基于FOISMC+ESO的PMSM调速系统控制策略研究

针对永磁同步电机炮控系统存在时变、非线性、强耦合等特征,结合分数阶微积分及滑模变结构理论,提出了一种新型分数阶积分滑模控制策略。为解决传统趋近律收敛时间过长和滑模控制的抖振等问题,提出了一种具有快速收敛的新型双幂次趋近律,并给出了收敛时间证明。鉴于炮控系统负载变化大且扰动无法正确测量的问题,结合扩张状态观测器理论,设计了一种基于扩张观测器的扰动补偿方法,将扰动观测量以前馈的形式引入控制器以提高控制系统的鲁棒性。数值仿真实验结果表明了该控制策略的有效性。     

PMSM位置伺服系统新型融合控制策略

针对PMSM位置伺服系统存在非线性、强耦合等特征,提出了一种基于分数阶PID和分数阶滑模控制的新型融合控制策略。通过检测位置误差、速度及负载转矩,归一化处理后带入构造的二次性能指标函数,根据其数值动态改变分数阶PID和分数阶滑模控制器输入到被控对象控制量的权重值大小,从而确保提出的新型融合控制策略具有快速跟踪和抗扰动能力。数值仿真实验结果表明:新型融合控制策略比分数阶PID和分数阶滑模控制拥有优良的动静态性能和较好的鲁棒性。     

无刷直流电机的分数阶滑模控制器设计

为了提高无刷直流电机(Brushless DC motor,BLDCM)的抗负载扰动性能和鲁棒性,削弱传统整数阶滑模控制(Sliding model control,SMC)中的抖振现象,针对BLDCM调速系统设计了一种分数阶(Fractional order,FO)滑模控制器。采用分数阶滑模面,同时利用分数阶传递能量缓慢的特性对具有二阶滑模特性的快速幂次趋近律进行改进,有效地削弱了滑模变结构控制带来的系统抖振。仿真结果表明,相比于传统整数阶滑模控制,所提方法可使BLDCM调速系统具有较好的控制性能。     

基于改进ESO的交流伺服系统FOPID定位控制

针对高炮炮控交流伺服系统高精度定位控制存在的外界干扰及诸多非线性因素,提出了基于连续光滑函数fan()的改进扩张状态观测器(ESO),并将其应用于分数阶PID控制器,即CS-ESO-FOPID。该控制器将所有外界干扰因素作为"总干扰"获取干扰实时量,并通过改进扩张状态观测器实现非线性因素的实时动态补偿。数字仿真证明,CS-ESO观测优于传统ESO观测,CS-ESO-FOPID的动态控制精度及对外部扰动的鲁棒性均优于FOPID控制,避免了基于传统ESO的分数阶PID易出现的高频颤振现象,从而验证了该控制策略的可行性和有效性。     

某同源平衡及定位电液伺服系统模糊分数阶PID控制

针对某同源平衡及定位电液伺服系统,设计了一种用于该系统的模糊分数阶PID控制器。使用模糊规则来调节分数阶PID的参数,提高了分数阶PID控制器的响应速度,增强了分数阶PID鲁棒性。模糊分数阶PID控制器能使系统很快进入稳定状态,比分数阶PID控制器表现出较好的控制性能。通过半实物仿真实验可知模糊分数阶PID控制器在响应速度、超调量及稳定误差等方面均优于分数阶PID控制器,且对外部负载扰动具有较好的鲁棒性。     

等效扰动的炮控系统非线性自适应补偿控制方法

坦克炮控系统内部存在摩擦、齿隙和参数漂移等多种非线性,严重影响了系统性能的发挥。基于“等效扰动”的思想,将系统的各种非线性环节等效为外部扰动,从而将复杂的非线性系统转化为带可测扰动的线性系统。在此基础上设计了基于扩张状态观测器的自适应模型跟随控制器,实现了炮控系统多种非线性的补偿控制,实验表明,这种控制方法能够有效地抑制非线性扰动的影响,改善系统性能,且易于工程实现。     

基于SRWNN-FTSM的舰载火箭炮火控系统研究

针对舰载火箭炮大功率交流伺服系统存在的非线性特性以及不确定扰动,提出了一种自回归小波神经网络快速终端滑模控制器(SRWNN-FTSM)。基于快速终端滑模强鲁棒性特点,用自回归小波神经网络对模型动态自适应逼近,可有效提高响应速度,鲁棒性。利用SRWNN-FTSM控制器,有效克服了负载扰动、参数变化等不确定因素的影响。根据Lyapunov理论证明了闭环系统稳定性。仿真实验表明:所提方案可以有效提高系统的响应速度以及发射的命中精度。     

自适应时变滑模再入姿态控制设计

为了提高再入控制鲁棒性和适应性,结合高阶滑模观测器提出一种基于反馈线性化的时变滑模控制方法。首先,根据时变滑模面推导出控制律,引入了自适应算法获得控制律中的切换增益,消除了对系统不确定性上界已知这一条件的依赖;其次,利用高阶滑模观测器对姿态角导数信息进行观测,同时获得系统扰动估计值,消除了控制器对较难直接测量的姿态角导数信息的依赖。最后,通过数值算例验证了所提控制方法的有效性。     

基于状态反馈的导弹滚转通道变结构控制

针对导弹滚转通道参数时变性和快速性要求,提出了一种易于实现状态反馈变结构控制器的设计。将系统分为确定部分和不确定部分,然后分别对这两部分进行变结构控制。结果表明,适当的校正规则不仅保证滑模的存在,而且具有对参数扰动和外部扰动的不变性;状态信号的反馈提高了滚转通道的响应能力;伪滑模大大削减了变结构控制的抖动。并通过仿真证明了该方法的正确性和有效性。     

分数阶终端滑模控制器在DTC系统中的应用

针对SVPWM调制的永磁同步电机直接转矩控制系统磁链和转矩波动较大的问题,结合非奇异终端滑模和分数阶微积分理论的特点,设计了一种分数阶非奇异终端滑模控制器。结合直接转矩原理和分数阶微积分理论,对误差进行分数阶微分后与误差之和作为滑模面;根据非奇异终端滑模控制原理,在所设计分数阶滑模面的基础上确定了相应的控制律;利用李亚普诺夫定理证明了滑模面的稳定性和可达性。仿真结果表明,该策略能提高系统的动静态性能,可以进一步抑制磁链和转矩波动。     

前馈——模型参考自适应复合控制策略

由于多余力矩严重影响了电动负载模拟器的加载性能,提出了一种复合控制方法对该问题进行研究。首先考虑承载对象运动带来的干扰,建立了系统的数学模型;然后,针对控制系统单独采用前馈补偿或自适应控制方法的局限性,进行了基于前馈控制和模型参考自适应控制的复合控制系统设计,并利用Lyapunov函数的方法构造了自适应控制器。最后的仿真结果表明,采用复合控制方法能够大幅度消除电动负载模拟器的多余力矩,验证了控制策略的可行性。     

基于全局反步滑模控制的舰炮随动系统齿隙补偿方法

针对舰炮随动系统中存在的非线性齿隙,首先在双惯量系统中引入近似死区模型,考虑五级海况射击时的外界非线性时变干扰,建立了含齿隙系统的状态空间模型,并将其划分为4个子系统;然后,基于反步控制理论,通过递推逐步构造Lyapunov函数,在第4步结合滑模控制,设计了全局反步滑模控制器,并运用Barbalat定理证明了系统稳定。仿真分析表明:较PID控制,该方法不仅能更有效地补偿齿隙,还削弱了传动力矩、负载转速在换向期间的抖振,同时使系统具有更高的位置跟踪精度和鲁棒性。     

基于干扰观测器的高超飞行器反演多滑模控制

针对高超声速飞行器匹配/非匹配不确定性控制问题,建立了高超声速飞行器纵向运动三角标准型模型。引入非线性干扰观测器,结合反演控制解决非匹配不确定性控制问题的优势,设计了一种基于反演控制的飞行器多滑模控制器。该方法首先利用非线性干扰观测器的逼近特性对系统受到的干扰进行观测,在每一步反演设计中引入滑模控制设计反演多滑模控制器,从而实现系统对控制指令的输出跟踪。仿真结果表明该方法能够较准确地进行干扰观测,保证了系统的稳定性和鲁棒性,具有良好的控制性能。     

基于干扰观测器的高超声速飞行器Terminal滑模控制

针对高超声速飞行器控制系统纵向平面轨迹跟踪问题,提出了一种基于干扰观测器的终端(Terminal)滑模控制器设计方法。将结构的弹性振动视为刚体动力学系统中的不确定因素,采用Terminal滑模控制方法设计速度和高度控制器。为增强控制器的鲁棒性,设计了一种非线性干扰观测器对模型不确定项进行自适应估计和补偿。仿真实验表明,该控制器对模型不确定性和气动弹性影响具有鲁棒性,能够实现对速度和高度参考输入的稳定跟踪。     

滑模变结构矢量控制用于矩阵变换器驱动感应电机研究

滑模控制不仅能够保证转速平稳无超调地达到期望转速,同时具有较强的抗负载扰动能力,但积分器的作用会使其动态响应速度变慢。针对传统的滑模控制存在的上述问题,首先提出一种改进的滑模控制方法:对于不同的转速误差,滑模控制器输出不同的参考电磁转矩;然后,将PI控制和滑模控制嵌入到矢量控制,用于矩阵变换器驱动感应电机的调速控制,并分别对二者的调速性能进行了仿真研究与实验验证。仿真结果表明:相比于PI控制,滑模控制作用下转速可以快速平稳地上升到期望值并具有较强的抗负载扰动能力;相比于传统的滑模控制,改进后的滑模控制有效地提高了系统的动态响应速度,具有更好的调速性能。     

改进二阶自抗扰控制器在永磁同步电机上的仿真应用

对使用二阶自抗扰(Sencond-order Active Disturbance Rejection Controller,ADRC)控制器的PMSM矢量控制系统而言,当负载转矩变化大时,ESO对负载的估计误差也较高。改进永磁同步电机矢量控制系统的二阶ADRC控制器以提高二阶自抗扰控制器的抗负载扰动能力。通过改进并结合负载转矩观测器到永磁同步电机控制中,在二阶自抗扰控制器中对扰动进行部分补偿,进而提升了二阶自抗扰控制器抗扰动的能力,使得矢量控制系统性能提高。仿真结果同样支持这一结果。     

临近空间驻留飞艇模糊变结构姿态控制方法

针对临近空间驻留飞艇姿态运动的非线性、耦合和不确定等特点,提出了一种模糊变结构解耦控制方法。首先,推导了定点模式下飞艇的姿态运动方程,通过选取状态向量和控制向量,将其描述为非线性系统。然后,采用反馈线性化方法将非线性姿态控制系统输入输出解耦为三个通道的线性子系统;利用滑模变结构控制对参数摄动的不变性设计了定点姿态控制系统,并应用Lyapunov理论证明了系统的全局稳定性;为提高控制性能,以变结构控制的滑模面及其变化率为模糊控制器的输入,以趋近律参数为模糊控制器的输出设计了模糊变结构控制器,通过模糊规则在线调整控制律参数。最后,对具有参数不确定的姿态控制系统进行了数值仿真,验证了控制方法的有效性和鲁棒性。     

一种新型的随动系统变结构模糊位置控制器

将变结构自适应PID控制及模糊控制两种控制技术相结合,设计了一种新型的变结构自适应模糊PID位置控制器。采用变结构自适应PID控制器进行误差控制,对前馈参数采用模糊控制方法进行在线整定,实现了前馈补偿与误差控制的精确匹配,进一步抑制系统抖动现象,提高系统跟踪精度。试验结果表明,将变结构自适应模糊PID位置控制器应用于数字交流随动系统的位置控制中,既能保证系统的稳定性和快速性,又具有很好的跟踪精度,较好地解决了随动系统跟踪精度、稳定性、快速性要求高,参数难以相互协调匹配的问题,大大改善系统闭环响应的品质,提高了系统的控制性能。     

制导炮弹非线性滑模控制器设计

为了提高制导炮弹的精确打击能力,研究了一种非线性滑模变结构控制器。利用近似最优控制理论确定了非线性滑模面,并设计了舵面的控制律,使得系统状态快速达到并保持在滑模面,采用指数趋近律和饱和函数减轻了滑模控制带来的抖振,实现对控制指令的跟踪。仿真表明,设计的非线性控制器能有效处理制导炮弹的非线性耦合问题,快速响应控制指令,并且在气动参数摄动时体现出较强的鲁棒性,具有良好的工程应用前景。     

永磁同步电机有限时间抗扰控制方法研究

针对永磁同步电机在实际应用中变负载、磁饱和内外干扰等因素影响下的稳定控制问题，提出了基于super-twisting算法的扩张状态观测器（super-twisting extended state observer,STESO）对总扰动进行准确估计和补偿。通过分析永磁同步电机的动力学模型，构建永磁同步电机的扩张状态模型，并以此为基础设计STESO，在有限时间内实现对永磁同步电机总扰动的准确观测。利用Lyapunov方法分析了STESO的稳定性，并推导了误差收敛时间的表达式。仿真实验结果表明，所提方法在位置和转速控制上响应速度快、扰动影响恢复时间短，相比于PID控制、自抗扰控制和基于改进模型预测的自抗扰前馈控制等方法具有更好的快速性和更强的抗扰性，蒙特卡洛实验结果同样显示所提方法针对参数不确定性具有较强的鲁棒性。