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固定翼UAV路径跟踪的全局稳定积分滑模S面控制

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计算机工程与应用 2023年

作者：陈鹏云张国兵李佳成关通石上瑶中北大学航空宇航学院中北大学软件学院

针对固定翼无人机的三维路径跟踪控制问题，设计了一种基于全局稳定积分滑模S面模型的内外环控制器。控制器外环采用全局稳定积分滑模控制，内环采用S面控制。首先，设计控制器外环的全局稳定积分滑模控制律，并采用Lyapunov理论证明所... 详细信息

针对固定翼无人机的三维路径跟踪控制问题，设计了一种基于全局稳定积分滑模S面模型的内外环控制器。控制器外环采用全局稳定积分滑模控制，内环采用S面控制。首先，设计控制器外环的全局稳定积分滑模控制律，并采用Lyapunov理论证明所设计控制律的稳定性。然后对内环的指令信号设计S面控制器，考虑到S面控制器中求导的复杂性，引入二阶微分器，解决内环中导数存在积分爆炸的问题。半物理仿真试验结果表明，提出的控制器能精确跟踪期望路径，具有良好的控制性能和抗干扰性能。

关键词：无人机全局稳定路径跟踪运动控制滑模控制 S面控制

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基于趋近律的互补积分终端滑模音圈电机控制

电子测量技术 2022年第3期45卷 67-71页

作者：李波梁宇飞李国栋石上瑶中北大学软件学院太原030051 山西省特殊环境下机器人与智能装备技术联合实验室太原030051

音圈电机(VCM)主要应用于小范围直线定位场景,需保证其拥有高精度及高鲁棒性,并且由于电机参数及摩擦力等影响,VCM是非线性且时变的。本文从VCM工作原理分析并建立对应二阶系统模型。控制策略上采用滑模控制和状态观测器的结合,针对滑... 详细信息

音圈电机(VCM)主要应用于小范围直线定位场景,需保证其拥有高精度及高鲁棒性,并且由于电机参数及摩擦力等影响,VCM是非线性且时变的。本文从VCM工作原理分析并建立对应二阶系统模型。控制策略上采用滑模控制和状态观测器的结合,针对滑模控制的抖振问题分别从滑模面和趋近律方向分别提出对应解决方案。滑模面采用互补积分终端滑模控制(CISMC),在减小抖振的基础上,采用齐次理论设计的积分终端滑模实现了有限时间的收敛性;趋近律采用幂次趋近律和fal非线性函数的结合,可以更快的到达滑模面;在滑模控制外采用状态观测器(ESO)对系统扰动等进行前馈补偿,提出了一种基于趋近律的互补积分终端滑模控制(CISMC)。根据推导的数学模型在MATLAB/Simulink中建立系统仿真模型,通过仿真实验表明CISMC+ESO的方案,在跟踪正弦信号相较于互补滑模控制(CSMC)+ESO方案,稳定误差最大减少75%,完全跟踪时间最大减小28.5%;在跟踪斜坡信号时,稳态误差明显减少较大,完全跟踪时间最大减小84%。实验表明其在系统控制精度和鲁棒性方面都有明显提高。

关键词：音圈电机互补滑模控制积分终端滑模趋近律

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基于串级线性自抗扰的四旋翼姿态控制方法

遥测遥控 2024年第1期45卷 38-46页

作者：常哲陈鹏云李佳成石上瑶中北大学航空宇航学院太原030051 中北大学软件学院太原030051

针对四旋翼无人机姿态调整过程中,由于参数不确定性及外界环境干扰,往往给姿态控制带来一定困难。本文研究提出一种基于串级线性自抗扰的四旋翼姿态控制方法。首先建立四旋翼无人机的动力学姿态模型,提出采用串级PID双环路控制架构,将... 详细信息

针对四旋翼无人机姿态调整过程中,由于参数不确定性及外界环境干扰,往往给姿态控制带来一定困难。本文研究提出一种基于串级线性自抗扰的四旋翼姿态控制方法。首先建立四旋翼无人机的动力学姿态模型,提出采用串级PID双环路控制架构,将姿态控制任务分解为内外两个环路。采用Levant微分器提取控制参量,以强化跟踪能力。此外,对原线性自抗扰控制器进行优化,旨在更好地消除外界随机扰动对系统的影响。利用MATLAB Simulink环境对提出的控制方法进行模拟,结果表明相比传统方法,该方法能更好地抑制系统受扰动引起的影响,增强系统对期望信号的跟踪能力,从而明显提高了四旋翼无人机姿态调整的精度与稳定性,以及四旋翼无人机姿态控制的精度和鲁棒性。

关键词：四旋翼无人机线性自抗扰控制串级PID控制 Levant微分器

固定翼UAV路径跟踪的全局稳定积分滑模S面控制

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计算机工程与应用 2024年第13期 353-360页

作者：陈鹏云张国兵李佳成关通石上瑶中北大学航空宇航学院中北大学软件学院

针对固定翼无人机的三维路径跟踪控制问题，设计了一种基于全局稳定积分滑模S面模型的内外环控制器。控制器外环采用全局稳定积分滑模控制，内环采用S面控制。设计控制器外环的全局稳定积分滑模控制律，并采用Lyapunov理论证明所设计控... 详细信息

针对固定翼无人机的三维路径跟踪控制问题，设计了一种基于全局稳定积分滑模S面模型的内外环控制器。控制器外环采用全局稳定积分滑模控制，内环采用S面控制。设计控制器外环的全局稳定积分滑模控制律，并采用Lyapunov理论证明所设计控制律的稳定性。对内环的指令信号设计S面控制器，考虑到S面控制器中求导的复杂性，引入二阶微分器，解决内环中导数存在积分爆炸的问题。半物理仿真试验结果表明，提出的控制器能精确跟踪期望路径，具有良好的控制性能和抗干扰性能。

关键词：无人机全局稳定路径跟踪运动控制滑模控制 S面控制

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基于NLESO的音圈电机互补滑模位置控制

电子测量技术 2021年第19期44卷 16-20页

作者：梁宇飞石上瑶武涛张志兵中北大学机械工程学院太原030051 山西省特殊环境下机器人与智能装备技术联合实验室太原030051

音圈电机(VCM)对控制系统的精度及鲁棒性拥有较高的要求。针对其工作中存在因电机参数和机械摩擦力变化而造成非线性电磁特性的问题,对音圈电机进行原理分析并建立对应数学模型,将系统数学模型中不可测及未知干扰部分定义为总和干扰,利... 详细信息

音圈电机(VCM)对控制系统的精度及鲁棒性拥有较高的要求。针对其工作中存在因电机参数和机械摩擦力变化而造成非线性电磁特性的问题,对音圈电机进行原理分析并建立对应数学模型,将系统数学模型中不可测及未知干扰部分定义为总和干扰,利用非线性扩张状态观测器(NLESO)估计系统位置及总和扰动,将估计的总和扰动部分前馈补偿到控制回路中,由此提出一种基于非线性扩张状态观测器的闭环互补滑模位置控制算法。根据推导的数学模型在MATLAB/Simulink中建立系统仿真模型,通过仿真实验表明NLESO+CSMC的方案相较于传统传统滑模控制在稳态误差方面最大可以减小95.5%,完全跟踪时间最大可以减小0.158 s,而且在改变期望信号后依旧保持较好的跟踪性能,提高了控制系统的精度及鲁棒性。

关键词：音圈电机互补滑模控制非线性扩张状态观测器位置控制

基于SMO的PMSM无模型无差拍预测电流控制

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机械设计与制造工程 2023年第1期52卷 95-100页

作者：郭义超石上瑶刘亚楠陈嘉伟中北大学机械工程学院山西太原030051 中北大学软件学院山西太原030051

为提高永磁同步电机(PMSM)控制系统的鲁棒性,针对永磁同步电机参数失配问题,提出一种基于改进滑模观测器的无模型无差拍预测电流控制(MFDPCC-SMO)算法。首先,基于理想状态下的PMSM模型,利用电流环的输入与输出,构建PMSM新型超局部模型... 详细信息

为提高永磁同步电机(PMSM)控制系统的鲁棒性,针对永磁同步电机参数失配问题,提出一种基于改进滑模观测器的无模型无差拍预测电流控制(MFDPCC-SMO)算法。首先,基于理想状态下的PMSM模型,利用电流环的输入与输出,构建PMSM新型超局部模型。其次,使用双曲正切函数建立改进滑模观测器(SMO),利用SMO对超局部模型的干扰部分进行实时估计。最后,结合延时补偿的无差拍预测电流控制(DPCC)得到参考电压矢量,从而实现MFDPCC-SMO控制算法。对参数失配情况下MFDPCC-SMO算法与MPCC算法进行对比分析,仿真与实验结果表明,所提算法有较强的抗干扰性和鲁棒性,能够稳定跟踪目标电流。

关键词：永磁同步电机超局部模型无模型预测控制参数失配滑模观测器

基于Super-Twisting滑模S面的无人机路径跟踪控制

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火力与指挥控制 2024年第2期49卷 11-17页

作者：张国兵石上瑶李佳成常哲陈鹏云中北大学航空宇航学院太原030051

针对小型固定翼无人机在执行任务时跟踪精度低以及容易受外界风影响的问题,设计基于Super-Twisting滑模S面(STSM S-Plane)的路径跟踪控制器,同时采用内外双环控制模式。外环即速度环采用Super-Twisting滑模控制,内环即姿态环采用S面控... 详细信息

针对小型固定翼无人机在执行任务时跟踪精度低以及容易受外界风影响的问题,设计基于Super-Twisting滑模S面(STSM S-Plane)的路径跟踪控制器,同时采用内外双环控制模式。外环即速度环采用Super-Twisting滑模控制,内环即姿态环采用S面控制。考虑到S面控制求导易导致积分爆炸的问题引入了二阶微分器,并对外界风组成进行建模研究。最后通过空间特殊曲线来验证所设计算法的控制性能。仿真结果表明,所设计的算法可以实现固定翼无人机对期望路径的精确跟踪,并具有良好的鲁棒性和抗干扰性能。

关键词：固定翼无人机 Super-Twisting滑模 S面控制风干扰

基于FPGA和ARM的音圈电机式振镜驱动器设计

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微特电机 2021年第12期49卷 40-44页

作者：梁宇飞石上瑶张栋武涛中北大学机械工程学院太原030051

针对现有音圈电机式振镜驱动控制器存在的诸多不足,提出一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)和进阶精简指令集机器(ARM),再配合外围电路的异构驱动控制方法,外围驱动电路依据工程需求对应设计。根据FPGA和ARM两种处理器各自的优势划分功... 详细信息

针对现有音圈电机式振镜驱动控制器存在的诸多不足,提出一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)和进阶精简指令集机器(ARM),再配合外围电路的异构驱动控制方法,外围驱动电路依据工程需求对应设计。根据FPGA和ARM两种处理器各自的优势划分功能,其中ARM主要用于系统初始化、信号采样、模拟信号输出、位置环电流环闭环控制等,FPGA主要负责激光打标图象点数据集的处理、上位机通讯功能、与ARM之间的数据交换等。驱动电路仿真实验表明电路设计是合理的,可以达到所需要求。

关键词：电机驱动控制直线式音圈电机现场可编辑逻辑门阵列进阶精简指令集机器

一种位域比例观测器及其在火电机组过程控制中的应用

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广东电力 2023年第2期36卷 135-142页

作者：李军黄卫剑陈锦攀石上瑶陈鹏云梁爽广东电网有限责任公司电力科学研究院广东广州510080 南方电网电力科技股份有限公司广东广州510080 中北大学软件学院山西太原030051 广东女子职业技术学院广东广州511450

随着新型绿色能源装机容量的快速增长,电网亟需快速增加深度调峰、快速调频能力。现有火电机组是实现电网快速增加深度调峰、快速调频能力的主力军。工程最速控制器(engineering fastest controller,EFC)奠定了现有火电机组实现电网快... 详细信息

随着新型绿色能源装机容量的快速增长,电网亟需快速增加深度调峰、快速调频能力。现有火电机组是实现电网快速增加深度调峰、快速调频能力的主力军。工程最速控制器(engineering fastest controller,EFC)奠定了现有火电机组实现电网快速增加深度调峰、快速调频能力的良好基础,但在其应用过程中发现,重要过程参数大幅超标的风险始终无法避免。针对此,运用一位式控制技术发明一种位域比例观测器(position zone proportion observer,PZPO),并结合EFC应用,进一步提升EFC的综合控制性能,有效降低了重要过程参数大幅超标的风险。仿真实验验证了PZPO的应用效果,典型工程应用案例证明PZPO进一步提升了火电机组深度调峰、快速调频能力,有助于新型绿色能源的消纳和快速发展。

关键词：新型电力系统火电机组过程参数工程最速控制器位域比例观测器位式控制