基于滑膜观测器的无刷直流电机系统的设计

引入滑模变结构的原理,在无位置传感器的方式下来实现电机的控制,采用滑模观测器(SMO)代替传统的位置编码盘来识别和确定转子位置,以实现无刷直流电机的较高精度和较好动静态性能的闭环控制。针对传统滑模电流观测器的抖振大的缺点,提出采用多种不同函数构建滑模电流观测器,构建分数阶锁相环取代直接估计的方式提高观测性能,最后对改进算法通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型,并与传统滑模的估计效果进行了比较,验证了改进算法的有效性,系统设计的可行性以及针对各种条件下系统的鲁棒性。     

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。     

基于扩张观测器的HMCVT换段离合器油压跟踪控制

针对液压机械无级变速器(HMCVT)换段离合器油压跟踪控制过程中，不匹配干扰造成实际油压与期望油压产生偏差的问题，提出了一种基于扩张观测器的全局终端滑模控制算法，以实现油压的高精度跟踪控制。通过建立带有不匹配干扰的非线性湿式离合器数学模型，推导了油压控制系统的状态方程，使用扩张观测器对不匹配干扰进行估计，设计了一种能够快速收敛的全局终端滑模控制算法，并将干扰估计值补偿到控制算法中以提高控制精度和降低滑模控制的抖振。基于全局终端滑模控制算法设计了换段离合器油压跟踪控制器，通过试验对控制器效果进行了验证。结果表明，扩张观测器能够有效观测不匹配干扰，与传统终端滑模控制算法相比，基于本文算法设计的油压跟踪控制器动态响应时间仅为0.13 s,超调量为0.08 MPa,且无明显抖振。在换段过程中，冲击度降低12.7%,滑摩功减少10.2%,表明所提油压跟踪控制算法具有较好鲁棒性，能够改善换段离合器的接合品质。     

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。     

基于趋近律滑模控制的智能车辆轨迹跟踪研究

针对目前已有智能车辆轨迹跟踪控制存在跟踪精度低、鲁棒性弱等问题,结合滑模控制响应迅速、抗干扰能力强的优点,提出一种基于趋近律的滑模控制方法。提出的趋近律通过特殊幂次函数和反双曲正弦函数的组合,提高了系统状态的趋近速度并且平滑和限制了抖振现象,可实现控制车辆平顺快速跟踪参考轨迹。在Simulink软件上搭建了车辆运动学模型并进行轨迹跟踪仿真实验,通过与双幂次趋近律滑模控制进行对比验证了控制效果。仿真实验结果表明,相对于双幂次趋近律滑模控制,提出的趋近律滑模控制的车辆能更快地跟踪到参考轨迹,横向和纵向误差收敛速度明显增快,航向角抖振现象减弱,系统具有更快的趋近速度,并且抖振现象被削弱。     

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。     

基于扰动观测器的农用驱动电机变速滑模控制

针对农用驱动电机中存在的控制精度不良、抗扰动性差和稳定性弱问题,提出一种基于变速趋近率的滑模变结构控制策略。通过滑模变结构控制提升电机控制精度并提升控制过程中的稳定性,针对传统滑模变结构控制收敛过程中的等速趋近率存在的趋近速度慢、抖振波动大和控制精度低等问题,采用变速趋近率进行优化改进。在变速趋近率中通过引入系统范数,在电机控制过程中有效解决了趋近速度/抖振波动平衡的问题,提升了农用驱动电机的控制效率同时保证了稳定性。同时,由于电机中的内部机械参数和外界负载扰动会对农用电机的调速性能产生直接影响,针对电机控制过程中的内部参数和外界负载扰动,设计一种基于扩展滑模观测器的抗扰动技术,对其进行实时观测并补偿。通过Matlab/Simulink仿真测试和电机平台实验验证,证明了本文提出的控制策略的有效性,在启动过程中能够在0.1 s之内完成启动转速响应且无超调现象发生,有效提升了农用驱动电机的控制精度和响应速度;通过设计的扰动观测器提升其抗干扰能力和鲁棒性,当受到外界负载扰动10 N·m/-10 N·m时,可以将转速误差控制在5%之内,有效地提升了农用电机在运行过程中的稳定性和安全性。     

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。     

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.     

基于改进滑模控制的五相永磁同步电机仿真

针对传统PI速度控制下五相永磁同步电机的抗干扰能力弱、超调量较大等问题,采用一种基于滑模变结构控制的速度控制方法。首先通过三相永磁同步电机推导出五相永磁同步电机的数学模型,以此为基础建立滑模速度控制器;然后,再以一种新型正弦饱和函数代替传统开关函数,从而达到有效抑制滑模的抖振现象。通过MATLAB/Simulink软件建立仿真模型,仿真结果表明:新型滑模速度控制器具有响应速度快、抗干扰能力强等优点,并且系统鲁棒性更佳。     

四轮移动机器人的模糊滑模轨迹跟踪控制

为了提高四轮移动机器人的轨迹跟踪控制性能,减弱滑模控制系统抖振,设计了一种易于实现且有较好轨迹跟踪控制效果的模糊滑模控制器。首先,以四轮移动机器人运动学模型为基础设计了一种含积分项的滑模控制器,然后引入模糊控制,采用模糊滑模变结构的控制策略调整切换控制的相关估计参数,最终设计了一种基于模糊滑模控制的四轮移动机器人轨迹跟踪控制方法。仿真结果表明,该轨迹跟踪方法可以有效消除系统抖振并提高控制性能。     

水轮机调节系统的动态滑模控制

针对水轮机调节系统在滑模控制中的抖振问题，研究基于滑模控制方法设计了水轮机调节系统的动态滑模控制器。首先建立了考虑超长引水隧洞的水轮机调节系统的数学模型，并设计了动态滑模控制器；然后通过粒子群和灰狼混合优化算法（PSOGWO）对设计的控制器参数进行了优化；最后采用设计的动态滑模控制器对水轮机调节系统进行了正弦和阶跃的轨迹追踪试验，用于评估不同控制器的优越性和有效性。仿真结果表明，设计的动态滑模控制器不仅提高了水轮机调节系统的控制性能并减少了轨迹追踪的收敛时间，而且能够显著减小滑模控制的抖振效应和轨迹追踪的误差。     

感应电动机伺服系统模糊神经网络滑模控制

根据感应电动机伺服驱动系统性能要求,设计了一种基于模糊神经网络的滑模控制器.当系统状态进入滑动超平面后,测量滑模控制的"抖振"指标,将测量的指标值输入到学习算法中,调整模糊神经网络的输出以消除"抖振"现象.该控制策略的仿真结果与实验结果吻合,控制器设计合理,"抖振"现象明显减小.     

Buck型功率变换器无抖振滑模控制器设计

针对传统比例积分微分(PID)控制方法运用于直流Buck变换器时,在干扰较大的情况下,很难取得满意的控制效果问题,利用二阶滑模控制技术,提出了一种无抖振的滑模控制方法,以改善大扰动条件下Buck变换器的鲁棒性。将占空比变量的导数看作虚拟控制器,设计非连续的二阶滑模控制器;实际控制器则为非连续控制器的积分,从而避免了控制器的抖振。在此基础上,采用PWM定频控制方式将该算法运用在Buck电路上。通过和PID控制算法进行仿真和实验对比,验证了该滑模控制器的可靠性与优越性。结果表明:系统启动时间缩短了近50%;当突变负载和输入电压改变时,系统输出电压变化幅度明显减小。     

非线性电液伺服系统的多滑模模糊控制

针对具有未知强非线性函数、未知控制增益的非匹配非线性电液伺服系统,结合专家语言信息和滑模控制的强抗干扰特性,提出一种多滑模模糊控制策略.通过参数的非连续投影算法,带饱和层的滑模面设计技术以及积分型李雅普诺夫设计技术的集成,使得算法提高了系统在抑制参数漂移、抖振现象、控制器奇异等方面的能力.理论证明了系统跟踪误差收敛于任意设定的滑模面饱和层内.仿真结果表明了理论分析的有效性.     

静液传动系统自适应模糊滑模控制

针对静液传动系统的速度控制问题,提出一种带有摩擦力矩补偿的自适应模糊滑模的设计方案.引入摩擦力矩动态补偿的方法,对摩擦力矩进行动态实时补偿,提高系统的响应速度和稳态误差.采用自适应模糊滑模控制解决因系统的不确定性及干扰的存在而不能准确控制的问题,使控制器的设计不依赖于被控对象的精确数学模型.基于李雅普诺夫函数推导出规则参数调整的自适应率,保证闭环控制系统的稳定性,并削弱了高频抖振.仿真结果表明该方案可以提高稳态误差,增强系统的鲁棒性,削弱控制信号中的高频抖振现象.     

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。     

基于模糊补偿的离散全局滑模控制自动导航系统研究

阐述了一种基于模糊补偿的离散全局滑模导航控制方法。为了提高农用车辆自动导航的精度和稳定性,引入滑模变结构控制方法,并对其进行了改进。为了降低系统的抖振,采用模糊规则,对补偿控制量进行有效的估计,以消除不确定项的影响。仿真实验表明:该方法优于传统的离散的滑模控制,在理论上是可行的。     

中空液压马达系统建模与摩擦动态补偿算法研究

针对阀控中空液压摆动马达系统,建立数学模型;基于LuGre动态摩擦模型,设计摩擦状态观测器;在此基础上,通过提出带状态观测的滑模变结构控制算法进行大摩擦力矩动态补偿控制,并进行了试验研究。结果表明：所设计的摩擦状态观测器可以较好地估计摩擦力矩,基于状态观测的滑模变结构控制算法可以实现大摩擦力矩下的高精度轨迹跟踪,相比无状态观测的滑模控制,轨迹跟踪精度提高1个数量级以上。