广义系统的快速终端滑模控制

研究了一类广义系统的快速终端滑模控制问题。通过非奇异线性变换把广义系统变换成受限等价形式,利用Lyapunov函数的方法,提出了一种新的指数型快速终端滑模控制策略,给出了特殊的指数型终端滑模超曲面,设计了相应的终端滑模控制器,使得闭环系统渐进稳定,实现了滑模运动,保证了系统状态变量以较快的收敛速度在有限时间内到达平衡点。给出了数值算例,说明了设计的可行性和有效性。     

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FPGA数字PLL谐振频率的跟踪研究

针对谐振频率漂移造成无线电能传输系统(MCR-WPT)传输效率低下的问题,提出一种自适应全数字锁相环的频率跟踪控制方法。采用FPGA实现的数字锁相环(PLL)跟踪发射线圈电流电压相位信号,确保发射线圈处于谐振工作状态。设计了数字锁相环的鉴相器模块、2阶环路滤波器模块以及数控振荡器模块。利用ModelSim对数字锁相环的跟踪性能进行仿真测试,得出环路增益、环路带宽对跟踪性能的影响。研制了数字PLL控制的小功率MCR-WPT系统。实验结果表明:在增益为35 Hz、初始频差小于50 Hz的情况下,电流电压信号稳态相差为零,该方法在谐振频率漂移时能完成对频率的快速跟踪,有效地提高了MCR-WPT传输效率和传输功率。     

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。     

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。     

隔离型准Z源逆变器滑模控制策略研究

针对隔离型准Z源网络在直流侧存在非最小相位现象,导致其直流链电压和变压器副边电容电压易产生超调和振荡的问题,提出一种基于分段幂次趋近律的滑模控制器用于控制直流链电压。首先根据电感电流、电容电压误差及其积分设计相应的滑模面,并分析其存在可达性,之后设计分段幂次趋近律解决传统滑模控制策略中动态响应慢、抖振大的问题。仿真和实验结果表明:设计的控制器能够很好地稳定直流链电压,相比传统滑模控制器具有更好的动态响应能力和鲁棒性。     

利用匹配滤波改进MIMO预编码方案

针对多用户多输入多输出(MIMO)系统下行链路的共信道干扰(CCI)问题,提出了一种可以实现发射机和接收机联合设计的预编码方案。该方案假定接收机为匹配滤波器,避免了最小均方误差(MMSE)准则下发射机和接收机联合设计中的迭代操作,同时将迫零处理引入MMSE方法,完全消除了CCI。为进一步简化联合设计问题,对等效信道矩阵进行奇异值分解,将向量优化问题转化为标量优化问题。仿真结果表明,与其他非迭代的预编码方案相比,该联合设计的预编码方案可以获得更好的平均误比特率性能和总容量性能。     

滑模控制的PMSM调速系统抗负载性能研究

针对永磁同步电机(PMSM)调速系统在突加负载时产生的抖动现象,基于矢量控制的电机调速系统,设计了一种将永磁同步电机速度环上用滑模控制代替传统比例积分(PI)控制的新方法;建立了这两种控制方法的Matlab/Simulink仿真模型,同时搭建了永磁同步电机的负载试验台。结果表明:改进的滑模控制方法在电机突加负载时,电机转速恢复稳定值时间比PI时减小了83%;在恢复稳定转速后,采用滑模控制比PI控制的电机转速稳态误差减少了90%;验证了所提出的滑模控制方法具有较强的抗负载能力,很大程度上改善了电机的响应速度。通过试验研究分析,得到了PI控制的转速偏差大于滑模控制的转速偏差的试验结果,进一步验证了在电机达到稳定状态突加负载后,滑模控制的永磁同步电机具有良好的抗负载性和系统稳定性。     

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。     

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。     

线性不确定系统的鲁棒滑模观测器设计与仿真

在研究线性不确定系统一类滑模观测器的基础上,应用奇异值分解技术对系统进行降阶处理,设计了一种新颖的鲁棒滑模观测器;并提出优化滑模策略,给出严格论证,保证对系统不确定性以及外界干扰具有鲁棒性;采用Lyapunov函数作为稳定观测器的判别条件,使设计的观测器一致收敛,状态估计达到预期的指标;同时给出鲁棒滑模观测器的线性反馈矩阵和非线性反馈矩阵计算算法;通过仿真实例验证所设计的鲁棒滑模观测器的有效性。     

基于改进型滑模观测器的变频洗衣机用PMSM无位置传感器控制

针对永磁同步电机( PMSM)位置传感器成本高、维护难等问题,设计了一套用于变频洗衣机的PMSM无位置传 感器控制方案。采用改进型滑模观测器(SMO)实现电机转子位置与转速的估算,通过三电阻采样方式来检测三相电流, 有效地降低了系统成本。系统采用矢量控制模式,针对洗衣机负载波动大、运行速度高的特点,在电流内环设计中增加 了电压前馈补偿解耦控制环节,与传统PI调节器相比,该方案能够改善电流跟踪效果,提高控制性能。最后,在洗衣机 样机平台上进行了实验验证,实验结果证明该控制方案运行可靠,控制效果良好,能够满足洗衣机的工作要求。     

倒立摆滑模变结构控制器的设计与实现

倒立摆是检验控制算法性能优劣的理想装置,滑模变结构控制策略以其滑动模态的完全鲁棒性而备受关注。本文以天龙I型倒立摆为控制对象,研究对其实现有效控制的滑模变结构控制策略。首先建立了倒立摆的数学模型;其次根据模型特点设计了滑模变结构控制器,最后通过仿真和实物控制两种手段,验证了所论控制策略的正确性和可行性。     

基于非线性约束的涡轮压缩机滑模变结构PI控制仿真研究

为了使燃料电池堆化学反应更加充分,提高发电效率,根据涡轮压缩机驱动原理建立燃料电池堆的涡轮压缩系统模型。基于永磁同步电机驱动数学模型定义控制参数变量,使用高速涡轮压缩机和机电阀控制燃料电池系统中的空气质量流量和压力。针对传统PI控制器进行改进,提出了一种可在不同控制结构上改装的变结构抗饱和策略,设计涡轮压缩机滑模变结构PI控制器。采用Matlab软件对空气质量流量和压力跟踪误差进行仿真,与传统PI控制方法进行对比。结果显示:与PI控制方法相比,涡轮压缩系统采用滑模变结构PI控制方法,空气质量流量和压力跟踪误差较小,控制系统相对稳定。采用滑模变结构PI控制方法,能够提高控制系统的响应速度和跟踪精度,提高燃料电池发电效率。     

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。     

基于扩张状态观测器的一类未知非线性不确定系统滑模控制

研究了基于扩张状态观测器的一类n阶未知非线性不确定系统的滑模控制问题.在系统状态已知的前提下,利用滑模控制思想将一个n阶未知非线性不确定系统方程转化为一个关于切换曲面函数的一阶非线性方程,然后利用二阶扩张状态观测器来估计转化后的一阶非线性方程的非线性函数和扰动.为了消除滑模控制项所带来的抖振,引入边界层.利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性,完成了系统输出跟随系统输入的目的.由于系统中存在扩张状态观测器,本文的控制方法不依赖于被控对象的数学模型,具有很强的鲁棒性.仿真的结果表明了本文方法的可行性.     

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。     

模糊软切换控制的汽车SBC研究

研究了电子感应控制汽车制动系统(SBC)的模糊和滑模变结构控制方法。根据模糊推理估计集成不确定边界,利用双曲正切函数代替符号函数实现软切换连续控制。设计了模糊软切换控制汽车SBC制动系统,使用Matlab/Simulink软件进行计算机仿真,并在试验台上进行制动性能试验。结果表明仿真结果和试验台上的试验结果基本一致;减小了抖振,制动平稳,制动距离和制动时间短,能有效改善汽车制动性能。     

模糊自适应滑模控制研究

针对传统滑模变结构控制器(SMC)的抖振现象,提出了一种模糊自适应滑模控制方法.该方法采用模糊逻辑系统来代替传统的SMC中不连续的控制信号,以削弱其由于不连续切换引起的抖振.另外,为了补偿实际应用中系统的不确定性,给出了相应的自适应算法,以调节模糊系统的参数,并给出了算法的Lyapunov稳定性证明.最后,通过对一个感应电机位置控制的数值仿真计算,验证了方法的有效性.     

轧机液压伺服系统滑模变结构控制

针对轧机液压伺服系统的非线性模型进行了研究,考虑板材的坑洼问题、黏滞摩擦力、系统参数不确定等非线性特性,设计了一种滑模变结构控制器,并分析了滑模中参数K的取值范围,以保证系统的稳定性。仿真实验结果表明:所设计的滑模变结构控制器可有效克服轧机液压系统的摩擦非线性以及板材坑洼等问题,对系统参数的不确定性有较好的鲁棒性,其响应速度、稳态误差、抗干扰特性均优于模糊PID控制。