基于多幂次趋近律的驱鸟机器人路径跟踪控制研究

由于变电站电力设备交错复杂,鸟类的活动对电网的安全运行已造成严重影响,驱鸟移动机器人在路面障碍与空间障碍等不确定因素并存的情况下,需要对路径跟踪进行精确控制。提出一种基于多幂次趋近律的滑模控制策略,首先建立驱鸟机器人运动的数学模型,然后基于多幂次趋近律设计相应的滑模控制器,并且利用李雅普诺夫函数证明其稳定性。仿真实验结果表明:相对于传统的滑模控制策略,该方法鲁棒性强,可快速削弱抖振现象,使得机器人的运动精确跟随理想路径,其研究成果为变电站实现精准驱鸟提供了重要依据。     

基于滑模变结构的双馈风力发电机网侧PWM变换器控制研究

为提高双馈风力发电并网控制器的控制性能,针对传统PI控制跟踪慢、误差大、稳态性不好的弊端,结合双馈风力发电并网控制器的数学模型,提出一种基于指数趋近律的滑模变结构控制策略对网侧PWM变换器控制进行系统性研究,并和传统PI控制策略进行对比。仿真结果表明:基于指数趋近律的滑模变结构控制策略不仅简化了控制结构,而且提高了系统的响应速度,对于直流母线电压的稳定具有一定的有效性和可靠性。     

一种模糊趋近律转台伺服系统滑模控制器设计

针对飞行模拟转台位置伺服系统中存在的非线性摩擦环节,设计了一种补偿摩擦的模糊趋近律滑模变结构控制器.在常规的滑模变结构控制中引入模糊控制,利用模糊控制器来调整滑模控制的趋近律参数.Matlab仿真结果表明,该控制器优于常规指数趋近律变结构控制器,有效地抑制了摩擦力矩的影响,保证了系统的快速性和鲁棒性,实现了高精度的位置跟踪.     

无人车辆轨迹跟踪与横摆稳定协调控制研究

针对无人车辆轨迹跟踪问题,为兼顾车辆轨迹跟踪和横摆稳定的双控制目标,提出了一种无人车辆轨迹跟踪与横摆稳定协调控制策略。根据车辆轨迹跟踪模型,基于快速幂次趋近律设计了车辆轨迹跟踪滑模控制器,旨在通过无人车辆自主转向控制跟踪参考轨迹。同时,利用滑模算法设计了车辆横摆稳定控制器,通过横摆力矩控制跟踪参考横摆角速度。考虑到横摆稳定控制器中横向车速未知的情况,设计了横向车速滑模观测器,从而为横摆稳定控制器提供信息输入。此外,利用横摆力矩控制量设计了前轮转向角补偿模块,通过轨迹跟踪和横摆稳定控制器的协调,进一步修正轨迹跟踪精度。利用CarSim和Simulink平台搭建了联合仿真模型。仿真结果表明:所提出的轨迹跟踪与横摆稳定协调控制策略能够实现轨迹跟踪,并兼顾车辆的横摆稳定性。     

基于干扰观测补偿的滑模控制器的设计

针对一类具有未知干扰的输入系统,讨论了一种含有干扰观测补偿的滑模变结构控制设计问题,并采用趋近律的滑模设计方法优化控制律参数,有效地削弱了系统抖振现象,以满足控制系统的鲁棒性和趋近运动动态品质的要求,同时也能改善系统的稳态性能。仿真研究结果表明了该方法的有效性。     

VIENNA整流器PI滑模混合控制与晶闸管软启动研究

针对三相VIENNA整流器采用传统PI双闭环控制时系统参数设计困难、鲁棒性差的问题,提出了一种滑模控制(sliding mode control,SMC)策略。该控制策略外环采用滑模控制器,提高了系统的动态性能和鲁棒性,内环采用PI控制器满足系统稳定性要求并简化了控制系统。此外,为抑制VIENNA整流器的启动冲击电流,提出了一种两段式软启动控制方法。首先,使用晶闸管对直流母线电容进行预充电;其次,在PWM整流过程将直流母线电压给定值设定为以一定斜率增长至期望值的斜坡信号;最后切入直流侧负载。仿真结果表明:采用所设计PI滑模混合控制策略的VIENNA整流器,具有良好的动、稳态性能以及鲁棒性;所提出的两段式软启动控制方法具有良好的抑制冲击电流能力。     

基于双闭环滑模结构的自动泊车路径跟踪控制

为提高自动泊车系统倒车入库时的路径跟踪控制精度,保证在狭小停车场地情况下自动泊入目标车位的成功率,提出一种双闭环的滑模变结构路径跟踪控制方法。将车辆运动学模型的跟踪控制器系统转换成含有位置控制器和姿态控制器的双闭环级联子系统,并设计一种指数和幂次相结合的趋近律,使泊车跟踪路径在有限时间内达到快速收敛。基于Matlab/Simulink搭建了跟踪控制模型。仿真结果表明:设计的路径跟踪控制算法能保证跟踪点快速收敛到理想路径,可提高自动泊车入库的成功率。     

电动助力转向系统滑模变控制技术研究

以电动助力转向系统中直流助力电机的控制器为研究对象，依据助力电机的数学模型，应用带观测器补偿的滑模变结构控制方法，设计了滑模变控制器，通过调节助力电机的电压，获得预期的输出电流。仿真结果表明，所设计的滑模变控制器使助力电机具有很好的动态性能，系统基本无抖动现象，实现了助力电机输出电流对目标电流的跟踪特性。     

模糊PI控制的三相四桥臂有源电力滤波器

针对于三相四桥臂有源电力滤波器(active power filter,APF)直流侧PI系数难以整定的问题,提出了一种基于模糊理论的PI控制器的设计方法。模糊PI控制器通过在传统PI控制器的基础上加入模糊控制算法来降低PI参数的整定难度。理论分析与仿真结果表明:该控制器具有如下优点:参数整定容易;相对于传统PI控制器,具有更好的动态性能和静态性能;APF具有更好的谐波和无功电流的补偿性能;在电网电压扰动的情况下仍能对电容电压进行无静差跟踪。     

基于模型辨识的CMOS图像传感器热电制冷系统滑模控制

为了提高CMOS图像传感器热电制冷系统的工作性能,解决CMOS图像传感器工作时由于积热导致的暗电流问题,提出了基于模型辨识的CMOS图像传感器热电制冷系统滑模控制方法。分析了CMOS图像传感器热电制冷系统的传热机理,进而建立了CMOS图像传感器热电制冷系统在工作点附近的控制模型。针对辨识出的模型在不同工作点参数变化较大的问题,设计了对CMOS图像传感器热电制冷系统参数变化不敏感的基于指数趋近律的滑模控制器,以提高系统的鲁棒性。利用Matlab/Simulink对系统进行仿真分析,仿真结果表明:相比于传统的PID控制算法,滑模控制方法的动态响应和稳态精度均更优。最后,在实际的CMOS图像传感器热电制冷控制系统中进行了实验测试,结果表明:室温20℃的条件下,输入不同的温度指令滑模控制算法的稳态误差均小于PID控制算法,为±0. 1℃,满足CMOS图像传感器热电制冷控制系统的温控精度的要求。     

一种抑制Vienna整流器启动过流控制方法

为解决在传统的双闭环控制系统启动阶段,整流器启动电流过大问题。首先分析了Vienna整流器启动阶段的动态模型,通过构建三相半控整流桥预充电电路,并提出一种两段式启动控制策略,实现对直流母线电容的预充电;在第二阶段,设计启动阶段电压环输出d轴参考电流曲线继续对直流母线电容进行充电,待母线电压上升至设定值时,接入外环控制器和负载进入稳态运行。整个过程可实现电压、电流无超调,且系统能够快速进入稳定状态。仿真实验结果表明:所提基于三相半控整流桥过流控制策略能够有效抑制冲击电流,验证了理论分析的正确性。     

三相VIENNA整流器滑模直接功率控制与软启动研究

三相VIENNA整流器传统双闭环PI控制系统存在动态性能较差、参数设计困难的问题。为此,基于直接功率控制(direct power control,DPC)理论,将滑模控制(sliding mode control,SMC)应用到VIENNA整流器中,控制系统内环采用PI控制器满足系统稳定性要求,系统外环选取滑模变结构控制器以改善系统的动态响应特性及鲁棒性。同时,为解决三电平整流器中点电位波动问题,引入平衡因子,采用正负小矢量相互抵消的方法来平衡中点电位。此外,为有效抑制启动瞬间出现的冲击电流,设计了一种三段式启动控制策略,从而实现对整流器的软启动。最后,在Matlab/Simulink软件中搭建三相VIENNA整流器控制系统仿真模型,验证了滑模直接功率控制策略和软启动方案的正确性和有效性。     

电动轮汽车差动助力转向稳定性控制策略

在建立驾驶员模型、差动转向系统及整车机电系统耦合动力学模型的基础上,考虑了系统存在的不确定因素,分析了驱动转矩和横摆力矩之间的耦合关系。以理想横摆角速度为控制目标,研究了融合模糊逻辑和滑模变结构控制的电动轮汽车差动转向稳定性控制策略。通过模糊逻辑确定滑模趋近律在不同状态下的控制量,以补偿被控系统的不确定性和非线性的影响。仿真结果表明:所设计的稳定性控制器不仅可以有效地解决滑模变结构控制在高频下的抖振问题,而且在不同路面附着系数、不同车速以及侧向风的干扰下均能保证系统具有良好的稳定性。     

主动悬架的滑模控制指数趋近率参数优化

针对车辆主动悬架滑模控制方法中按经验选取指数趋近率参数造成悬架控制效果未能达到预期的问题,提出一种滑模控制参数优化方法,消除了指数趋近率参数选取的随意性,提高了主动悬架的控制效果和控制精度。首先建立1/4车辆主动悬架系统模型,并根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模面系数,使用指数趋近率改善滑模运动段的动态特性;其次分析滑模控制方法中按经验选取指数趋近率参数的缺点,并采用遗传算法对其进行优化。仿真结果显示:与被动悬架和滑模控制悬架相比,优化后的滑模控制悬架二次型性能指标分别减小了7.6%和35.6%,簧载质量加速度均方根值减小了13.3%和45.6%,表明运用遗传算法对滑模控制参数优化后的控制效果优于优化之前,证明了这种优化滑模控制方法的先进性。     

基于电容电荷平衡的Boost型变换器控制研究

针对Boost型功率变换器的常规控制算法存在系统带宽较窄、动态响应缓慢等问题,基于电容电荷平衡原理提出一种新的非线性控制方案。该控制方案采用线性/非线性相结合的复合控制方法,当Boost变换器工作在稳态时采用传统的电压模式控制算法,而当负载电流发生跃变时,则采用非线性控制算法,通过电容电荷平衡控制计算开关管开通和关断的切换时间,从而保证Boost变换器获得最佳的动态性能。对自制的样机进行仿真验证和实验研究,结果表明,该方案能明显改善Boost型DC/DC变换器的超调量、调节时间等动态性能。     

永磁同步电机调速系统模糊滑模双重控制策略

为解决永磁同步电机传统速度控制系统中出现的控制精度低和响应灵敏度不够等问题，课题组提出一种新型的模糊滑模双重控制策略。设计了基于模糊控制和滑模控制的全新电机系统速度环控制结构，结合2种控制方案的优点，使得系统的动态性能明显改善。仿真结果表明该控制系统具有更好的抗干扰能力和更高的准确性，提出的模糊滑模双重控制策略是有效的。     

不确定时滞系统的滑模控制

考虑同时存在状态不确定性和控制不确定性的时滞系统的滑模控制问题,其中控制不确定性是不匹配的。利用Lyapunov方法和线性矩阵不等式技术,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件。利用该线性矩阵不等式的解可以得到所设计的滑模控制律和滑模面。从理论上证明了该滑模控制律能保证状态轨迹被驱动到指定的切换面上。仿真结果验证了该算法的有效性。     

含间隙系统的约束时间最优预测控制

为了解决含间隙机械系统最优控制的计算复杂度问题,设计了基于分段仿射(PWA)模型的约束时间最优预测控制器。为了降低在线控制的计算复杂度,利用动态规划方法在模型的状态和参考跟踪速度的范围内提前计算出了离线的控制律。在跟踪参考速度的实验中,约束时间最优预测控制器具有较好的跟踪控制性能,与约束有限时间最优控制器相比,计算时间降低了十几倍,因此,适合于小采样时间系统的实时跟踪控制。     

滞环容差自适应算法的直接转矩控制研究

传统感应电机直接转矩控制(DTC)系统的滞环控制器为Bang-Bang控制,其滞环容差保持不变,因此低速下被调节的磁链和转矩具有较大脉动。为改善转矩和磁链响应,在传统滞环比较器基础上,提出了一种滞环容差自适应调节控制方法,通过对转矩或磁链误差的当前采样值和历史采样值以及滞环比较历史输出值的综合比较,得到当前滞环输出控制信号,并充分利用零电压矢量和反向电压矢量,达到满意控制效果。仿真结果表明该算法不仅能有效降低定子磁链和转矩脉动,也能够有效降低开关频率,提高了逆变器效率。     

主动转向系统的变传动比设计及电机控制研究

针对传统变传动比曲线会造成电机角加速度波动的问题以及主动转向系统需满足响应速度快、鲁棒性强的要求,首先采用基于函数模型拟合的思路,构造反正切函数模型,通过最小二乘法对基于固定稳态转向系统增益的变传动比曲线进行局部拟合,使得两者在中速段达到最佳逼近。然后根据拟合变传动比曲线设计了全局快速Terminal滑模鲁棒控制律,实现对电机角位移信号跟踪。最后建立Matlab/Simulink仿真模型。与PID算法的对比实验结果表明:全局快速Terminal滑模控制算法响应快、无超调、无抖振,在各种工况下能准确、快速跟踪位置信号。由此可见:拟合变传动比曲线能明显改善电机角加速度的波动;全局快速Terminal滑模算法适用于主动转向系统的角位移控制。