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光学精密工程 2020年第2期28卷 350-362页

作者：刘京邓永停李洪文中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

为了进一步提高光电跟踪系统的目标捕获和跟踪性能,提出了一种基于变增益趋近律的级联滑模控制方法。基于反双曲正弦函数和幂次项设计了新型变增益滑模趋近律,在提高滑模面趋近速度的同时抑制滑模抖振现象;基于变增益滑模趋近律设计速... 详细信息

为了进一步提高光电跟踪系统的目标捕获和跟踪性能,提出了一种基于变增益趋近律的级联滑模控制方法。基于反双曲正弦函数和幂次项设计了新型变增益滑模趋近律,在提高滑模面趋近速度的同时抑制滑模抖振现象;基于变增益滑模趋近律设计速度环和位置环滑模控制器构成级联滑模控制,以提高系统的动态响应性能和鲁棒性,提高系统对目标的捕获能力和跟踪精度。最后,以某球形光电跟踪系统的方位轴作为控制对象,进行了传统级联PI控制和级联滑模控制方法的对比分析。实验结果表明,相比于传统级联PI控制,捕获速度为1(°)/s的目标时,级联滑模控制可以将目标捕获时间减小32%;跟踪等效最大速度为4(°)/s和最大加速度为2(°)/s 2的正弦引导信号,可将跟踪误差RMS值减小31%,采用级联滑模控制可有效提高跟踪系统的控制性能。

关键词：光电跟踪系统变增益趋近律级联滑模控制目标捕获目标跟踪

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基于观测器的双吊具桥吊时变滑模同步控制

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控制工程 2020年第1期27卷 49-56页

作者：岳雅雯徐为民陈天宇陈曦上海海事大学物流科学与工程研究院

为针对双起升桥式吊车双吊具同步运行过程中普遍存在的无法精确建模、系统参数变化、外部扰动未知等问题,采用交叉耦合策略,提出了一种基于非线性扰动观测器的时变滑模同步控制方法。首先,采用时变滑模控制保证了控制器的全局鲁棒性;其... 详细信息

为针对双起升桥式吊车双吊具同步运行过程中普遍存在的无法精确建模、系统参数变化、外部扰动未知等问题,采用交叉耦合策略,提出了一种基于非线性扰动观测器的时变滑模同步控制方法。首先,采用时变滑模控制保证了控制器的全局鲁棒性;其次,利用非线性扰动观测器观测聚合扰动,对控制器进行扰动补偿;此外,提出一种可动态适应控制系统变化的变增益趋近律,有效抑制了控制输入抖振、缩短了趋近时间。最后,利用Lyapunov理论证明控制器的渐进稳定性,并通过仿真结果表明了所提出方法的有效性,控制器在未知扰动存在的情况下仍具有良好性能。

关键词：双吊具同步控制时变滑模非线性扰动观测器变增益趋近律

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一级旋转倒立摆系统的控制策略研究

一级旋转倒立摆系统的控制策略研究

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作者：郝彬燕山大学

学位级别：硕士

倒立摆系统作为一个被控对象具有非线性、强耦合、欠驱动、开环不稳定等典型特点,作为一个实验平台又具有设备简单、便于操作、实验效果直观等优点,越来越多的研究者将倒立摆系统作为衡量、测试、评估比较不同控制算法有效性的基准系统... 详细信息

倒立摆系统作为一个被控对象具有非线性、强耦合、欠驱动、开环不稳定等典型特点,作为一个实验平台又具有设备简单、便于操作、实验效果直观等优点,越来越多的研究者将倒立摆系统作为衡量、测试、评估比较不同控制算法有效性的基准系统。有关倒立摆的控制原理也被应用航天、工程、机器人等各个领域中,针对倒立摆系统的控制主要包括起摆控制、稳定控制及轨迹跟踪控制。本文针对旋转式倒立摆系统的稳定控制问题和轨迹跟踪问题,进行了动力学建模与控制策略研究。本文主要内容如下:首先,在分析系统结构基础上利用拉格朗日方法进行了动力学建模,在系统状态零点附近对模型进行线性化处理得到线性化模型,同时进一步考虑系统内部不确定性及外部扰动得到了系统的非线性动力学模型。其次,针对线性化模型提出了带有自调整项的线性二次型最优控制(LQR)策略,使传统最优控制器的输出根据系统实际情况实现了在线调整,仿真结果表明,该控制器提高了闭环系统的动态性能和稳态性能;随后又通过Quanser公司旋转倒立摆实验平台对上述控制器进行了实验验证,能够成功的实现系统的稳定控制和轨迹跟踪控制。再次,针对传统滑模控制器趋近率设计造成的系统控制输出抖动现象提出了变增益滑模变结构控制策略,有效的削弱了抖动现象,同时还保留了滑模控制设计简便及鲁棒性强的突出特点,仿真结果表明所设计变增益滑模控制器提高了系统的动态特性,同时削弱了系统抖动。最后,提出了基于扩张状态观测器(ESO)的全局动态快速终端滑模控制,ESO用于观测系统存在的内部不确定性及外部扰动,并将观测值补偿到控制律中,提高了系统的抗干扰能力,而全局动态终端滑模成功的解决了常规滑模控制器所存在的抖振问题,同时进一步提高系统的稳定性和鲁棒性。仿真结果说明了所设计ESO-GTSMC控制器的有效性及优越性。

关键词：旋转倒立摆自调整最优控制滑模变结构控制变增益趋近律终端滑模控制扩张状态观测器

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直驱式液压伺服系统控制策略研究

直驱式液压伺服系统控制策略研究

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作者：王思文燕山大学

学位级别：硕士

由于液压伺服系统的响应速度快、负载刚度大等优点，在汽车制造、有色金属冶炼等众多行业得到了较为广泛地应用。基于节流原理设计的阀控系统常造成节流损失，使得能源利用率低。针对这一问题，同时考虑避免由于增加系统装机容量而造成... 详细信息

由于液压伺服系统的响应速度快、负载刚度大等优点，在汽车制造、有色金属冶炼等众多行业得到了较为广泛地应用。基于节流原理设计的阀控系统常造成节流损失，使得能源利用率低。针对这一问题，同时考虑避免由于增加系统装机容量而造成的发热问题、降低系统结构复杂度和成本，相关专家提出了一种新型的直驱式液压伺服系统。本文针对此新型直驱式液压伺服系统的位置跟踪问题，进行了数学建模与控制策略研究。本文主要工作如下：首先，建立了系统的动力学模型，考虑该系统模型中存在零点非连续不可导函数以及系统多目标跟踪要求，建立了具有驱动子系统、换向子系统和液压伺服子系统动力学模型。其次，为了保证系统具备较强的稳定性和更高的跟踪精度，结合滑模变结构响应速度快，对参数时变有良好抗扰性的特点，提出了一种滑模变结构控制器的设计方法。为了解决滑模控制器输出抖动问题，采用了变增益趋近律，该趋近律可有效抑制输出抖动，还可缩短滑模到达时间。再次，由于滑模变结构控制对非匹配性干扰的不灵敏性，在滑模变结构控制器中引入基于扩张状态观测器的补偿控制，设计了基于扩张状态观测器的变增益滑模变结构控制器。最后，仿真结果表明基于扩张状态观测器的变增益滑模变结构控制器可以有效减小跟踪误差，消除抖动，缩短滑模到达时间，增强了伺服系统的动态性能和鲁棒性。

关键词：滑模变结构控制变增益趋近律永磁同步电机扩张状态观测器位置伺服系统

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四自由度并联平台位姿跟踪控制研究

四自由度并联平台位姿跟踪控制研究

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作者：程拓燕山大学

学位级别：硕士

在模拟车辆的实际运动中,平台对目标位姿的跟踪控制是其非常重要的性能指标之一,也是近年来研究并联平台运动控制的热点。由于并联平台本身是一个典型的非线性、强耦合的多输入多输出时变系统,在其运动过程中经常会受到关节系统内部参... 详细信息

在模拟车辆的实际运动中,平台对目标位姿的跟踪控制是其非常重要的性能指标之一,也是近年来研究并联平台运动控制的热点。由于并联平台本身是一个典型的非线性、强耦合的多输入多输出时变系统,在其运动过程中经常会受到关节系统内部参数摄动、非线性关节耦合力以及外部干扰力等不确定性干扰的影响,使得传统的控制方法很难满足其快速、稳定、高精度的运动控制要求。因此,本文以四自由度并联平台为研究对象,针对其位姿跟踪控制问题,以设计出鲁棒性强、控制性能好的运动控制器为目标,对并联平台的控制技术做了深入的研究,主要研究内容如下:首先,建立了平台的运动学模型。通过空间坐标变换原理,得出了平台的运动学反解方程。通过附加位移传感器的方法,获得了平台的运动学正解方程。其次,考虑到系统控制的复杂性、经济性以及稳定性,提出了分散控制的方式,即通过各个关节支路的高精度跟踪实现平台位姿的快速、稳定、高精度位姿跟踪控制,在此基础上,给出了关节支路的控制方法以及数学模型,并完成了控制系统硬件、软件的设计。再次,设计了关节支路控制器。其一,考虑到平台关节伺服系统内部参数摄动、未建模动态等对跟踪效果的影响,采用一种变增益趋近律滑模算法设计了关节控制器,有效的抑制了系统的抖动现象,提高了系统的动态响应性和关节跟踪精度。其二,考虑到滑模变结构控制对负载干扰、关节耦合力等非匹配性外部不确定干扰的不灵敏性,在变增益滑模控制器的基础上设计了基于非线性干扰观测器的变增益滑模关节控制器(SMC-NDO),进一步提高了系统的抗扰性和鲁棒性,实现了关节支路的快速、稳定、高精度跟踪控制。最后,采用分散控制方式,利用设计的变增益滑模关节控制器和SMC-NDO关节控制器对平台的多自由度位姿跟踪控制进行了仿真研究,仿真结果表明,在伺服系统内部参数摄动以及不同外部干扰存在的情况下,所设计的SMC-NDO关节控制器,依然能够很好的实现平台的快速、稳定、高精度的位姿跟踪,达到了良好的控制效果。

关键词：并联平台滑模变结构控制变增益趋近律干扰观测器位姿跟踪

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