电动汽车PMSM电机速度环分数阶滑模控制研究

针对传统整数阶滑模控制器在PMSM速度环控制中存在的电机转矩抖振问题,提出了分数阶指数趋近律滑模变结构控制,利用分数阶系统缓慢传递能量的特性来消减电机扭矩的抖振。仿真结果表明分数阶指数滑模控制器与传统指数趋近律滑模控制器相比,不但能在一定程度上消减扭矩的抖振,还提高了系统抗外部扰动的能力。     

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

针对永磁同步电机无传感器控制中传统滑模观测控制函数不连续而导致的抖振问题,把v(x)引入了传统的滑模观测器,设计了一种新型的滑模观测器并利用李雅普诺夫函数进行了稳定性分析。最后利用Matlab中的simulinnk搭建了仿真模型进行了仿真分析。仿真结果表明:所设计的滑模观测器不仅观测精度高,而且能够有效克服抖振现象,鲁棒性好。     

基于IMESO的永磁同步电机控制方法

永磁同步电机作为执行机构中的执行单元，以其方便快捷的能量转换能力在农业自动化领域得到广泛应用。干扰往往是影响执行机构运行性能的主要因素，针对永磁同步电机系统中存在的慢变非正弦扰动和转矩扰动（正弦扰动），结合内模原理（IMP）和扩展状态观测器（ESO），提出一种永磁同步电机控制系统的基于复合扰动观测器（IMESO）的转速控制方案。提出的复合控制方法由比例反馈和扰动前馈补偿组成，对转速环进行控制，可以较好地抑制常值（或慢变扰动）以及含正弦项的转矩扰动，能够实现准确的目标转速跟踪。理论上对速度控制系统的渐进稳定性和扰动抑制能力进行证明和分析，最后进行MATLAB仿真和试验，并与抑制单一种类扰动的两种控制方法进行比较，对比结果表明，提出的复合控制方法可以有效抑制复杂的多重外部干扰，与PI控制相比，系统响应时间和调节时间分别提高6%和18%，抗干扰性能提升了7%，有效提升了控制精度和动态性能。     

基于输入模糊化的农用履带机器人自适应滑模控制

针对农用履带机器人控制系统易受到参数慑动和外部扰动影响的特点,将模糊理论与滑模控制结合起来,提出了基于模糊逻辑的自适应滑模控制,以提高控制精度与稳定性。首先,推演了履带机器人运动学模型,分析了模型的特点。其次,设计了一种含有积分项的滑模面,构建了基于等效控制和切换控制的模糊滑模自适应控制,既保留了滑模控制的快速性和鲁棒性,又很好地抑制了抖振。仿真与实验结果表明,与常规的滑模控制方法相比,该控制不仅对外部扰动及参数摄动具有较强的自适应性和鲁棒性,而且具有动态响应快、跟踪性能好的特点,适用于履带机器人控制系统。     

基于自适应快速幂次趋近律的PMSM滑模控制

针对在采用传统滑模趋近率控制器的永磁同步电机调速系统中,系统容易出现抖振以及滑模面趋近速度较慢等问题,提出了一种基于自适应快速幂次趋近律的滑模速度控制器应用于永磁同步电机矢量调速系统中。该趋近率在幂次趋近律的基础上,引入高斯函数对终端吸引项进行自适应调整,不仅改善了固有的抖振问题,同时提升了在趋近模态中的趋近速度。基于该趋近律设计了永磁同步电机速度控制器,并与PI控制器和传统趋近律进行比较,结果表明,该控制器能显著提高系统的动静态性能。     

面向水质采样的绳驱动空中机械臂抗干扰控制

绳驱动空中机械臂是一种由旋翼飞行器和多自由度机械臂构成的新型机器人系统。为了增强机械臂在排污管口水质采样时的关节空间控制性能,提出了一种结合快速连续非奇异终端滑模控制与线性扩张状态观测器的抗干扰控制策略。阐述了绳驱动空中机械臂的结构设计,建立计及关节柔性的动力学模型。利用线性扩张状态观测器来估计与补偿系统集总干扰,采用快速连续非奇异终端滑模面来保证系统状态量的有限时间收敛和抑制控制力矩的抖振。通过李雅普诺夫稳定性定理分析了所设计控制器的稳定性。最后,通过可视化仿真和地面汲水试验验证了所提控制器的有效性,结果表明,所提控制器的收敛速度、鲁棒性、准确性和抗干扰能力优于其他两种控制器,能有效抑制系统抖振,满足水质采样的作业需求。     

果实收获机器人关节滑模控制系统设计与试验

针对多关节果实收获机器人难以获得精确控制模型以及控制系统的抖振问题,提出基于遗传算法实时动态调整滑模参数的控制策略,设计并制作了基于STM32微控制器和AS5045位置反馈模块及CAN总线通信模块的关节控制系统仿真和试验平台,分别在空载与负载情况下进行了关节电机位置响应试验。结果表明,采用遗传算法动态调整滑模控制器参数能够提高关节控制系统位置跟踪的响应速度,减少外界干扰和负载变化引起的控制系统抖振的幅度与持续时间,具有较强的鲁棒性。由空载和负载试验结果可知,关节6实际试验控制系统的位置跟踪响应时间比理论仿真试验增加了0.5 s,负载时控制系统的位置跟踪响应时间比空载时增加了0.3 s,但负载对系统精度和超调量并无明显影响,系统具有良好的控制效果。     

基于新型趋近律的永磁同步电机调速研究

为了提高表贴式永磁同步电机的调速性能,提出一种新型趋近律。该趋近律可以根据系统状态离滑模面的距离进行自适应调整参数,综合了滑模控制中抖振和快速性之间的矛盾,并引入双曲正切函数进一步减小由符号函数切换过程带来的抖振。为了证明该趋近律的优越性,利用相轨迹图进行分析,并采用Lyapunov函数对所提的新型趋近律进行了稳定性分析。同时,为了避免对趋近律参数进行反复试凑,引入万有引力算法对参数进行整定。采用MATLAB/Simulink进行建模仿真,与指数趋近律相比,使用所提的趋近律设计的速度环滑模控制不仅提高了系统的调速性能,而且削弱了系统的抖振现象,改善了系统的动态特性以及鲁棒性。     

电动拖拉机永磁电机模糊滑模无传感器控制研究

永磁电机闭环控制需要准确的转子位置信息，而传统的机械传感器在农业生产等恶劣工况下的可靠性难以保证。为了提高系统可靠性，对无传感器控制方法进行了研究。在传统基于滑模观测器的无传感器控制中，系统抖振和稳定性差的问题严重影响了无传感器运行的控制效果。为此，本文提出了一种基于模糊滑模观测器和模糊锁相环的无传感器控制方法，有效地解决了这一问题。首先，利用模糊控制器对滑模观测器和锁相环的控制参数进行处理，并根据电机的实际工况实时调整这些参数，提高了系统鲁棒性。其次，采用递归最小二乘自适应线性谐波提取器对反电动势的高谐波分量进行有效滤波，避免了高频分量对观测结果的影响。实验结果表明，所提出的控制方法提高了对转速和转子位置的估计精度。     

基于滑模变结构控制的双轮驱动电动汽车防滑系统的研究

对双轮驱动电动汽车的加速过程进行力学分析建立了四分之一车辆动力学模型,以车轮滑转率为控制时象,提出一种基于滑模变结构控制的驱动防滑控制系统.设计了双轮驱动电动汽车驱动防滑系统的滑模变结构控制器,采用饱和函数可以很好地削弱系统响应的抖振现象.通过Matlab/Simulink软件对所设计系统进行仿真,仿真结构表明滑模变结构控制器能够很好地跟踪路面最佳滑转率的变化,驱动力矩的变化平稳.     

基于干扰观测器的直播机路径跟踪快速终端滑模控制

针对农田中存在不确定性干扰时,会导致建立的无人水稻直播机运动学模型精确度不高,从而使路径跟踪收敛时间长,跟踪效果较差等问题,提出由直播机运动学模型建立相应的非线性干扰观测器从而实现对不确定性复合干扰的精确观测。将观测到的干扰值补偿到运动学模型中以提高模型的精度,降低滑模控制的抖振。为了控制直播机沿指定路径作业并提高路径跟踪收敛时间,设计了一种快速终端滑模控制算法。基于李雅普诺夫判据检验了算法闭环系统的稳定性。使用Matlab/Simulink建立了农机运动学仿真模型,仿真结果表明,非线性干扰观测器能精确观测出系统的不确定性干扰。与不带干扰观测器的滑模控制算法相比,本文控制算法可有效减少收敛时间,抑制干扰带来的抖振。无人直播机水田作业实验表明,采用本文所提出的算法以1.2m/s的速度高效作业时,横向平均绝对偏差为0.0247m,均方差为0.0311m。并且转弯收敛速度快,无超调,路径跟踪精度满足实际作业要求。     

基于粒子群算法的混联机构神经网络自适应反演控制

针对含有不匹配干扰的混联机构轨迹跟踪控制问题，提出了一种极限学习机与自适应反演控制相结合的控制策略。在对干扰进行分析的基础上，分别采用两个极限学习机网络对系统中的匹配和不匹配干扰进行逼近和补偿。基于Lyapunov函数稳定性设计了混联机构的控制律与自适应律，实现混联机构的轨迹跟踪控制。由于控制器可调参数较多，采用粒子群算法进行控制器参数的寻优整定。仿真结果表明，所提出的控制方法具有良好的轨迹跟踪精度和鲁棒性。     

变频泵控马达调速系统变结构鲁棒设计

针对变频泵控马达调速系统负载转矩的未知时变特性,设计了一种扰动观测器对负载转矩扰动进行观测及补偿。设计了滑模变结构鲁棒控制器,并进行鲁棒性证明,利用其对扰动不敏感特性来抑制各种内外干扰的影响,以提高系统的鲁棒性和控制性能。仿真试验表明,所设计的控制器对负载扰动和参数摄动的鲁棒性较好,具有较高的速度跟踪精度和较好的动态性能,可满足泵控马达调速系统的控制要求。     

自动化控制技术在拖拉机上的应用研究

为进一步提高拖拉机的田间作业效率和拖拉机整机的作业性能,利用自动化控制技术,针对混合动力驱动控制的拖拉机控制系统进行改进。通过深入理解拖拉机的工作原理及特点,融入扰动观测机理、双重功率流理论和闭环调节功能,针对拖拉机的导航控制、变速设置和智能显示三大模块进行智能优化。测试结果表明:优化后的拖拉机导航系统误差率可降低2. 4%,变速控制灵敏度由89. 50%提高至92. 80%,智能显示准确率提高13. 67%,整车综合作业效率提高22. 26%。此结果表明:基于自动化控制技术的拖拉机控制改善效果可行,可为其他农用机械改进提供一定思路,具有较强的实际参考价值。     

水田植保机自主作业滑模抗干扰路径跟踪方法

为解决无人化水田植保机在田间作业时上线速度慢、精度不高和抗干扰能力差的问题,提出了一种基于快速幂次趋近律和全局滑模控制的水田植保机路径跟踪控制方法。首先建立了含有滑移干扰项和航向角干扰项的水田植保机四轮异相位转向运动学模型,提出了一种基于全局滑模控制和快速幂次趋近律的直线作业跟踪转向控制算法,解决了滑模控制算法的抖振和趋近模态对干扰敏感的问题,使用Lyapunov判据检验了算法的收敛性。使用Matlab建立了仿真模型,对算法进行了仿真,相比基于指数趋近律和等速趋近律的滑模控制算法,本文算法的快速性更好。实际作业实验结果表明,该方法直线跟踪横向偏差绝对值最大为0.0778m,能够有效提高自主导航控制系统的稳定性和快速性。     

丘陵果园除草机器人底盘系统设计与试验

针对丘陵果园环境非结构化且复杂多变,常规的除草方式效率低等问题,设计了一种果园除草机器人底盘系统。根据果园丘陵地形地貌环境,确定车体控制方式和除草机器人底盘的总体结构方案,主要包括液压传动系统、电气控制系统等。设计配套的除草车电气控制系统和遥控接收、车载主控和导航功能的CAN通信协议。以运动控制为核心,采用角度传感器、电机驱动、车载主控、导航模块,构成闭环控制。使用自抗扰控制算法,以油阀控制电机为对象应用Simulink仿真,仿真结果显示自抗扰控制相比PID控制调节时间减少0.42s,超调幅度减小11.5%,稳定时间缩短0.14s。田间试验表明,运用自抗扰控制、结合导航功能的除草机器人行走速度均值为6.2km/h,均方差0.037km/h,作业效率0.51hm2/h,有效除草率均值97.46%,可在25°斜面上正常行走,对导航路径的跟踪误差标准差为4.732cm,运动控制响应及时,能够提高除草作业安全性和准确性。     

基于控制器的农用无人机导航自动控制系统研究

农用无人机在自主作业时,导航精度对作业性能的影响较大,如果导航精度不高,农机在行驶过程中会产生横向误差和纵向误差,从而降低农机的作业质量.为了提高农用无人机导航的精度,采用滑模控制方法建立了导航线追踪和主从系统车速协同的控制模型,并通过虚拟仿真验证了控制器的控制效果.仿真结果表明:采用滑模控制方法可以有效降低导航的误差...     

基于负载力补偿的自抗扰复合电液位置控制方法

由于电液位置控制系统存在严重的非线性、内部参数的时变性以及外负载的干扰性,严重影响了系统静、动态控制效果。为此,提出了一种基于负载力补偿的自抗扰复合控制方法。给出了复合控制策略的工作原理;设计了自抗扰控制器,利用扩张状态观测器来观测和补偿系统内部参数和外部负载力的不确定性,从而有效地抑制了内部扰动和外部扰动对系统的影响;设计了负载力补偿控制器并导出负载力的补偿模型,进一步削弱了外负载变化对系统的不良影响,同时提高了系统的位置控制精度。通过Matlab仿真和半物理仿真平台分别进行了复合控制策略的验证。仿真及实验结果表明:自抗扰控制器有效地抑制了内外扰动的干扰,而负载力补偿控制器的引入使系统在抑制了外负载力摄动的同时实现了位置的精确定位控制,验证了所提控制策略的有效性。     

基于分层模型的轮毂电机驱动车辆直接横摆力矩控制

为提高多轮轮毂电机驱动车辆动力学综合控制性能,提出了一种基于分层模型的直接横摆力矩控制策略。上层为运动跟踪控制层,设计了基于车轮转角的前馈控制器,对车辆横摆角速度稳态增益进行调节,同时将滑模控制进行改进,设计了滑模条件积分控制器进行反馈控制,使横摆角速度追踪其期望值;下层为转矩优化分配层,基于稳定性优先原则,建立了以减小轮胎负荷率为目标的优化函数,并且将控制分配问题转换为二次规划问题进行求解。依托某型8×8轮毂电机驱动样车进行实车试验,结果表明,在连续转向工况和双移线工况下,所提出的控制策略使车辆最大横摆角速度偏差分别降至理想横摆角速度的6%和9%以内。此外,该策略能够有效控制轮胎负荷率,实现转向行驶时的转矩优化分配,改善了车辆操纵稳定性。