系统的参数调试。滑模控制器采用等速趋近律,并用饱和函数代替符号函数,进一步减小系统稳定时的抖振。通过仿真分析和试验结果可知,模糊滑模控制系统在提高动态响应性能的同时,可有效减小系统的抖振。

摘要： 为降低永磁同步电机(PMSM)在趋近参考转速时运动状态的波动,提升控制系统稳定性,设计了一种基于新型指数趋近律的滑模速度控制算法。基于传统的指数趋近律,引入在原点处更为平滑的函数替代原有的符号函数,实现控制算法在电机趋近运动时的平滑过渡,并通过Lyapunov函数验证了算法的稳定性。基于新型控制算法,搭建PMSM直接转矩控制的滑模控制器并在MATLAB/Simulink中进行仿真。仿真结果表明,提出的算法可较好实现PMSM控制,与传统指数趋近律控制系统相比,所设计的系统可有效降低系统抖振,增强鲁棒性。

摘要： 三相PWM整流器和不控整流器的差别是其具备十分强的非线性特点,鉴于此,在对PWM整流器的控制系统进行设计的过程中,实现比较理想的控制效果难度非常大,并且动态性能不理想,参数的调节也非常复杂。与传统的PI调节器不同,滑模控制在对非线性系统进行控制时可以得到比较理想的动态效果,而且整个系统的鲁棒性也得到了加强。因此,文中在PWM整流器控制中引入了滑模控制,对电压外环和电流内环均采用滑模控制,通过引入滑模,可以使整个系统具有更快的响应速度和更好的抗干扰能力。利用Matlab/Simulink的仿真平台对设计的控制环路的实际控制效果进行了仿真验证,仿真结果表明,引入滑模控制的三相PWM整流器控制系统得到了很大程度的简化,并且具有更优的动态性能和鲁棒性。

摘要： 由于开关电源系统是一个复杂时变的系统,传统的控制策略已不能满足系统的需求.本文通过分析Buck型开关电源的工作原理,建立了基于Buck型开关电源的数学状态空间模型,并引用滑模控制策略代替传统的控制策略,得出满足滑模控制器的有效条件,进一步验证了利用滑模控制策略能更好地解决开关电源系统的非线性.

摘要： 恒功率负载的输入阻抗具有负增量阻抗特性,其与前级电源的相互作用将对微电网系统的稳定运行产生重大影响.因此,研究带有恒功率负载的微电网稳定性具有实际意义.本文提出了一种改进的滑模控制方法,将其用于改善微电网系统的大信号稳定.首先在系统建模中考虑了系统的参数不确定性及外部干扰,使控制具有较好的鲁棒性,其次在滑模控制中引入自适应算法,对总扰动上界进行了估计,提高了控制的准确性.

摘要： 针对永磁同步电机采用传统直接转矩控制时,存在较大的磁链和转矩脉动,逆变器开关频率不恒定,低速时系统难以控制,以及因转矩脉动引起的高频噪声等问题,将滑模控制策略引入到永磁同步电机直接转矩控制系统中,设计基于滑模变结构直接转矩控制策率,应用Matlab/Simulink对其进行仿真研究.仿真研究结果表明,与传统直接转矩控制相比较,基于滑模变结构直接转矩控制系统中电磁转矩和磁链脉动大幅度降低,逆变器开关频率恒定,同时能够保持直接转矩控制的快速响应的特征,对系统参数摄动和外干扰鲁棒性强的优点,有效地改善了系统的动、静态特性.

摘要： 本文设计一个主被动一体式升沉补偿系统,对其进行了动力学分析,并将滑模控制算法用在了主动补偿缸的控制上.通过仿真分析,本文设计的系统搭配了滑模控制算法之后,在四级海况下,补偿率满足大于90％的要求.即使系统的负载质量这一参数发生了较大范围的变化,系统还是可以满足补偿率满足大于90％的要求,说明本系统具有较好的鲁棒性.本文还针对滑模控制的抖振问题进行了改善处理,使得输出的控制信号比较平滑,满足工程需求.

摘要： 针对机械设备被动隔振隔振效果较差的问题,以非线性双层隔振系统为研究对象,在其动力学模型基层上,写出状态方程;采用基于指数趋近律的滑模控制算法.应用Matlab/Simulink对给定的隔振系统参数进行数值仿真分析,仿真结果显示:在单频、多频及随机激励条件下,滑模控制器具有良好的动态特性,有效减小传至基础的力.

摘要： 动能拦截器技术已在弹道弹道导弹防御系统中得到了广泛的应用。针对临近空间侧窗探测拦截器姿控发动机推力恒定、分散式布局控制力矩耦合及系统模型存在不确定等特点,本文提出了一种基于滑模控制理论的姿态控制律设计方法.首先,充分考虑姿态控制系统中三通道及姿控力矩相互耦合的关系,建立了三通道姿态控制耦合模型.其次,基于滑模控制理论设计了姿态控制律,采用伪速率脉冲调制器,将所设计的连续控制变量转化为脉冲控制量来满足姿控发动机的要求,实现了拦截器的数字变推力控制.最后,数字仿真结果表明所设计的姿态控制律在参数存在摄动及不确定干扰的情况下,能够满足姿态控制快速性、准确性和鲁棒性的要求.

摘要： 针对拦截来袭目标的三维末制导问题,本文应用滑模控制方法设计了一种带攻击角约束的有限时间收敛光滑制导律.通过建立耦合的三维弹目相对运动模型进行控制律设计,该方法无需对将系统模型解耦为两个相互正交的通道或进行线性化处理,并将终端弹道倾角约束转化为终端视线角度约束.制导律能够在有限时间内控制导弹以期望视线角对目标进行精确打击,基于Lyapunov稳定性理论证明了制导系统的稳定性.最后,对机动目标进行拦截仿真分析,仿真结果验证了所设计制导律的有效性.

摘要： 针对双臂空间机器人捕获卫星操作过程中关节易受冲击破坏的问题,在关节电机与机械臂之间加入了一种旋转型串联弹性执行器(RSEA)--柔顺机构.其作用在于:一、通过其内置弹簧的拉伸或压缩变形来吸收捕获操作过程中被捕获卫星对空间机器人关节产生的冲击能量;二、可以利用合理设计的与之配合的避撞柔顺控制策略来保证关节所受冲击力矩受限在安全范围.首先,分别应用Newton-Euler法与第二类Lagrange方程法建立了捕获操作前目标卫星与含柔顺机构双臂空间机器人的开环分系统动力学模型;之后,基于系统动量守恒关系、闭链系统位置与速度几何约束关系,获得了捕获操作完成后空间机器人与被捕获卫星形成的闭链混合体系统动力学方程;最后,为了抑制RSEA装置给系统带来的柔性振动,基于奇异摄动动法,将系统分为快变子和慢变子系统,且针对快变子系统,采用了速度差值反馈控制策略;针对慢变子系统提出了一种基于模糊自适应的滑模控制策略.此外,还通过最小权值范数法分配了机械臂各关节力矩,以保证双臂协调操.利用Lyapunov定理明了系统的全局稳定性;通过不同速度的卫星与双臂空间机器人碰撞过程的数值仿真结果,验证了RSEA装置在捕获操作中对关节的保护效果;通过设置电机开关机阀值对闭链混合体系统的数值仿真结果,验证了所提策略的柔顺控制效果.

摘要： 针对永磁直线同步电机伺服系统易受负载扰动、参数摄动、端部效应、非线性摩擦等因素影响,提出一种线性矩阵不等式(LMI)与滑模控制(SMC)相结合的控制方法.利用LMI方便快捷的求得滑模面,滑模控制的切换控制律引入边界层削弱抖振.利用LMI设计负载推力观测器对q轴电流进行前馈补偿,增强系统鲁棒性并且进一步削弱抖振.通过MATLAB/SIMULINK对控制算法进行仿真验证,与传统滑模控制方法进行对比仿真,仿真结果表明,该策略具有良好的跟踪性能和鲁棒性,并削弱了系统的抖振现象.

摘要： 提出一种分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制策略.该策略采用分层控制的结构,上层为广义力计算层,设计基于前轮转角的前馈控制,提高横摆角速度稳态增益,同时考虑外界扰动和建模不确定性,设计积分抗饱和滑模变结构控制算法跟踪参考横摆角速度,提高车辆瞬态响应.下层为广义力分配层,考虑到实际行驶状况的复杂以及路面状况、车辆质心侧偏角难以实时获取,设计基于稳定性优先的规则分配机制.实车试验结果表明该控制策略能有效提高车辆的操纵稳定性.

摘要： 本发明公开了一种基于滑模扩张状态观测器的永磁同步电机互补滑模位置控制方法。首先，该策略的滑模面采用广义滑模面和互补滑模相面结合。然后，设计无积分作用的等效控制律，同时在切换控制中引入自适应律以动态调整边界层的增益。最后，设计滑模扩张状态观测器以观测不确定性扰动，并结合前馈补偿抑制扰动对位置控制精度的影响。该策略不仅实现了永磁同步电机位置的快速、精准且无超调跟随，而且有效地提高了系统对不确定性扰动的鲁棒性。

摘要： 本实用新型提供了一种滑模施工中竖向钢筋环型控制装置及滑模提升结构。该装置包括：第一圆形架和第二圆形架；其中，第二圆形架套设在第一圆形架的外周；第二圆形架的内周沿第二圆形架的周向设有若干个限位卡扣；第一圆形架的外周沿第一圆形架的周向亦设有若干个限位卡扣。本实用新型通过第二圆形架内周设置的限位卡扣套设在外圈的竖向钢筋外周上，通过第一圆形架外周设置的限位卡扣套设在内圈的竖向钢筋外周上，对竖向钢筋进行约束，可随滑模同时上滑，限位卡扣对竖向钢筋进行持续扶正调整，使得竖向钢筋稳固在设定位置处，避免竖向钢筋的倾斜或偏移，实现整筒壁竖向钢筋间距、垂直度和保护层厚度的自动调，保证钢筋施工质量。

摘要： 本发明涉及一种结合快速终端滑模和线性滑模的组合滑模控制方法，包括如下步骤：S1、对于带有建模不确定和外部干扰信号的二阶非线性系统方程，分别建立快速终端滑模控制器方程和线性滑模控制器方程；S2、建立快速终端滑模控制器方程和线性滑模控制器方程的切换规则，用以快速切换快速终端滑模控制器方程和线性滑模控制器方程；所述步骤S1还包括如下子步骤：S101、确定带有建模不确定和外部干扰信号的二阶非线性系统方程；S102、借助于步骤S101中的二阶非线性系统方程，分别建立快速终端滑模控制器方程和线性滑模控制器方程。本发明提供的方法能够将快速终端滑模控制器和线性滑模控制器相结合，既能保持较快的收敛速度又能避免奇异问题。

摘要： 本发明涉及一种结合全局滑模和线性滑模的组合滑模控制方法，包括如下步骤：S1、对于带有建模不确定和外部干扰信号的二阶非线性系统方程，采用改进的全局滑模面和指数趋近律建立全局滑模控制器方程，采用线性滑模面和指数趋近律建立线性滑模控制器方程；S2、建立全局滑模控制器方程和线性滑模控制器方程的切换规则，用以快速切换全局滑模控制器方程和线性滑模控制器方程。本发明提供的结合全局滑模和线性滑模的组合滑模控制方法将全局滑模控制器方程和线性滑模控制器方程相结合，改进了全局滑模面，能够降低控制输入的幅值，提高了收敛速度。

摘要： 本发明涉及一种基于时变滑模增益的飞行器离散滑模智能控制方法，用于解决现有飞行器离散控制方法实用性差的技术问题。通过对飞行器纵向通道动力学模型进行欧拉离散化，得到原有系统的离散形式；考虑系统因果关系，建立姿态离散严格反馈系统的等价预测模型；使用神经网络逼近系统未知非线性函数，基于神经网络辨识误差设计控制器滑模时变增益和神经网络权重向量更新律；神经网络智能学习的引入，抵消了不确定项的上下界，减小了滑模切换抖振的幅度，提升了滑模控制的性能；本发明结合计算机控制特点，通过模型转换设计的控制器有效避免了非因果问题，适用于工程应用。

摘要： 本发明涉及一种结合快速终端滑模和线性滑模的组合滑模控制方法，包括如下步骤：S1、对于带有建模不确定和外部干扰信号的二阶非线性系统方程，分别建立快速终端滑模控制器方程和线性滑模控制器方程；S2、建立快速终端滑模控制器方程和线性滑模控制器方程的切换规则，用以快速切换快速终端滑模控制器方程和线性滑模控制器方程；所述步骤S1还包括如下子步骤：S101、确定带有建模不确定和外部干扰信号的二阶非线性系统方程；S102、借助于步骤S101中的二阶非线性系统方程，分别建立快速终端滑模控制器方程和线性滑模控制器方程。本发明提供的方法能够将快速终端滑模控制器和线性滑模控制器相结合，既能保持较快的收敛速度又能避免奇异问题。

摘要： 本发明涉及一种结合全局滑模和线性滑模的组合滑模控制方法，包括如下步骤：S1、对于带有建模不确定和外部干扰信号的二阶非线性系统方程，采用改进的全局滑模面和指数趋近律建立全局滑模控制器方程，采用线性滑模面和指数趋近律建立线性滑模控制器方程；S2、建立全局滑模控制器方程和线性滑模控制器方程的切换规则，用以快速切换全局滑模控制器方程和线性滑模控制器方程。本发明提供的结合全局滑模和线性滑模的组合滑模控制方法将全局滑模控制器方程和线性滑模控制器方程相结合，改进了全局滑模面，能够降低控制输入的幅值，提高了收敛速度。

摘要： 本发明提供一种滑模控制的机械臂系统，其执行单元包括机械臂，且存在时滞状态；其控制单元包括观测模块、计算模块和控制模块；观测模块包括输出延时观测器，对时滞状态下的关键数值进行观测；并向计算模块进行反馈；计算模块建立第一数学模型，并计算第一数学参数；还接收观测模块的反馈数值，并建立含有时滞环节的第二数学模型，并计算第二数学参数；控制单元包括滑模控制器，具有基于第一数学参数的第一控制率，以及基于第二数学参数的第二控制率，生成改进控制信号发送到执行单元。本发明还提供相应的滑模控制方法、相应的滑模控制设备、相应的计算机可读存储装置和光学自动检测设备。本发明达到了对时滞状态下的机械臂的有效控制。

摘要： 本发明公开了一种基于双滑模面自适应等效滑模控制的燃料电池的最大功率点跟踪方法。首先，根据质子交换膜燃料电池的输出特性设计滑模控制的滑模面，包括用于寻找最大功率点的滑模面和用于跟踪并稳定在最大功率输出状态的滑模面。通过使用双滑模面，将复杂的寻优问题转变为传统的跟踪问题，使得在滑模面的设计上有着更多灵活性。其次，选用广义超螺旋算法作为控制律，并应用等效滑模控制方法。设计滑模面切换策略，通过监控操作条件是否发生变化或处于变化过程中，并判断当前工作点是否为MPP，设立状态标志flag对当前滑模面进行切换，应对环境变化。本发明可以大幅削弱抖振，提高MPP的追踪能力。

摘要： 本发明公开一种比例积分滑模面的数控机床用模糊滑模位置控制方法，首先，对机械数控机床非线性系统进行分析，提取实际反馈值θ，得到期望值θd的位置误差e(t)；然后设计比例积分滑模面切换函数，将滑模控制中的切换函数s(t)作为模糊系统的输入；进一步地对模糊控制器进行设计，采用重心算法，将系统进行反模糊化，得到模糊控制器输出u(t)；最后将机械数控机床位置控制器的位置输出信号u(t)输入数控系统，机械数控机床系统输出的位置角度反馈至输入端。本发明将基于比例积分滑模面的模糊滑模控制替代传统的PID伺服控制系统，提高了对位置的跟踪精度和响应性能，满足运动控制系统中高速、高精度、输出功率大的控制要求。