783 神经网络滑模鲁棒控制器及其应用

模糊滑模控制算法研究综述

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/f612260540.html, 模糊滑模控制算法研究综述 作者：米文鹏蒋奇英郭刚 来源：《读写算·教研版》2014年第14期 摘要：模糊控制及滑模控制作为两种先进的控制方法，有着非常好的优势，但也存在着缺点，结合两者的优点，互补其缺点，从而形成了模糊滑模控制律，本文主要概述研究了模糊控制的一些基本算法。 关键词：模糊控制；滑模控制；复杂系统 中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）14-094-01 随着控制理论实践的不断深入，被控对象的结构及数学模型也越来越复杂，呈现出时变性、多输入多输出、高度复杂性、非线性、不确定性等特点。面对这些复杂特征，传统的基于精确数学模型的控制理论的局限性日趋明显，于是出现了诸如变结构控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制以及智能控制等新的控制手段。本文就模糊滑模控制的产生及发展现状做简单介绍。 滑模控制因其独特的优势在伺服机构、飞行器控制等领域有着广阔的发展前景。但是，实际系统由于切换装置不可避免地存在惯性，变结构控制在不同的控制逻辑中来回切换，会导致实际滑模运动不是准确地发生在切换面上，容易引起系统的剧烈抖动。这一缺点使其在实际应用中受到了很大的限制。抖动不仅影响控制的精确性，增加能量消耗，而且系统中的高频未建模动态很容易被激发起来，破坏系统性能，甚至使系统产生振荡或失稳，损坏控制器部件。而将模糊控制与滑模变结构控制结合应用来克服变结构控制所带来的抖动便成为很多专家学者的研究重点。 一、常规模糊滑模控制 模糊控制和滑模变结构控制各有优缺点，有某种相似之处，又有互补之处。90年代以后 专家学者把二者结合，构成模糊滑模控制，实现两者之间的取长补短。同时还可在一定程度上削弱或克服滑模变结构控制的抖动现象。目前，模糊控制与滑模变结构控制的结合运用主要有以下三种方式[1]。 1、通过模糊控制规则自适应地调节符号函数项的值，可以在保证趋近速度和减小抖动的前提下较好地选择和。 2、通过模糊控制规则直接确定滑模控制量，即直接把切换函数及其微分作为输入量，通过模糊推理获得滑模控制的控制量。

永磁同步电机神经网络自适应滑模控制器设计

永磁同步电机神经网络自适应滑模控制器设计 发表时间：2019-06-10T10:58:58.827Z 来源：《电力设备》2019年第2期作者：赵豫凤 [导读] 摘要：建立矢量控制永磁同步电动机调速控制系统，可以有效加强控制系统的可靠性与适应性，提高系统的调速性能。 （桂林星辰科技股份有限公司广西桂林 541004） 摘要：建立矢量控制永磁同步电动机调速控制系统，可以有效加强控制系统的可靠性与适应性，提高系统的调速性能。在矢量控制永磁同步电动机调速控制系统中采用最新型的空间电压矢量脉宽调制技术，可以使工作中的逆变器得到控制，并使电子磁链矢量的运动轨迹随着电动机的运行逐渐靠近圆形的磁链轨迹。本文主要对永磁同步电动机调速控制系统的设计进行分析研究。 关键词：永磁同步电动机；调速控制系统；设计 前言： 可调速的永磁同步电动机是一种新型的同步电动机，所应用的范围十分广泛，具有体积小、损耗低以及效率高等优势。现阶段永磁同步电机得到了深入的应用，相关人员开始注重对永磁同步电机调速控制系统的探究。空间电压矢量控制技术在交流电动机变频调速中得到了十分普及的应用，可以在一定程度上满足工业的发展。 1 空间电压矢量脉宽调制技术 空间电压矢量脉宽调制技术通常运用于磁链跟踪控制中。因此，也可以称为磁链跟踪控制技术。空间电压矢量脉宽调制技术是利用逆变器输出具有交替作用的多种基本空间电压矢量，使传输出的电压矢量进行合成，最终形成圆形磁链轨迹。同一个周期内的逆变器，若在六个有基础的基本电压空间矢量都进行一次输入，定子磁链矢量会直接出现六边形的运动轨迹，从而阻碍了圆形磁链轨迹的出现。为了可以在永磁同步电动机获取圆形磁链轨迹，可以借助多种基本空间电压矢量进行组合，从中获取具有不同幅值的空间电压矢量，使逆变器的使用状态逐渐增加。永磁同步电机（PMSM）具有结构简单、运行可靠、损耗少、效率高、电机尺寸灵活多样等优点，广泛应用于各种场合，因而对其控制性能的要求越来越高。传统的 PI 控制器算法简单，易于实现，可满足 PMSM 矢量控制系统一定范围内的控制要求。由于 PMSM 调速系统的非线性、多变量、强耦合、变参数等特性，PI 控制器的性能易受系统参数变化、外部扰动等影响，进而影响系统运行的可靠性以及动、静态性能，所以常规 PI 控制方法显然不能满足高精度场合的应用要求。因此，非线性的控制方法被应用于 PMSM 的控制系统中，包括自适应控制、自抗扰控制、预测控制、滑模控制（SMC）、Back-Stepping方法、神经网络控制、智能控制等。SMC以其动态响应快、鲁棒性强和简单可行等优点而被广泛应用。 2 永磁同步电动机的运行情况 永磁同步电动机所具备的结构特点是无法直接启动的，可以通过逆变器调节变频速度。当通入永磁同步电动机由三相逆变器经过空间电压矢量脉宽调制技术得到正弦交流电源后，永磁同步电动机定子产生磁场，与转子永磁体产生相互作用，并产生与定子在同一方向绕组旋转的转矩，当永磁体产生的转矩克服转子惯量及机械静摩擦力后，永磁同步电动机可以被启动，并且速度也会随之上升。为了实现转矩的最大化，需要在永磁同步电动机运行时转子与定子磁通的夹角为直角。 3 对永磁同步电动机数学模型的分析探讨 通过对永磁同步电动机的数学模型的分析，可以从中了解到应用最为广泛的数学模型是具有dq坐标系的，该数学模型不仅可以检测出永磁同步电动机的运行性能，更能深入了解到永磁同步电动机的瞬态性能。因此，相关人员应并在创建永磁同步电动机的数学模型时做出假设，首先，对于电动机铁心的饱和度不进行计算。其次，忽略电动机在运行时所出现的涡流以及磁滞的耗损情况。第三，假设三相交流电流为电动机的对称电流。第四，阻尼绕组并没有存在于转子上。 4 矢量控制的永磁同步电动机调速系统的设计 在矢量控制的永磁同步电动机调速系统的设计中，采用转速控制环和电流控制环双闭环控制方式。误差信号所输入的转速调节器是在转子的定值r*与实际值r之间所存在的差值。在矢量控制的永磁同步电动机调速系统中，实际检测出的永磁同步电动机由定子三相电流转换为两相电流，并将所得到的电流与调节器的输出进行比较，最终得到的差值应用于电流调节器的输入，并基于此，通过转变后输入到空间电压矢量脉宽调制技术与逆变器。空间电压矢量脉宽调制技术可以通过输出信号逆变器的多个开关器件，并通过多种途径的导通模式，产生多样的空间电压基本矢量，通过结合所产生的基本矢量，将其中制作成一组具有不同幅值的空间电压矢量，使永磁同步电动机根据输出电压所产生的磁通，逐渐拉近与预期磁通圆的距离，通过有效措施控制永磁同步电动机。 5 模糊PI自适应控制 5.1 传统PI控制方法 与模糊PI控制相比，传统PI控制中存在着比例系数与积分系数这两个参数，并且该参数是确定的，不会因为系统出现误差的变化，而进行改变。传统的PI控制方法缺乏准确性，对系统所产生的变化具有响应，并在此基础上，引入智能控制方法。控制方法也可以分为多种形式，其中主要包括专家控制，神经网络控制以及模糊控制等多种方式方法，其中模糊控制方法在本文中更适用于与传统PI控制方法进行结合，两者的结合为模糊PI控制。 5.2 模糊PI控制方法 模糊PI控制方法的控制器在转速环中，是以系统的误差以及误差所存在的变化率作为输入，并根据模糊PI控制方法中的规则，找出积分系数和比例系数之间所存在的内在联系。并在永磁同步电动机，检测出系统的误差。通过找出的联系与误差，对积分系数于比例系数进行整合，使模糊PI控制参数可以满足系统的误差的要求。对于不同系统的误差，模糊PI控制器所存在的参数比例系数与积分系数的数值也是不同的，比例系数与积分系数为输出语言变量，与模糊控制器输入语言变量存在比较性。 5.3 在仿真系统中创建仿真模型 在MATLAB/SIMULINK中进行系统仿真模型的构建，使用自适应模糊PI控制和传统PI控制进行转速控制器ASR的仿真，并仿真MATLAB。在T m值为0时，逐一仿真这两种情况，在0.2s时，需要将3Nm的负载加于电机中，也就是T m值为3Nm时。对于转速控制器而言，借助仿真结果可以比较模糊PI和传统PI这两个方法，进而得出最终结论，并对结果做出比较。 结束语： 综上所述，是对永磁同步电动机调速控制系统的设计进行分析研究。通过设计永磁同步电动机调速控制系统，可以从中了解到在应用

一类MIMO系统的反演滑模控制方法研究与仿真

一类MIMO 系统的反演滑模控制方法研究与仿真 摘 要：针对一类具有参数不确定性及外部干扰的MIMO （多输入多输出）系统，提出了一种反演滑模控制方法进行位置跟踪控制。该控制律基于Lyaponov 定理设计，保证了系统的全局渐进稳定性，最后将此方法应用于一个2输入2输出的控制系统的设计中,仿真实例验证了该控制算法的有效性。 关键词：MIMO 系统，反演滑模控制，Lyaponov 定理 Study and Simulation of Backstepping Sliding Mode Control for MIMO system Abstract: In order to deal with the parameter uncertainties and external disturbances of MIMO system, a backstepping sliding mode control strategy is proposed. And based on L yapunov methods, the control law can guarantee that the system is asymptotically stable. Finally, the proposed method is used for a two-in and two-out system. And numerical simulations are investigated to verify the effectiveness of the proposed scheme. Key words: MIMO system, backstepping sliding mode control, Lyaponov methods 1. 引言 反演法又称反推法、反步法，其基本思想是将复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的子系统,然后为每一个子系统设计李雅普洛夫函数和中间虚拟控制量,一直回推到整个系统,直到完成整个控制律的设计，最终实现位置跟踪。而滑模变结构控制对系统中存在的不确定性具有极强的鲁棒性，由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关, 这就使得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辩识, 物理实现简单等优点。 本文通过结合滑模变结构控制和反演控制各自的优点,设计了一种针对MIMO 系统的反演滑模控制[1-6]方法。该方法将被控对象由SISO （单输入单输出）推广到MIMO 系统，一方面利用了反演控制动静态特性优良、稳定性好的特点,另一方面结合了滑模变结构控制结构简单、鲁棒性强的优势。在文中，首先运用了反演控制理论，逐步推导出其相应的控制策略,以提升系统动、静态控制精度。再引入滑模变结构控制增强控制器应对系统参数变化的能力。 2. 一类MIMO 系统模型描述 假设一类MIMO 系统的状态方程为 1222X X X AX Bu ?=?=+? （1） 其输出方程为 1Y X = （2） 其中112[,,....]T n X x x x =，2122[,,....]T n n n X x x x ++=，A 为n n ?的矩阵，B 为n n ?的矩阵，u 为n 维控制输入，12[,,....]T n Y y y y =为n 维系统输出。 考虑到系统的不确定性和外部扰动，将（1）式写成 22 222()()()=+()=+F X A A X B B u f t AX Bu AX Bu f t AX Bu =+?++?++?+?++ （3） 其中A ?，B ?为系统参数不确定性，()f t 为外加干扰，2F =()AX Bu f t ?+?+为系统的总的不确定性，且满足max F F ≤。

基于滑模观测器的PMSM模糊滑模控制

万方数据

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基于滑模观测器的PMSM模糊滑模控制 作者：王巍， 汪玉凤， 郭凤仪， WANG Wei， WANG Yu-feng， GUO Feng-yi 作者单位：辽宁工程技术大学,辽宁葫芦岛,125105 刊名： 微特电机 英文刊名：SMALL & SPECIAL ELECTRICAL MACHINES 年，卷(期)：2010，38(8) 被引用次数：0次 参考文献(11条) 1.Elmas https://www.wendangku.net/doc/f612260540.html,tun O A hybrid controller for the speed control of a permanent magnet synchronous motor drive 2008(1) 2.沈艳霞.纪志成基于无源性永磁同步电机模糊滑模控制系统研究 2007(17) 3.Ilioudis V C.Margaris N I PMSM Sensorless Speed Estimation Based on Sliding Mode Observers 2008 4.赵德宗.张承进.郝兰英一种无速度传感器感应电机鲁棒滑模控制策略 2006(22) 5.Han Y S.Choi J S.Kim Y S Sensorless PMSM Drive with a Sliding Mode Control Based Adaptive Speed and Stator Resistance Estimator 2000(5) 6.王巍.郭凤仪.侯利民滑模控制的PMSM无速度传感器最优转矩控制 2009(3) 7.Cárdenas R.Pe(n~)a R MRAS Observer for Sensorless Control of Standalone Doubly Fed Induction Generators 2005(4) 8.王庆龙.张崇巍.张兴基于变结构模型参考自适应系统的永磁同步电机转速辨识 2008(9) 9.Bianchi N.Bolognani S Advantages of Inset PM Machines for Zero-Speed Sensorless Position Detection 2008(4) 10.秦峰.贺益康.贾洪平基于转子位置自检测复合方法的永磁同步电机无传感器运行研究 2007(3) 11.Jeong Y Initial rotor position estimation of an interior permanent magnet synchronous machine using carrier frequency injection methods 2005(1) 相似文献(10条) 1.期刊论文骆再飞.蒋静坪.曹芳祥.LUO Zai-fei.JIANG Jing-ping.CAO Fan-xiang交流伺服系统的动态模糊滑模 控制策略研究-机电工程2008,25(11) 为提高永磁同步电机(PMSM)交流伺服系统的动静态性能,提出了一种动态模糊滑模控制方法.采用"距离"减少了模糊输入维数和模糊规则,减少控制器的计算量从而加快了响应速度;并利用自适应算法改善了系统性能.仿真试验表明,该方法能明显削弱抖振,提高稳态精度,并具有动态响应速度快的特点以及较强的鲁棒性. 2.期刊论文王洪斌.穆太青.高殿荣基于模糊滑模控制的永磁同步液压电机泵变速控制的研究-武汉理工大学学报 （交通科学与工程版）2010,34(1) 提出一种永磁同步液压电机泵模型,即把永磁同步电机转子作为液压泵缸体,以进一步提高液压传动的整机效率.通过控制电机转速直接调节泵的输出流量,使电机泵提供的功率与负载匹配,从根本上提高液压调速系统的效率.同时建立了该液压电机泵变速控制系统的数学模型.针对永磁同步电机非线性、多变量、强耦合的特点,将模糊和滑模控制理论运用到永磁同步电机直接转矩控制中,以提高系统的鲁棒性和快速性.对转速阶跃变化进行仿真研究,仿真结果表明该策略具有良好的鲁棒性和快速性. 3.期刊论文黄石维.周国荣.HUANG Shi-wei.ZHOU Guo-rong永磁同步电机的模糊滑模控制-机械工程与自动化 2010(1) 为了实现高性能永磁同步电动机伺服系统快速而精确的位置跟踪控制,在滑模控制策略中引入模糊控制算法,设计了基于模糊规则的滑模控制器;并通过理论分析和控制仿真,证实了模糊滑模控制很好地解决了抖振问题,对参数变化和负载扰动具有很好的鲁棒性,永磁同步电机可获得很好的位置跟踪效果. 4.学位论文刘梦溪交流伺服系统的滑模控制研究2008 随着现代化工业的不断发展，交流伺服系统在许多领域的应用日益广泛，对其性能要求也越来越高。由于交流伺服系统本质上具有非线性、多变量、参数时变的性质，因此要实现高品质的控制，对控制策略就提出了很高的要求。本文针对在交流伺服驱动系统中一些尚待解决的的控制问题将一些新的控制方法引入交流伺服系统，力求以新的控制方式和策略提高整个系统的鲁棒性。 滑模控制对系统模型不精确和外部扰动具有较强的鲁棒性，因此获得了广泛应用。但滑模控制的高频抖振现象却成为限制其应用的主要障碍。模糊控制作为利用专家知识和经验的有效方法，特别适用于复杂、非线性、时变的系统，但大多数模糊控制系统缺少保证系统性能的分析方法。将模糊控制

滑模最优控制方法在交会对接中的应用研究

滑模最优控制方法在交会对接中的应用研究 史书琴1，景前锋2，王蕊1，屈桢深1 1.哈尔滨工业大学空间控制与惯性技术研究中心，哈尔滨，150080 2.上海航天局805研究所，上海，201108 摘要：本文提出了一种将视觉反馈中的延时进行泰勒展开的方法并结合某空间交会具体任务要求，通过采用滑模最优控制的方法解决了该系统中大延时、强干扰，参数摄动的理想特性，比较真实的模拟了空间环境的特性，并对控制算法进行了稳定性证明。仿真效果表明，该方法比常规的喷气控制方法具有较高的控制精度和鲁棒性。 关键词：空间交会，滑模控制，非线性控制，喷气控制 0引言 空间交会接近最终段是整个交会对接任务的关键阶段，将直接影响到对接任务的成败[1-3]。该阶段常规采用开关喷气控制方式，无法实现较高控制精度，从而限制了对接过程的精度和可靠性。对交会控制算法的研究可分为两类。一类基于Hill方程的线性方法，假设目标运动为理想圆轨道，通过加入轨迹或燃料消耗等约束条件得到期望控制律[4,5]。但该方法本质开环,对各类误差较敏感，同时在运动过程中可能由于目标星姿态突然机动而出现不稳定性和不安全性。实际中采用分段及多次试探的方法来降低不稳定性和不安全性，或采用距离速率控制算法(RRCA)、变形-全方位距离速率控制算法(ODRRCA)等改进算法。另一类方法基于视线坐标系方程，基于相对目标飞行器的视线运动进行直接控制。如Z. H. Ma等研究了追踪星捕获一个翻滚卫星的近距离交会问题，提出了针对非合作目标的时间最优导航方法[6]。陈统等提出了基于相对实现运动的自主交会控制方法[7]，王颖等对观测信息不完备时的自主导航算法进行了研究[8]。视线法不受目标器轨道影响，能够更加准确的建模相对运动，但方程本质非线性，因此控制稳定性和抗干扰能力难以保证，实际中鲜有使用。 滑模控制由于算法简单，响应快速，鲁棒性好，易于工程实现等优点，得到了许多研究者的青睐。吴玉香[13]在其博士论文中研究了滑模控制理论在移动机械臂中的应用，主要以滑模控制理论为基础，以非完整移动机械臂的动力学模型作为应用对象，结合Lyapunov 稳定性理论、反步法、鲁棒控制、自适应控制等，针对几类典型非线性系统，给出了高性能跟踪控制器和镇定控制器的设计方法。张闯[14]针对直流侧串联型有源电力滤波器的一些相关问题展开研究，并提出了一种改进型拓扑，并利用滑模控制方法对该改进型滤波器进

滑模控制与智能计算

滑模控制方法 1 / 4 滑模控制与智能计算 1.1 滑模控制与智能计算[1][2] 1.1.1 滑模控制基本理论 SMC 由前苏联V.I.Utkin 和S.V.Emlyanov 教授在20世纪50年代末期提出，其为一种特殊的变结构控制。 对于如下MIMO-SMC 系统 (0-1) 其中为系统状态矢量，为控制输入，表示影响控制系统性能的所有因素，如扰动和系统参数不确定性。若 ，那么存在控制使得，也即扰动满足匹配条件，此时SMC 对MIMO 仍然具备不变性特点。 SMC 的设计流程主要包括两步（设计SMC 的两个主要阶段）：（1）趋近阶段：系统状态在有限时间内由任意初始状态趋近switching manifold ；（2）滑模阶段：系统状态在switching manifold 上作滑模运动，也即switching manifold 成为吸引子。那么SMC 的两个主要设计步骤为switching manifold 设计和不连续控制律设计，前者选取switching manifold 以满足期望的动态特征，一般可选取为线性超平面，后者通过设计不连续控制以保证switching manifold 有限时间可达，该控制器为局部或全局的，取决于特殊的控制需求。 对于系统(0-1)，依据SMC 的主要设计步骤，switching manifold 可表示为 ， 其中 为由系统动态特性要求决定的m-维矢量。 SMC 控制律 控制结构如下 (0-2) 其中 根据SMC 理论，当sliding mode occurs 等效控制律可推导如下 (0-3) 不失一般性，假设非奇异。一般而言，存在虚拟控制可使滑模 ，那么可得 (0-4)

探讨如何做好塔式起重机的神经网络滑模防摆控制

探讨如何做好塔式起重机的神经网络滑模防摆控制 发表时间：2015-09-15T10:41:29.140Z 来源：《工程建设标准化》2015年5月总第198期供稿作者：邓海[导读] 广东省建筑机械厂有限公司，广东，广州塔式起重机在施工过程中，存在负载摆动的情况。 邓海 （广东省建筑机械厂有限公司，广东，广州，510000）【摘要】塔式起重机在施工过程中，存在负载摆动的情况。本文首先对起重机的动力学模型进行了分析，并提出了基于神经网络的滑膜防摆控制方法。使用此方法不仅可以降低滑膜控制系统的振动频率，而且可以使系统性能得以提升，使系统的控制品质得以改善。仿真效果具有可行性和有效性。 【关键词】塔式起重机；神经网络；滑膜防摆；控制 1 塔机系统结构 通常情况下，塔机结构主要由工作机构、金属结构、电气系系统构成。在工作过程中，塔机会利用变幅、起升、回转电机等方法来达到搬运物料的目的。[1]简化模型图如图1 所示。 （1）变幅结构。变幅结构主要由电机、变幅小车、制动器和减速器构成。在工作的过程中，塔机主要通过平移小车来对负载的水平位置进行调整。 （2）起升结构。塔机的起升结构主要由钢丝绳、卷筒、电机和吊钩构成，主要是为了达到负载上下垂直运动的目的。由于塔机在工作过程中，会将重物移动到指定的位置，因此，起升机构是塔机系统中工作次数最多的一个组成结构。 （3）回转结构主要由回转电机、减速器、限位器、液力耦合器等组成，塔机在工作过程中，会将塔身作为中轴，利用回转电机实现塔机在水面的转动。达到三维作业的目的。 2 塔式起重机摆动的影响因素 由于塔机系统相对复杂，除了一些组成元件有非线性因素存在以外，还会受到风力、导轨摩擦等因素的影响。为了进一步分析影响因素，本文做如下假设：（1）吊绳有足够的刚度，负载时可以不考虑长度的变化；（2）可以忽略吊绳质量相对负载质量；（3）负载只做和水平面垂直的平面运动，在进行数学模型的建立时，需要将负载和吊具看成一个没有体积的质点[2]。（4）设小车的驱动力为F，忽略电机传动机、减速器等机构的非线性影响。（5）忽略风机和空气阻力的影响。经过研究，塔机系统的摆动主要受到悬绳的起升力、小车的驱动力、轨道和小车摩擦力的影响。 3 设计塔式起重机模防摆控制器 对于控制系统来说，滑膜控制对参数摄动和外部干扰具有不变性。由于塔式起重机系统是一个多变量、相对复杂的耦合非线性系统，在对物体进行吊运的过程中，会影响摆角防摆控制和定位控制。由于使用现代控制理论和经典理论的方法控制效果并不理想，所以文中使用神经网络滑膜控制器来控制塔式起重机的负载摆角和臂架小车的位置进行定位，并对其进行防摆控制。 目前，使用比较广泛的模型为BP 多层前馈网络，这种学习算法学习速度比较慢、计算量比较大。而径向基函数网络属于三层前馈型的网络（RBF 网络），使用径向函数作为隐层单元的函数，将输间的权值固定为1，只有输出单元和隐层单元之间的权值可以调节。RBF 网络除了计算速度快、计算量小外，还具有不错的推广应用能力，这种网络结构属于局部逼近网络，可以通过任意的精度区接近任意一个连续的函数。本文设计使用四个神经网络逼近网络。

滑模变结构控制理论及其算法研究与进展_刘金琨

第24卷第3期2007年6月 控制理论与应用 Control Theory&Applications V ol.24No.3 Jun.2007滑模变结构控制理论及其算法研究与进展 刘金琨1,孙富春2 (1.北京航空航天大学自动化与电气工程学院,北京100083;2.清华大学智能技术与系统国家重点实验室,北京100084) 摘要:针对近年来滑模变结构控制的发展状况,将滑模变结构控制分为18个研究方向,即滑模控制的消除抖振问题、准滑动模态控制、基于趋近律的滑模控制、离散系统滑模控制、自适应滑模控制、非匹配不确定性系统滑模控制、时滞系统滑模控制、非线性系统滑模控制、Terminal滑模控制、全鲁棒滑模控制、滑模观测器、神经网络滑模控制、模糊滑模控制、动态滑模控制、积分滑模控制和随机系统的滑模控制等.对每个方向的研究状况进行了分析和说明.最后对滑模控制的未来发展作了几点展望. 关键词:滑模控制;鲁棒控制;抖振 中图分类号:TP273文献标识码:A Research and development on theory and algorithms of sliding mode control LIU Jin-kun1,SUN Fu-chun2 (1.School of Automation Science&Electrical Engineering,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing100083,China; 2.State Key Laboratory of Intelligent Technology and Systems,Tsinghua University,Beijing100084,China) Abstract:According to the development of sliding mode control(SMC)in recent years,the SMC domain is character-ized by eighteen directions.These directions are chattering free of SMC,quasi SMC,trending law SMC,discrete SMC, adaptive SMC,SMC for mismatched uncertain systems,SMC for nonlinear systems,time-delay SMC,terminal SMC, global robust SMC,sliding mode observer,neural SMC,fuzzy SMC,dynamic SMC,integral SMC and SMC for stochastic systems,etc.The evolution of each direction is introduced and analyzed.Finally,further research directions are discussed in detail. Key words:sliding mode control;robust control;chattering 文章编号：1000?8152(2007)03?0407?12 1引言(Introduction) 滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制,其非线性表现为控制的不连续性,这种控制策略与其它控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定,而是可以在动态过程中根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化,迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动.由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关,这就使得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辩识,物理实现简单等优点.该方法的缺点在于当状态轨迹到达滑模面后,难于严格地沿着滑模面向着平衡点滑动,而是在滑模面两侧来回穿越,从而产生颤动. 滑模变结构控制出现于20世纪50年代,经历了50余年的发展,已形成了一个相对独立的研究分支,成为自动控制系统的一种一般的设计方法.以滑模为基础的变结构控制系统理论经历了3个发展阶段.第1阶段为以误差及其导数为状态变量研究单输入单输出线性对象的变结构控制;20世纪60年代末开始了变结构控制理论研究的第2阶段,研究的对象扩大到多输入多输出系统和非线性系统;进入80年代以来,随着计算机、大功率电子切换器件、机器人及电机等技术的迅速发展,变结构控制的理论和应用研究开始进入了一个新的阶段,所研究的对象已涉及到离散系统、分布参数系统、滞后系统、非线性大系统及非完整力学系统等众多复杂系统,同时,自适应控制、神经网络、模糊控制及遗传算法等先进方法也被应用于滑模变结构控制系统的设计中. 2滑模变结构控制理论研究进展(Develop-ment for SMC) 2.1消除滑模变结构控制抖振的方法研 究(Research on chattering elimination of SMC) 2.1.1滑模变结构控制的抖振问题(Problems of SMC chattering) 从理论角度,在一定意义上,由于滑动模态可以 收稿日期:2005?10?19;收修改稿日期:2006?02?23. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60474025,90405017).

无刷直流电机的滑模控制器的设计与仿真

无刷直流电机的滑模控制器的设计与仿真 摘要 舵伺服系统在航空航天领域，有着广泛应用和重要的研究价值。应用无刷直流电机作为舵系统执行器，可以增大系统输出转矩，实现系统小型化。本文基于无刷直流电机执行器，利用 DSP 与 FPGA 结合的核心处理单元，应用滑模变结构控制策略，实现舵机系统伺服，提高舵系统抗扰性和信号响应的快速性；并在系统中加入滑模观测器，实现对于系统内部状态量的观测，为实现无位置传感器控制提供条件本文应用无刷直流电机作为舵系统执行器，通过分析和设计滑模变结构控制算法，实现舵系统位置伺服控制，利用滑模变结构控制策略的特性，提高系统对于扰动和内部参数摄动的鲁棒性，与基于传统控制策略的伺服机构相比，系统的抗扰性得到了提高。并在系统中引入滑模观测器，利用电流、电压传感器采样相电流和相电压作为该观测器的给定量，观测出电机的速度，转子运动换相位置信号和三相反电动势波形，从而实现电机的无位置传感器控制。 本文通过分析舵伺服机构的主要结构和工作原理，根据实际系统技术要求，设计出基于电动伺服系统的数字控制器。利用 DSP 强大的数据处理能力和 FPGA 并行运算能力，实现设计的控制算法，提高舵系统的性能。通过 MATLAB 中 Simulink 环境下构建理想系统模型，应用滑模控制算法，进行模型仿真。通过系统仿真分析，设计出满足离散系统的滑模控制器参数。通过 DSP 与 FPGA 结合的核心处理单元实现滑模变结构控制算法，应用于舵伺服系统中[1]。最后，通过完成整体硬件与软件平台设计，实现对舵伺服系统的控制。通过仿真和实验结果分析，验证了滑模控制具有强鲁棒性和抗扰性，满足舵系统对于快速性和抗扰性的技术要求，提高了系统 整体控制性能。 关键字：滑模控制；滑模观测器；无刷直流电机；舵伺服系统；DSP+FPGA

基于RBF神经网络的汽车ABS滑模控制器的设计

收稿日期:2008201207 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50704012);辽宁省博士启动基金资助项目(20061017)? 作者简介:毛艳娥(1971-),女,吉林松原人,东北大学博士研究生,沈阳航空工业学院讲师;井元伟(1956-),男,辽宁西丰人,东 北大学教授,博士生导师;张嗣瀛(1925-),男,山东章丘人,东北大学教授,博士生导师,中国科学院院士? 第30卷第3期2009年3月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern University (Natural Science )Vol 130,No.3Mar.2009 基于RBF 神经网络的汽车ABS 滑模控制器的设计 毛艳娥1,井元伟1,曹一鹏2,张嗣瀛1 (1.东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳　110004; 2.沈阳航空工业学院计算机学院,辽宁沈阳　110136) 摘 要:针对汽车防抱死制动系统(ABS )在快速性及鲁棒控制方面的要求,采用基于径向基函数神经网络的方法设计了汽车ABS 的滑模控制器?该方法能够削弱常规滑模控制所引起的抖动现象,也能提高单纯的神经网络自适应控制的鲁棒性能?利用MA TLAB 中的SIMUL IN K 仿真工具,对车辆在干路面条件下的制动情况进行了仿真研究,验证了所设计的控制方案在汽车ABS 应用中的可行性和有效性?关　键　词:防抱死制动系统;径向基函数神经网络;滑模控制;抖振;鲁棒性 中图分类号:TP 13 文献标识码:A 文章编号:100523026(2009)0320309204 Slip Controller B ased on RBF N eural N et w ork for Automotive ABS M A O Y an 2e 1,J IN G Y uan 2wei 1,CA O Yi 2peng 2,ZHA N G S i 2yi ng 1 (1.School of Information Science &Engineering ,Northeastern University ,Shenyang 110004,China ;2.School of Computer Science ,Shenyang Institute of Aeronautical Engineering ,Shenyang 110136,China.Corres pondent :Mao Y an 2e ,E 2mail :maomyer0306@https://www.wendangku.net/doc/f612260540.html, ) Abstract :The slip controller based on RBF neural network was designed for automotive anti 2lock braking system (ABS )to meet the requirements that the braking process should be fast and robust and the chattering due to conventional slip control should be alleviated as possible.Moreover ,the robustness of adaptive control system simply based on neural network can be improved to some extent if using the slip controller we designed.The simulation using the software MA TLAB/SIMUL IN K was done to investigate vehicles ’braking effects on dry road pavement ,thus verifying the effectiveness and feasibility of the control scheme proposed. K ey w ords :ABS (anti 2lock braking system );RBF (radial basic function )neural network ;slip controller ;chattering ;robustness 汽车防抱死制动系统(ABS )是一种新型的汽车安全装置,其主要功能是在汽车制动时防止车轮抱死,缩短制动距离并保持良好的方向稳定性?同一般的控制系统相比,ABS 系统必须具有很强的抗干扰能力和强鲁棒性,这在一定程度上决定了ABS 控制方法的类型?另外,ABS 控制系统还有一个重要的特点就是控制过程实时性强,一般其控制循环在毫秒级就能完成,这个特点又要求控制算法不能太复杂?目前,汽车防抱死制动系统的控制方法有多种:逻辑门限值控制、PID 控制、 模糊控制和神经网络等? 实用的ABS 产品大多采用基于经验的逻辑门限值控制方法[1-6]?逻辑门限值控制算法虽然简单,但是需要大量的道路试验摸索控制规律,且控制效果并不理想,它并非是最佳的控制算法?汽车电子工程师都在致力研究基于滑移率的控制算法?用滑移率作为控制目标容易实现连续控制,因而可提高ABS 在制动过程中的平顺性?实现连续控制的最简单算法是PID 控制[5-6],PID 控制方法的最大优点是不需要了解被控制对象的数学模

滑模控制基本概念总结

滑模控制基本概念 1 滑模控制首先做的事情就是寻找切换面s(x)，切换面就是让系统的轨迹最终能到达这个切换面上，并且沿着切面运动，所以切换面一定是稳定的，既当x沿着s(x)运动时，x最终变为零，既到达平衡点。一般x取误差和误差的导数，这样就适用于典型的反馈控制。所以关键问题是选择s(x)=cx的系数c，是s(x)稳定，方法较多，典型的就是 s(x)=x1+cx2,c>0,x1导数为x2，求解微分方程，显然x会趋于0. 2 之后就是选择控制u使系统从任意初始位置出发都可以到达s(x)=0这条曲线（平衡状态），因为上面已经提到，只要到达s(x)=0就会稳定到0点，所以此时u的选取原则就是 1）能达性，既能到达s(x)=0 可以验证，如果s(x)s(x)'<0就可以满足上述条件。按此条件设计的控制称为切换控制。（李雅普诺夫第二判别法，函数正定，导数负定？） 2）跟踪性，既到达s(x)=0后就不要乱跑了，必须在s(x)上运动。 可以验证，如果s(x)=0，s(x)'=0，x就不会脱离s(x)=0了。按此条件设计的控制称为等效控制。这样滑模控制的设计就完成了。 传统的滑模控制属于切换控制，既使x到达s(x)=0就算达到目标了，因为根据切换面的性质会自动收敛到平衡原点，我想又提出等效控制的原因就是因为切换控制抖振的存在，使其性能很不好，因为等效控制其实已经不是变结构控制了，而是根据理想的模型设计的理想控制。这样综合两个控制就可以使当x远离s(x)=0时等效控制不起作用，而切换控制其作用，当x到达s(x)=0时，切换控制不起作用，而等效控制其作用。 不过目前还有很多方法可以是系统任何初始状态都在s(x)=0内，按理说只使用等效控制就可以了，但如果考虑到系统的不确定性，那么还是需要切换控制的，因为切换控制鲁棒性极强，即使系统出现偏差还是可以使其回到s(x)=0上，这时在使用等效控制。

滑模控制

滑模控制(sliding mode control, SMC)也叫变结构控制, 其本质上是一类特殊的非线性控制,且非线性表现为控制的不连续性. 这种控制策略与其他控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定,而是可以在动态过程中,根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化,迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动. 由于滑动模态可以进行设计且与对象 参数及扰动无关,这就使得滑模控制具有快速响应、对应参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点. 滑模变结构控制是根据系统所期望的动态特性来设计系统的切换超平面，通过滑动模态控制器使系统状态从超平面之外向切换超平面收束。系统一旦到达切换超平面，控制作用将保证系统沿切换超平面到达系统原点，这一沿切换超平面向原点滑动的过程称为滑模控制。由于系统的特性和参数只取决于设计的切换超平面而与外界干扰没有关系，所以滑模变结构控制具有很强的鲁棒性。超平面的设计方法有极点配置，特征向量配置设计法，最优化设计方法等，所设计的切换超平面需满足达到条件，即系统在滑模平面后将保持在该平面的条件。控制器的设计有固定顺序控制器设计、自由顺序控制器设计和最终滑动控制器设计等设计方法[1]。现在以N维状态空间模型为例，采用极点配置方法得到M(N