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44 篇 期刊文献
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作者

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2 篇 王丽梅
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语言

80 篇 中文

检索条件"主题词=非奇异快速终端滑模控制"

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详细简洁

排序：

基于复合滑模控制的永磁同步电机无位置传感器控制研究

基于复合滑模控制的永磁同步电机无位置传感器控制研究

引用

作者：张磊江苏大学

学位级别：硕士

永磁同步电机因其具备体积小、功率密度高以及结构简单等优点而被广泛应用于工业、农业、军事等多个领域。但是永磁同步电机作为一个复杂的非线性系统,容易受到内部参数摄动和外部干扰等不确定因素的影响,为提升永磁同步电机的控制性能... 详细信息

永磁同步电机因其具备体积小、功率密度高以及结构简单等优点而被广泛应用于工业、农业、军事等多个领域。但是永磁同步电机作为一个复杂的非线性系统,容易受到内部参数摄动和外部干扰等不确定因素的影响,为提升永磁同步电机的控制性能,本文将滑模控制理论与扩张状态观测器相结合,对永磁同步电机复合滑模控制策略以及无位置传感器控制技术展开研究。具体内容包括如下:首先,介绍永磁同步电机在三类不同坐标系下的数学模型,并在空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基础上,搭建永磁同步电机矢量控制系统,为后续控制算法的研究提供理论基础。其次,在永磁同步电机速度控制器设计中,提出一种复合滑模控制器。针对滑模控制中存在的抖振等问题,提出一种新型滑模趋近律,该趋近律可以根据系统状态距离平衡点的远近动态调整收敛速度,然后结合该趋近律设计改进型非奇异快速终端滑模速度控制器,提升系统动态性能的同时又抑制滑模抖振。此外,为了减弱外部负载扰动对系统的影响,设计内模扰动观测器进行前馈补偿,从而增强系统的鲁棒性。再次,在无位置传感器控制中,提出基于变增益扩张状态观测器的转子位置与转速估计方法。针对传统滑模观测器存在噪声大、精度低等缺点,设计变增益扩张状态观测器对反电动势进行估计。以永磁同步电机两相静止坐标系下的电流方程为基础,将其中未知的反电动势扩张成新的状态变量,同时引入自适应函数将观测器中的固定增益参数变换为时变形式以抑制微分峰值现象发生。然后通过归一化锁相环技术,从反电动势的估计值中解算出电机转子位置和转速信息以保证估计精度。最后,搭建基于DSP TMS320F28335为控制核心的数字控制实验平台。其中,硬件设计部分主要包括主驱动电路、电源电路、检测电路以及保护电路等;软件部分主要包括主程序、中断服务子程序以及故障保护程序的设计,并编写相关程序对PMSM样机开展实验,实验结果验证了所提算法的有效性。

关键词：永磁同步电机非奇异快速终端滑模控制扰动观测器扩张状态观测器无位置传感器控制

来源：评论

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永磁直线同步电机驱动控制系统扰动抑制策略研究

永磁直线同步电机驱动控制系统扰动抑制策略研究

引用

作者：周学谦中国矿业大学

学位级别：硕士

永磁直线同步电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)采用直驱传动模式直接驱动运动执行部分,能有效提高系统的传动刚度和传递效率,并通过省去中间传动环节来实现进给系统的“零传动”。因此,采用直驱传动模式的直线电... 详细信息

永磁直线同步电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)采用直驱传动模式直接驱动运动执行部分,能有效提高系统的传动刚度和传递效率,并通过省去中间传动环节来实现进给系统的“零传动”。因此,采用直驱传动模式的直线电机在工业自动化领域获得广泛应用。然而PMLSM在运行过程中容易受到参数摄动、推力波动以及其它不确定性因素的影响,为了提高PMLSM的控制性能,本文分析了PMLSM各种类型扰动的产生机理,通过设计具有强扰动抑制性能的控制策略来提高直线电机的速度平稳度以及定位精度。电流环作为驱动控制系统的最内环,其控制性能直接决定输出推力的品质,针对d、q轴电流的交叉耦合以及参数摄动等扰动问题,采用全解耦线性自抗扰控制策略对PMLSM电流环进行解耦控制。通过对控制器扰动抑制性能与跟踪性能之间解耦进一步简化系统参数整定过程。最后通过仿真和实验验证了基于全解耦线性自抗扰控制器的有效性。定位力是造成直线电机推力波动的主要原因。将有限元仿真得到的定位力模型作为系统已知扰动,其它未知扰动扩张为系统状态变量构建出PMLSM扩张状态空间表达式。基于系统扩张状态方程设计PMLSM速度环滑模-自抗扰复合控制器,采用变系数双幂次趋近律的非奇异快速终端滑模控制可以实现系统状态的全局快速收敛,通过构建超螺旋滑模观测器来观测系统集总扰动并进行实时前馈补偿。最后通过仿真和实验验证了滑模-自抗扰控制器可以有效削弱直线电机推力波动带来的不利影响,提高了直线电机的动态响应速度以及速度平稳度。针对直线电机往复运动的轨迹跟踪控制,采用PMLSM位置-电流双闭环控制系统,设计一种基于超螺旋算法的二阶非奇异快速终端滑模控制,削弱了传统滑模控制的抖振问题。针对直线电机在转向时由摩擦力不连续等原因导致的位置误差增大问题,利用自适应算法对滑模控制增益进行在线调节,提高系统控制精的度同时克服了滑模控制抑制扰动需要确定扰动边界的局限性。最后通过仿真和实验验证了自适应超螺旋算法的有效性。本文有图61幅,表4个,参考文献94篇。

关键词：永磁直线同步电机推力波动抑制线性自抗扰控制非奇异快速终端滑模控制轨迹跟踪控制

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载荷突变下无人搬运车永磁同步驱动电机调速控制研究

载荷突变下无人搬运车永磁同步驱动电机调速控制研究

引用

作者：于水胜盐城工学院

学位级别：硕士

无人搬运车作为一种自动化、智能化的运输设备,因其智能化程度高、机动能力强、控制精度高等优势被广泛地应用。无人搬运车速度精确控制是稳定运行、精确作业的根本保证,而实现速度的精确控制取决于驱动电机调速系统的控制性能。无人搬... 详细信息

无人搬运车作为一种自动化、智能化的运输设备,因其智能化程度高、机动能力强、控制精度高等优势被广泛地应用。无人搬运车速度精确控制是稳定运行、精确作业的根本保证,而实现速度的精确控制取决于驱动电机调速系统的控制性能。无人搬运车在工作时,由于装卸货物会使其载荷发生突变,从而引起驱动电机负载发生突变。而这种突变会引起永磁同步电机的转速波动,进而影响无人搬运车的正常工作。因此,为了保证无人搬运车在载荷突变时速度控制性能,对无人搬运车永磁同步电机的调速控制展开研究,主要的研究内容如下: （1）建立永磁同步驱动电机数学模型。首先分析无人搬运车载荷突变时的驱动电机特性,然后根据坐标变换理论,推导出永磁同步电机简化的数学模型;最后介绍矢量控制和空间矢量脉宽调制原理,采用矢量控制法进行电机控制,并基于id=0控制搭建了永磁同步电机矢量控制系统模型。（2）设计非奇异快速终端滑模控制器。针对传统的PI控制在无人搬运车载荷变化时永磁同步电机速度波动大、响应速度慢等不足,结合滑模控制抗扰性强、响应速度快的特点和无人搬运车变载荷工作状况,设计了一种抗扰动能力强、动态性能好的新型趋近律的滑模速度控制器,并通过李雅普诺夫稳定性定理验证了控制器的稳定性。（3）设计滑模扰动观测器。根据扰动观测器原理,针对电机工作时存在的外部扰动,设计了负载扰动观测器。滑模扰动观测器通过已知量电流和电磁转矩来实现对未知量负载扰动的观测,并将观测值前馈补偿到永磁同步电机电流环中,与第三章速度控制器构成一种基于扰动前馈补偿的复合控制器。（4）仿真与实验验证。在MATLAB/Simulink中搭建基于扰动前馈补偿的非奇异快速终端滑模速度控制器仿真模型,进行滑模扰动观测器与速度控制器仿真分析,通过对比仿真结果可知,滑模扰动观测器能够快速准确地观测出负载扰动,本文提出控制策略具有良好的抗扰性能和动态性能。最后进行实验验证,通过与PI控制、滑模控制实验对比,进一步验证了本文提出的控制策略的正确性和有效性。

关键词：无人搬运车永磁同步电机非奇异快速终端滑模控制滑模扰动观测器

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遥感式水下机器人姿态轨迹跟踪控制算法研究

遥感式水下机器人姿态轨迹跟踪控制算法研究

引用

作者：李卓城广东海洋大学

学位级别：硕士

随着陆地资源日渐短缺,对海洋资源的勘探与开发已成必然趋势。我国作为世界大国和海洋大国,对探索海洋技术的研发更是刻不容缓。遥感式水下机器人(ROV)作为海洋探测与开发的核心装备,开展相关的技术研究具有极其重要的理论意义与实际工... 详细信息

随着陆地资源日渐短缺,对海洋资源的勘探与开发已成必然趋势。我国作为世界大国和海洋大国,对探索海洋技术的研发更是刻不容缓。遥感式水下机器人(ROV)作为海洋探测与开发的核心装备,开展相关的技术研究具有极其重要的理论意义与实际工程价值。为应对复杂的海洋作业环境,提高ROV对困难任务的处理能力,优秀的运动控制性能必不可少。因此,本文结合先进控制理论对ROV的运动姿态控制算法进行研究,主要研究内容如下: (1)针对ROV复杂工况导致的系统不确定性与外部环境干扰问题,设计了一种改进的非奇异快速终端滑模超平面,以提供相比传统滑模控制更强的鲁棒性与收敛速度,并将该超平面的积分项作为本算法的滑模面,通过积分隐藏算法的切换项以抑制输出抖振现象。同时,为解决控制参数增多所导致的调参困难问题,设计了一种改进混沌粒子群算法,利用系统误差反馈对参数进行自主寻优,从而进一步提高算法的控制性能。最后,对其稳定性进行了严格地分析与证明,并用仿真实验验证了其有效性。 (2)进一步,结合前文理论基础设计了一种非奇异快速终端超螺旋滑模控制器,通过引入超螺旋(Super-Twisting)理论以解决积分滑模收敛慢的问题,极大提高算法的动态响应速度与输出抖振抑制能力。同时,针对ROV推进器功率限制问题,设计了一种输入饱和补偿器,以消除输入饱和对系统的非线性干扰,提高算法在实际工况下的控制性能。最后,分别对ROV的理想工况与模拟现实工况进行了仿真实验,验证了算法的优秀控制性能及实际工程应用的可行性。 (3)更进一步,针对现有ROV控制无法实现收敛时间精确控制的问题,提出了一种改进的预定义时间控制设计方法,其对原有复杂的设计流程进行简化,并通过严格推导证明了其可实现单一参数精确控制算法收敛时间。在此基础上,结合前文所提的改进非奇异快速终端滑模理论设计了一种预定义时间控制算法,该算法可根据系统状态自适应切换收敛主导项,以提高ROV轨迹跟踪控制精度,实现收敛时间精确可控,解决高增益控制所导致的高功耗问题。最后,通过多组仿真实验验证了该算法的有效性。

关键词：遥感水下机器人(ROV) 非奇异快速终端滑模控制超螺旋滑模控制输入饱和补偿预定义时间控制

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两轴倾转旋翼无人机的控制方法研究

两轴倾转旋翼无人机的控制方法研究

引用

作者：南海骄河南大学

学位级别：硕士

随着技术发展和成本降低,小型化无人机逐渐服务于越来越多的行业中。无人机技术在工业4.0进程中将发挥巨大的作用,而愈加复杂的工作环境和任务要求对无人机的外形结构和运动性能提出了新的挑战。两轴倾转旋翼无人机作为一种新型旋翼无人... 详细信息

随着技术发展和成本降低,小型化无人机逐渐服务于越来越多的行业中。无人机技术在工业4.0进程中将发挥巨大的作用,而愈加复杂的工作环境和任务要求对无人机的外形结构和运动性能提出了新的挑战。两轴倾转旋翼无人机作为一种新型旋翼无人机,通过改变两个旋翼的转速和倾转角度可以实现控制飞行姿态的目的。这种机型不但具备旋翼无人机垂直起降的能力,同时相对于多旋翼无人机拥有尺寸小、转向灵活以及飞行效率高的优势。另外,两轴倾转旋翼无人机作为一个非线性、强耦合的多输入多输出系统,对外界干扰非常敏感,因此研究其可靠的控制系统具有重要的理论意义。本文将两轴倾转旋翼无人机作为研究对象,主要完成了以下工作:首先,通过分析两轴倾转旋翼无人机的结构特点确定了飞行运动机理,然后建立坐标系变换关系用于描述无人机的位置和姿态信息。在此基础上,根据Newton-Euler方程建立两轴倾转旋翼无人机的动力学模型表达式。根据运动机理设计了两轴倾转旋翼无人机的控制系统结构并使用PID控制方法验证了模型的有效性和控制系统的可行性。然后,为了提高两轴倾转旋翼无人机的抗干扰性能,设计了双幂次趋近律的非奇异快速终端滑模控制器对两轴倾转旋翼无人机进行姿态跟踪。双幂次趋近律保证了系统状态能够在全局范围内快速收敛至滑模面上,而非奇异快速终端滑模控制能够使系统状态在有限时间内从滑模面上收敛至平衡点。将非奇异快速终端滑模控制与传统滑模控制以及PID控制进行仿真对比,结果表明了非奇异快速终端滑模控制在模型存在参数不确定性时具有良好的鲁棒性。另外,在相同外部扰动下,非奇异快速终端滑模控制表现出更高的跟踪精度。最后,搭建了两轴倾转旋翼无人机的软硬件系统。硬件部分包括两轴倾转旋翼无人机的外形结构设计、模块选型以及试验机组装。软件部分是基于Free RTOS实现的,包括任务逻辑设计、输入信号读取、传感器数据读取与处理、姿态解算以及控制算法实现等。通过仿真验证了在姿态解算环节中Mahony算法比一般互补滤波算法效果更好。最终在搭建的试验机上进行了姿态跟踪实验和飞行实验,验证了提出的控制策略的有效性。

关键词：两轴倾转旋翼无人机动力学建模非奇异快速终端滑模控制姿态控制

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双连杆柔性臂鲁棒控制研究

双连杆柔性臂鲁棒控制研究

引用

作者：陈森林吉林化工学院

学位级别：硕士

近年来,柔性控制广泛应用在医疗、汽车、建筑、制造、军事、航天等领域。然而,柔性臂由于其自身特殊的柔性机构、各状态变量之间的强耦合性以及运动过程中的非线性动态等,导致其是较为复杂的被控对象,因此研究二自由度柔性臂的控制方法... 详细信息

近年来,柔性控制广泛应用在医疗、汽车、建筑、制造、军事、航天等领域。然而,柔性臂由于其自身特殊的柔性机构、各状态变量之间的强耦合性以及运动过程中的非线性动态等,导致其是较为复杂的被控对象,因此研究二自由度柔性臂的控制方法,实现柔性机械臂的高精度轨迹跟踪控制、提高系统抗干扰能力,具有重要的实际意义。具体研究内容如下: (1)根据二自由度柔性机械臂运动特性和工作原理,利用Hamilton原理和Lagrange方程,建立柔性臂系统非线性数学模型,并对非线性数学模型进行优化,建立状态空间形式的线性模型,同时证明了线性模型的可控、可观性。 (2)针对二自由度柔性臂系统的轨迹跟踪问题,提出了一种非奇异快速终端滑模控制方案。首先设计期望轨迹,然后利用非奇异快速滑模控制设计步骤,推出其控制律,最后通过李雅普诺夫理论证明了系统的稳定性。与传统终端滑模对比,仿真结果表明,所提出的控制策略具有跟踪精度高,抖振更小的优点。 (3)针对二自由度柔性机械臂系统的鲁棒性问题,解决系统内部参数变化对柔性臂系统的影响,提出了基于滑模观测器的自适应二阶滑模控制方案。首先利用跟踪微分器对期望轨迹进行处理,其次设计滑模观测器,增强系统鲁棒性,然后利用二阶滑模理论推出二阶滑模控制律,将模型内部参数替换成自适应参数,推出自适应二阶滑模控制律,最后通过李雅普诺夫函数证明闭环系统的稳定性。与传统滑模控制方案、二阶滑模控制方案以及自适应滑模控制方案作对比,仿真结果表明,自适应二阶滑模控制方案具有良好的跟踪效果、更强的抑制抖振能力,通过鲁棒性测试表明自适应二阶滑模控制方案具有更好的鲁棒性。 (4)针对二自由度柔性臂执行机构不可能提供无限大的力矩,设计了一种自适应滑模抗饱和控制方案。首先构造带有饱和问题的二自由度柔性臂系统,然后引入饱和补偿和自适应参数,设计具有饱和补偿的滑模控制律,最后通过李雅普诺夫函数证明系统稳定性。与带约束的反演控制和控制输入受限下的LMI控制作对比,仿真结果表明,自适应滑模抗饱和控制具有更好的抗饱和能力。

关键词：二自由度柔性机械臂非奇异快速终端滑模控制自适应二阶滑模控制自适应滑模抗饱和控制

来源：评论

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风力发电系统最大功率跟踪控制策略研究

风力发电系统最大功率跟踪控制策略研究

引用

作者：赵姝怡燕山大学

学位级别：硕士

目前,全球面临不可再生资源紧缺、环境污染等现状,如何寻找和利用可再生资源缓解当前的问题尤为重要。而风能作为一种绿色、高效、经济的可再生能源以及风力发电所带来的巨大的环境效益、经济效益等。许多国家以及当地政府出台相关政策... 详细信息

目前,全球面临不可再生资源紧缺、环境污染等现状,如何寻找和利用可再生资源缓解当前的问题尤为重要。而风能作为一种绿色、高效、经济的可再生能源以及风力发电所带来的巨大的环境效益、经济效益等。许多国家以及当地政府出台相关政策助力风力发电技术的发展。近年来,在大环境下风力发电技术水平处于一个比较成熟的水平,风电系统除了基础的安全性稳定性等基本准则,目前对其动态品质的标准也非常严格,针对性策略研究也更加细致且深入。由于风能信号的随机性和时变性等导致风电系统中存在系统内部参数摄动和不确定外部扰动等问题导致难以实现最大功率点跟踪,所以本文在分析国内外风力发电系统MPPT控制策略现状的基础上,进行了以下研究工作:首先,对风力发电系统的结构以及风力机的运行特性进行了分析,并且针对直驱型永磁同步风力发电系统的数学模型进行描述。为便于分析和研究控制变量和系统控制策略的设计,对于发电机数学模型中存在的强耦合问题,经坐标变换和矢量控制策略,建立dq轴坐标系下的数学模型。然后,在风力发电系统MPPT过程中,为提高扰动估计速度以及转速跟踪等运行品质,针对风电系统中存在的不确定性扰动估计速度慢问题,提出了固定时间收敛扰动观测器(Fx TDO),能够在固定时间内进行实时估计并补偿,减少了系统参数摄动以及外部不确定等扰动对系统控制的影响。而后对转速环的控制设计了双幂次积分滑模控制器,在滑模函数中引入积分项并且采用双幂次趋近律趋近,大大削弱了滑模控制系统存在的抖振并且加快了系统的收敛速度,提高了系统的跟踪精度。最后,针对风力发电系统MPPT已有的控制策略稳态精度较低问题,在基于扩张状态的扰动观测器中引入了非线性光滑函数,提高观测器响应速度,减小观测误差,快速准确估计扰动并进行动态补偿。非奇异快速终端滑模控制器能够使风力发电系统的转速跟踪误差在有限时间内更快地收敛到平衡点。跟踪误差明显降低,加快了收敛速度且无超调。

关键词：风力发电固定时间收敛扰动观测器双幂次积分滑模非奇异快速终端滑模控制

来源：评论

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海上廊桥波浪补偿控制研究

海上廊桥波浪补偿控制研究

引用

作者：张萌大连海事大学

学位级别：硕士

海上廊桥是一种新型海上换乘装备,相当于一个海上通道,方便人员在船舶与海上建筑物之间换乘。船舶受到海洋环境扰动的影响会产生六个自由度运动,横荡、纵荡和艏摇运动可以通过船舶动力定位系统被抑制,将廊桥基座固定在船舶某一侧舷的中... 详细信息

海上廊桥是一种新型海上换乘装备,相当于一个海上通道,方便人员在船舶与海上建筑物之间换乘。船舶受到海洋环境扰动的影响会产生六个自由度运动,横荡、纵荡和艏摇运动可以通过船舶动力定位系统被抑制,将廊桥基座固定在船舶某一侧舷的中心附近可以减弱船舶纵摇运动对廊桥的影响,通过海上廊桥各机构的协同运动来主动补偿船舶的横摇和升沉运动,才能使廊桥始终保持平稳且末端与海上建筑物保持相对静止,进而实现海上廊桥的波浪补偿。此外,海上廊桥所处的海洋环境及它的负载时常发生变化,而且海上廊桥的各机构均由液压系统驱动,在使用过程中液压油与缸筒内壁摩擦会使系统温度发生变化,进而会使液压油的粘度、弹性模量等发生变化,这将导致海上廊桥各机构数学模型的参数存在不确定性。因此,开展海上廊桥波浪补偿控制研究具有重要的理论意义和实际应用价值。本文首先对船舶的升沉和横摇运动进行预报,并利用两点间距离公式及正余弦定理对海上廊桥进行运动学反解,计算出要实现廊桥的波浪补偿,廊桥的升沉机构、俯仰机构和伸缩机构所需的运动量,再分别建立海上廊桥各机构的数学模型。然后,考虑廊桥各机构数学模型参数具有不确定性且廊桥负载是未知时变的,分别构造扩张状态观测器,在线估计由各机构模型参数不确定以及未知时变的廊桥负载构成的总扰动,并在前馈通道中对总扰动进行补偿,再设计误差反馈控制律,实现廊桥的波浪补偿控制。进一步,构造有限时间扩张状态观测器,并设计基于非奇异快速终端滑模控制技术的波浪补偿有限时间控制律,实现廊桥的波浪补偿控制且保证误差在有限时间收敛。然而,该控制律会引起输入抖振问题。为此,利用超螺旋滑模控制技术削弱由非奇异快速终端滑模技术引起的输入抖振,再构造有限时间超螺旋扩张状态观测器,并设计基于超螺旋滑模控制技术的波浪补偿有限时间控制律,实现廊桥的波浪补偿控制且保证误差在有限时间收敛。以某一海上廊桥为例,利用MATLAB/Simulink对所设计的波浪补偿控制律的有效性进行验证,仿真结果表明,所设计的控制律能有效实现海上廊桥的波浪补偿控制,使廊桥保持平稳且末端与海上建筑物保持相对静止。

关键词：海上廊桥扩张状态观测器非奇异快速终端滑模控制超螺旋滑模控制有限时间控制

来源：评论

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基于扰动补偿与参数辨识的永磁同步电机滑模控制研究

基于扰动补偿与参数辨识的永磁同步电机滑模控制研究

引用

作者：李娜英江苏大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术和现代控制理论的高速发展,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)调速系统的性能不断提升,并广泛应用于航空航天、自主导航汽车、机器人等工业领域。然而永磁同步电机是一个复杂的强耦合、非线性系统... 详细信息

随着电力电子技术和现代控制理论的高速发展,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)调速系统的性能不断提升,并广泛应用于航空航天、自主导航汽车、机器人等工业领域。然而永磁同步电机是一个复杂的强耦合、非线性系统,在实际运行工况中容易受到内部参数摄动、外部负载扰动以及负载扰动引起转动惯量变化等不确定因素的影响。本文结合滑模控制策略、扰动补偿技术、转动惯量辨识方法对PMSM调速系统进行研究,具体内容如下:(1)以表贴式永磁同步电机为研究对象,介绍电机的结构,研究自然坐标系、同步旋转坐标系和静止坐标系的变换关系,推导出电机的数学模型和运动方程;详细阐述空间矢量脉宽调制技术,结合矢量控制策略,建立表贴式永磁同步电机的矢量控制系统,为后续的算法研究提供基础。(2)为了进一步提高PMSM调速系统的响应速度和抗干扰性,提出一种基于超螺旋扩张状态观测器的改进型非奇异快速终端滑模控制器。首先,针对传统终端滑模控制存在抖振与趋近速度之间的矛盾,设计了一种新型变指数趋近律,该趋近律引入与系统状态变量有关的可变增益函数和幂函数,根据状态变量距离平衡点的远近自适应调整趋近速度,并将该趋近律应用于改进型非奇异快速终端滑模控制器的设计。其次,针对永磁同步电机在实际调速过程中存在负载转矩变化等因素引起的外部扰动和电机元器件参数摄动引起的内部扰动,导致系统稳定性能及鲁棒性能减弱的问题,结合不依赖系统模型的扩张状态观测器以及强鲁棒性的超螺旋算法,提出一种超螺旋扩张状态观测器,实现快速观测系统扰动并将扰动估计值补偿给非奇异快速终端滑模控制器,增强系统的抗干扰性能。最后,对上述设计方法进行仿真验证。(3)针对外部负载转矩变化引起系统转动惯量发生大幅度变化,使系统的响应速度变慢和控制精度降低,导致电机的整体控制性能受到影响,提出一种改进模型参考自适应算法用于在线辨识转动惯量。首先,对基于模型参考自适应法的永磁同步电机转动惯量辨识进行研究,分析了算法中自适应增益对电机转动惯量辨识结果的影响。其次,鉴于采用常规的固定自适应增益系数使得算法难以同时满足转动惯量辨识的稳定性与快速性要求,设计了一种可变自适应增益的模型参考自适应算法,该算法依据当前时刻与前一时刻参数辨识结果的差值,自动调整自适应增益的大小。最后,将转动惯量辨识结果实时反馈至控制器和观测器,进一步提高永磁同步电机调速系统的动态响应性能。(4)基于本文的设计方法,搭建以RTU-BOX204实时数字控制器为核心的电机控制系统平台进行验证。首先,重点介绍以RTU-BOX204实时数字控制器为核心的Rtunit系统,并给出该实验平台的具体硬件设计方案;其次,对该实验平台进行软件设计,并给出软件设计流程及其重要模块的设计框图。然后,针对传统算法、改进趋近律后的算法以及增加扰动补偿后的算法分别在不同工况下进行实验对比,并给出相应工况下的转动惯量辨识结果。最后根据所获取的实验数据证明本文设计方法的有效性。

关键词：永磁同步电机非奇异快速终端滑模控制超螺旋扩张状态观测器转动惯量辨识

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四旋翼无人机的轨迹跟踪控制研究

四旋翼无人机的轨迹跟踪控制研究

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作者：林哲华侨大学

学位级别：硕士

四旋翼无人机具有机械结构简单,体积小等优点,能够完成垂直起降,空中悬停等动作,这些特性使其被广泛应用于各个领域之中。然而四旋翼经常运行在外部情况复杂、强干扰的环境下,其本身也是一个非线性、强耦合、欠驱动的系统。因此,设计有... 详细信息

四旋翼无人机具有机械结构简单,体积小等优点,能够完成垂直起降,空中悬停等动作,这些特性使其被广泛应用于各个领域之中。然而四旋翼经常运行在外部情况复杂、强干扰的环境下,其本身也是一个非线性、强耦合、欠驱动的系统。因此,设计有效的控制算法实现四旋翼稳定飞行,并不断提高四旋翼轨迹跟踪的控制精度和稳态性能,从而保证四旋翼飞行器能独立自主完成既定任务,具有十分重要的科学研究价值和工程应用前景。本文的主要研究内容如下: (1)基于改进趋近律的非奇异快速终端滑模控制器设计。首先得到四旋翼的数学模型。之后为了解决四旋翼欠驱动的特性,考虑采用内外环的双闭环结构设计非奇异快速终端滑模控制器,该控制器具有有限时间快速收敛、避免奇异性的优良特性。接着,为了进一步地增强控制器的性能,本文还提出了一种新型的改进趋近律,减少了系统状态变量到达滑模面的时间,从而提高了轨迹跟踪的响应速度。仿真结果验证了所设计的滑模控制器的有效性。 (2)基于模糊扩张状态观测器的抗扰控制设计。在滑模控制器的设计过程当中,需要获取外部扰动的上界信息,否则控制性能将有所下降,甚至无法稳定,导致状态变量发散。为了解决传统滑模控制器的缺点,本文利用模糊扩张状态观测器在线估计外部扰动值。模糊系统被用于在线地调整观测器的带宽,提高观测器的性能,进而基于该观测器设计非奇异快速终端滑模控制器抵消外部未知扰动。保证四旋翼飞行器在有外部扰动的情况下仍能实现稳定的轨迹跟踪。仿真结果验证了该控制设计方案的有效性。 (3)基于天牛须搜索优化算法的控制器参数优化设计。利用改进天牛须搜索优化算法对抗扰控制设计中的滑模控制器的参数进行优化,相较于原始的天牛须搜索优化算法,改进的优化算法充分利用历史信息,并根据迭代次数动态改变衰减系数从而提高了搜索效率。通过使用合理的适应度函数,经过优化算法的有限次数的迭代之后,得到一组较优的滑模控制器参数,使四旋翼能获取到更优的轨迹跟踪控制性能。

关键词：四旋翼轨迹跟踪控制非奇异快速终端滑模控制模糊扩张状态观测器天牛须搜索优化算法

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