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多元干扰下永磁同步电机滑模鲁棒控制

电子器件 2020年第6期43卷 1346-1351页

作者：张柯曹坤洋孔国利河南职业技术学院机电工程学院河南郑州450046 郑州工程技术学院信息工程学院河南郑州450044

为了提高永磁同步电机转子转速在未知负载力矩和电路扰动等影响下的控制精度,提出了一种滑模鲁棒控制方法。首先建立了包含多元干扰的永磁同步电机转速模型,通过设计自适应干扰观测器来估计未知负载力矩的大小,并对其收敛性进行了证明,... 详细信息

为了提高永磁同步电机转子转速在未知负载力矩和电路扰动等影响下的控制精度,提出了一种滑模鲁棒控制方法。首先建立了包含多元干扰的永磁同步电机转速模型,通过设计自适应干扰观测器来估计未知负载力矩的大小,并对其收敛性进行了证明,然后采用非奇异终端滑模面设计了鲁棒控制律,并引入滑模自适应律估计出电路扰动的大小,最终实现了对多元扰动下永磁同步电机的鲁棒控制。实验结果表明:提出的滑模鲁棒控制方法与自抗扰控制方法相比,具有更优的稳定性、准确性和快速性,转速和加速度的最大误差分别仅为0.05 r/s和0.005 r/s2,自适应干扰观测器的估计误差仅为0.1 N·m,滑模自适应律的估计误差仅为0.05 V,大大提高了永磁同步电机转动的控制精度。

关键词：永磁同步电机多元干扰自适应干扰观测器滑模自适应律滑模鲁棒控制

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双臂机器人协调轨迹滑模鲁棒控制算法研究

计算机仿真 2021年第4期38卷 286-290页

作者：贾蓉郑秀娟张金亮湖北汽车工业学院电气与信息工程学院湖北十堰442002 武汉科技大学信息科学与工程学院湖北武汉430081

双臂机器人控制时,受模型精度、外界扰动、关节柔性等因素影响严重,为了降低内外部因素对双臂协调控制性能的干扰,提出了一种关节轨迹滑模鲁棒控制算法。由于滑模控制善于求解非确定系统,因此适用于难以获得精确模型,且外界扰动未知的... 详细信息

双臂机器人控制时,受模型精度、外界扰动、关节柔性等因素影响严重,为了降低内外部因素对双臂协调控制性能的干扰,提出了一种关节轨迹滑模鲁棒控制算法。由于滑模控制善于求解非确定系统,因此适用于难以获得精确模型,且外界扰动未知的机械臂协调控制。在机械臂动力模型与偏差分析的基础上,把关节惯性、离心和重力表示为轨迹控制时的预期输出量,控制力矩表示为鲁棒因子,并根据角位置偏差设计滑模变量与指数趋近律。为避免滑模控制产生抖振,引入自整定边界层,使滑模控制机械臂轨迹收敛于边界层,计算得到最终的控制量与扰动量。基于与构造双臂机器人仿真模型,实验结果验证了关节轨迹滑模鲁棒控制算法能够抑制双臂机器人动作时受到的内外部扰动,避免发生系统抖振现象,有效提高机械臂的控制准确性与稳定性,获得更加协调稳定的双臂运动轨迹。

关键词：双臂机器人滑模鲁棒控制非确定扰动角位置偏差

基于非线性广义时滞模型的水轮机调节系统滑模鲁棒控制研究

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基于非线性广义时滞模型的水轮机调节系统滑模鲁棒控制研究

作者：冯星华中科技大学

学位级别：硕士

水轮机调节系统的精确建模是水力机组过渡过程研究和控制器优化设计的基础,对水电站的安全高效运行以及提高电力系统的稳定性具有非常重要的理论意义和工程价值。我国目前拥有的众多在建或已经建成的大中型水电站,具有装机容量大、过水... 详细信息

水轮机调节系统的精确建模是水力机组过渡过程研究和控制器优化设计的基础,对水电站的安全高效运行以及提高电力系统的稳定性具有非常重要的理论意义和工程价值。我国目前拥有的众多在建或已经建成的大中型水电站,具有装机容量大、过水管道长的特点,相比于常规水电站,其水轮机调节系统呈现更加明显的非线性特性和时滞特性。然而,目前用于理论分析的水轮机调节系统模型广泛采用基于水轮机六传递系数和过水系统弹性水击理论的简化线性定常模型,难以准确描述实际系统在大波动过渡过程以及不同工况下的动态特性。因此,有必要深入研究水轮机调节系统的精确建模方法,从而提高水力机组过渡过程计算的准确性与控制策略研究的有效性,为水电站及电力系统的安全经济运行提供保障。针对水轮机调节系统精确建模,重点研究了基于双三次B样条的水轮机非线性空间曲面模型和基于水击基本方程的过水系统时滞模型,结合电气和机械部分数学模型,建立了水轮机调节系统的非线性广义时滞模型,为水力机组过渡过程精确求解和非线性控制策略研究奠定了基础。水轮机调节系统非线性广义时滞模型的数学本质是一组含有水压时滞项和流量时滞项的微分代数方程,由于时滞项这一边界条件通常是已知的,因此可以将水力机组过渡过程计算问题转化为微分代数方程的数值求解问题进行研究。对于单过水管道水力机组这类index-1型微分代数系统,可以采用正则化方法、迭代法和Matlab ODE15s工具箱进行求解,本文对这三种方法的计算原理与求解步骤进行了详细阐述。选取典型工况进行仿真试验,结果表明迭代法和ODE15s工具箱具有非常高的计算精度,可有效解决水力机组过渡过程精确求解问题。在建立满足匹配条件的水轮机调节系统不确定离散广义时滞模型的基础上,提出了一种具有滑模结构的鲁棒控制方法。针对系统的参数摄动特性和时滞特性,构建了一类包含系统不确定项和滞后项的积分切换面,在此基础上,根据滑模控制系统收敛准则设计系统趋近律,并利用离散系统不确定项可估计的特点推导和设计了系统滑模控制器;为了进一步提高滑模控制器的鲁棒性和动态性能,基于线性矩阵不等式理论推导了系统时滞相关的鲁棒稳定条件,得到了水轮机滑模控制系统的鲁棒稳定域,并以此为优化空间,应用引力搜索算法对满足鲁棒稳定条件的滑模控制参数进行优化,从而完整地建立了基于不确定广义时滞模型的水轮机调节系统滑模鲁棒优化控制器设计方法。针对某试验机组进行仿真试验,结果表明本文所研究的滑模鲁棒优化控制方法能使系统具备良好的动态性能,并且对于系统工况变化具有很强的鲁棒性。

关键词：水轮机调节系统非线性广义时滞模型过渡过程滑模鲁棒控制

基于不确定参数模型的水轮机调节系统滑模鲁棒控制研究

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基于不确定参数模型的水轮机调节系统滑模鲁棒控制研究

作者：胡建军华中科技大学

学位级别：硕士

水轮机调节系统是一个具有非线性、非最小相位特性的复杂控制系统。在工程实践中,考虑工况变化、外部干扰及水流惯性等因素,很难建立水轮机调节系统的精确数学模型,采用基于线性系统理论的方法无法从根本上解决其控制对象的强非线性与... 详细信息

水轮机调节系统是一个具有非线性、非最小相位特性的复杂控制系统。在工程实践中,考虑工况变化、外部干扰及水流惯性等因素,很难建立水轮机调节系统的精确数学模型,采用基于线性系统理论的方法无法从根本上解决其控制对象的强非线性与线性控制规律之间的适配问题。针对水轮机调节系统的强非线性与工况复杂性而导致的难以精确描述其动态特性问题,通过利用多元函数的泰勒公式和拉格朗日中值定理,并进行数学理论推导,将描述水轮机特性的非线性函数转化为线性不确定参数模型;结合建立的有压过水系统二阶弹性水锤模型、发电机及负载模型和执行机构模型,建立了基于状态空间的水轮机调节系统的线性不确定参数模型,为研究水轮机调节系统的滑模鲁棒控制奠定了基础。对于处理基于线性不确定参数模型的水轮机调节系统的动态特性,滑模控制是一种强有力的设计方法,但由于其需要不断进行逻辑切换,不可避免地导致了抖振现象。为解决这个问题,引入鲁棒控制理论,通过构造控制系统输出函数,根据水轮机调节系统不确定参数可估计的特点,构造系统动态特性的上界函数,研究了具有滑模结构的鲁棒控制策略。在建立的复杂非线性仿真平台上,采用滑模鲁棒控制对某水电站机组进行仿真验证,结果表明,所研究的控制策略具有对运行工况变化适应性强和应用方便的特点,是研究水轮机调节系统复杂非线性控制问题的一种有效方法。开展基于不确定参数模型的水轮机调节系统滑模鲁棒控制研究,不仅可以解决复杂水轮机非线性调节系统的控制问题,并具有重要的理论与工程意义。

关键词：水轮机调节系统不确定参数模型滑模鲁棒控制输出函数上界函数

无轴承异步电机悬浮系统滑模鲁棒控制及无速度传感器运行研究

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无轴承异步电机悬浮系统滑模鲁棒控制及无速度传感器运行研究

作者：唐敬伟江苏大学

学位级别：硕士

无轴承异步电机(Bearingless Induction Motor,BIM)是一种结构简单牢固,无轴承摩擦,易于高速和超高速运行的新型特种电机,在制造业、新能源、微电子、生物医学等高新技术领域有着极大的应用潜力。然而,由于BIM内部绕组分布,使BIM有着复... 详细信息

无轴承异步电机(Bearingless Induction Motor,BIM)是一种结构简单牢固,无轴承摩擦,易于高速和超高速运行的新型特种电机,在制造业、新能源、微电子、生物医学等高新技术领域有着极大的应用潜力。然而,由于BIM内部绕组分布,使BIM有着复杂的电磁关系,其转速、电磁转矩与径向悬浮力以及径向悬浮力相互之间都存在着耦合关系,并且BIM在实用化应用中需要两套功率电路进行驱动控制,这些将提高BIM控制系统设计难度以及使用成本。因此,实现BIM解耦控制以及降低BIM使用成本是确保BIM可靠运行以及工业化应用的关键技术难题。为此,在国家自然科学基金(61174055)和江苏省重点研发计划(BE2016150)等课题的资助下,以二自由度BIM为研究对象,对其悬浮系统解耦控制技术以及无速度传感器技术展开理论和实验研究。针对BIM悬浮系统控制的需要,本文提出了基于HJI理论的BIM悬浮系统滑模鲁棒解耦控制策略。首先,在悬浮系统建模时,将系统不确定性以及外界扰动考虑其中,建立新的悬浮系统运动模型。然后,以所设计的滑模鲁棒控制器代替传统的PID控制器,采用的滑模鲁棒控制器不依赖于BIM精确数学模型且可忽略电机参数变化的影响,并通过设计合适的滑模控制律满足HJI不等式鲁棒条件来确保控制系统的稳定性。最后仿真对比实验表明,该方法了实现BIM悬浮系统动态解耦控制并提高了系统的稳定性和抗扰动性能。此外,为了准确实时在线估计BIM转速和实现BIM无速度传感器运行,提出一种基于ISOGI-FLL改进电压模型转子磁链观测方法。该方法以结合FLL环节能实现频率自适应功能的改进二阶广义积分器(ISOGI-FLL)代替纯积分器,同时对采样电流给以滤波处理,幅值和相位补偿。仿真实验表明,与传统电压模型观测方法相比,该方法有着更好的观测效果,同时,以此为基础设计的转速估计算法提高了转速估计精度,减小了转速估计误差,具有较强的鲁棒性。最后,开发设计了基于dSPACE1005系统的BIM实验平台,介绍了外围扩展硬件电路设计原理、软件开发流程以及实验平台操作流程,并完成了实验验证。

关键词：无轴承异步电机 HJI不等式滑模鲁棒控制 ISOGI-FLL dSPACE控制系统

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附加控制输入反演自适应滑模鲁棒励磁控制

控制与决策 2019年第8期34卷 1797-1802页

作者：谷志锋孙晓云余志强朱长青石家庄铁道大学电气与电子工程学院石家庄050043 军械工程学院车辆与电气工程系石家庄050003

为了提高一类非匹配不确定非线性系统的渐近稳定鲁棒控制能力,简化传统反演自适应变结构控制计算,通过引入变结构附加控制输入量,降低子系统虚拟函数反演设计难度,克服传统反演自适应L2增益控制只能保证外部扰动对状态变量的影响小于干... 详细信息

为了提高一类非匹配不确定非线性系统的渐近稳定鲁棒控制能力,简化传统反演自适应变结构控制计算,通过引入变结构附加控制输入量,降低子系统虚拟函数反演设计难度,克服传统反演自适应L2增益控制只能保证外部扰动对状态变量的影响小于干扰抑制系数,而不能实现系统状态变量渐近稳定的不足,且对外部干扰上界没有要求,并给出附加控制输入反演自适应变结构鲁棒控制计算通式.为了验证所提出控制的方法性能,以典型谐波励磁系统为例,对负载突增和单相接地故障两种工作状态进行仿真分析.仿真结果表明,相对于反演自适应L2增益控制方式,励磁系统状态变量渐近稳定能力得到增强,且超调降低、稳定恢复速度加快,对于提高军用电站谐波励磁系统稳定控制能力具有重要意义.

关键词：附加控制输入反演滑模控制自适应滑模控制励磁控制谐波励磁滑模鲁棒控制

基于深度强化学习的机械臂自适应滑模鲁棒轨迹跟踪控制研究

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基于深度强化学习的机械臂自适应滑模鲁棒轨迹跟踪控制研究

作者：卢普伟广州大学

学位级别：硕士

机械臂的动力学具有高度非线性和强耦合等特性,在运动过程中还存在建模误差、未建模动态、关节之间的摩擦、时变外部干扰、参数的测量误差等一系列影响因素,导致难以获取精确的动力学模型,从而影响机械臂的控制效果。因此,有必要对非线... 详细信息

机械臂的动力学具有高度非线性和强耦合等特性,在运动过程中还存在建模误差、未建模动态、关节之间的摩擦、时变外部干扰、参数的测量误差等一系列影响因素,导致难以获取精确的动力学模型,从而影响机械臂的控制效果。因此,有必要对非线性动力学模型进行补偿或者近似处理来提高控制性能。另外,现有的许多控制方法并不具备出色的学习能力,无法在控制过程中学习自适应的控制规律,从而通过控制过程中的信息和被控对象的状态实时调整控制系统的结构或者参数来适应难以预测的不确定性因素。本文对于具有不确定性动力学模型的机械臂,提出了一种基于深度强化学习的自适应滑模鲁棒控制方法,将动力学模型的各种不确定性因素综合为系统的不确定性,利用鲁棒控制消除系统不确定性因素的影响。同时,根据控制过程中的信息和机械臂的状态作为深度强化学习智能体的观测量,在连续的动作空间中调整滑模鲁棒控制器的参数,使系统稳定在最优或者次最优的工作状态。为保证深度强化学习智能体的高效稳定学习,提出了一种结合高斯函数与欧式距离的奖励函数。本文的主要研究内容如下:（1）基于运动学与动力学的理论知识,对二自由度机械臂的正向运动学与逆运动学进行了分析与推导。利用拉格朗日函数的理论知识建立了二自由度机械臂的动力学模型并介绍了相关的动力学特性。（2）基于滑模控制与鲁棒控制的相关理论知识,提出了一种滑模鲁棒（SMR）控制器,利用滑模控制对标称模型进行控制,鲁棒控制用于消除建模误差与时变干扰等不确定性因素的影响。通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环控制系统的渐进稳定性。仿真结果表明,SMR控制器对具有不确定性动力学模型的机械臂具有良好的轨迹跟踪控制性能和鲁棒性。（3）基于深度强化学习的基本理论知识,提出了一种基于深度确定性策略梯度算法（Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG）的自适应滑模鲁棒控制方法（DDPGSMR）,利用DDPG算法根据控制过程信息与机械臂的运行状态,对SMR控制器的参数进行实时调整,使系统保持最优或者次最优的工作状态。仿真结果表明,在SMR控制器的基础上引入DDPG算法对控制器的参数进行整定和实时优化可以有效的改善轨迹跟踪控制的性能并且提高控制系统的适应性和抗干扰性。为了更加全面的分析DDPGSMR的控制性能,将PD、基于径向基函数神经网络（RBFNN）逼近的自适应控制、SMR与DDPGSMR进行轨迹跟踪控制对比。结果表明,DDPGSMR具有更好的轨迹跟踪性能和瞬态性能以及稳态性能。（4）在仿真实验的基础上,搭建了二自由度机械臂的实验平台对DDPGSMR进行轨迹跟踪控制实验。实验结果表明,本文所提出的控制方法可以有效的控制机械臂并且具有较好的适应性。

关键词：机械臂深度强化学习自适应控制滑模鲁棒控制奖励函数

不确定性电液位置伺服系统的滑模鲁棒跟踪控制

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太原重型机械学院学报 2001年第2期22卷 89-93页

作者：段锁林魏聪梅安高成王明智太原重型机械学院太原030024

本文针对存在参数变化的不确定性电液伺服系统的跟踪控制问题 ,提出了一种具有前馈补偿的滑模鲁棒控制器设计方法 ,利用李亚普诺夫方法证明了整个闭环系统的渐近稳定性。应用这种方法于某疲劳试验机电液伺服系统 ,通过仿真验证了该方法... 详细信息

本文针对存在参数变化的不确定性电液伺服系统的跟踪控制问题 ,提出了一种具有前馈补偿的滑模鲁棒控制器设计方法 ,利用李亚普诺夫方法证明了整个闭环系统的渐近稳定性。应用这种方法于某疲劳试验机电液伺服系统 ,通过仿真验证了该方法的有效性。

关键词：不确定性电液伺服系统滑模鲁棒控制疲劳试验机

基于滑模控制的直驱式波浪发电系统MPPT控制策略

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电测与仪表 2018年第10期55卷 90-95页

作者：林巧梅杨俊华蔡浩然杨金明广东工业大学自动化学院广州510006 华南理工大学电力学院广州510641

为提高直驱型波浪发电系统的功率捕获和转换能力,通过分析系统运动方程,建立其数学模型。依据波浪入射频率和幅值,构造系统最优功率输出条件,计算q轴电流参考值,应用滑模变结构控制算法实时跟踪参考电流。针对发电系统中含有的未知干扰... 详细信息

为提高直驱型波浪发电系统的功率捕获和转换能力,通过分析系统运动方程,建立其数学模型。依据波浪入射频率和幅值,构造系统最优功率输出条件,计算q轴电流参考值,应用滑模变结构控制算法实时跟踪参考电流。针对发电系统中含有的未知干扰,引入鲁棒控制,使发电机状态亦能保持实时跟踪最优参考值。仿真结果表明,不论是否有干扰存在,所提控制方案都能实现最优参考电流跟踪和最大功率捕获跟踪,系统鲁棒性提高。

关键词：直驱式波浪发电系统永磁直线发电机最大功率点追踪滑模鲁棒控制