张志强[1]2008年在《基于模糊滑模变结构的倒立摆控制方法研究》文中研究指明滑模变结构控制因具有独特的鲁棒性能以及对匹配不确定性和外干扰的完全自适应等特点,得到了广泛的重视和研究,使滑模变结构控制理论发展成为一个独立的研究分支。近年来,随着许多先进控制技术如自适应控制、模糊控制、神经网络控制等控制方法也被综合应用于滑模变结构控制系统设计中,滑模变结构控制得到了更加快速的发展。本文在掌握滑模变结构控制理论的国内外研究现状基础上,结合实际应用,对滑模变结构控制提出既要有效解决滑模变结构控制系统的抖振问题又要保持滑模变结构控制所具有的性能的要求,将模糊控制应用于滑模变结构控制系统的设计中。并理论联系实际,将滑模变结构控制理论分别应用于直线一级、二级倒立摆系统的控制。将模糊逻辑引入滑模变结构控制后,控制系统的品质得到提高,系统抖振得到抑制。仿真结果也表明将模糊控制与滑模控制相结合的控制方法是行之有效的。论文主要内容如下:针对一级倒立摆系统提出了一种指数趋近律的滑模变结构的控制方法,然后针对系统的抖振问题,采用指数趋近律与饱和函数相结合的准滑模变结构控制来削弱抖振。仿真结果表明,采用饱和函数削弱抖振的方法虽然有效,但是其鲁棒性能不强。将模糊控制与指数趋近律的滑模控制相结合,提出了基于模糊趋近律的滑模变结构控制,并在一级倒立摆系统上进行仿真验证,仿真结果表明模糊趋近律方法有效可行,结合仿真结果将模糊趋近律抑制系统抖振的方法与饱和函数抑制系统抖振的方法进行比较,可以得出系统受到干扰时采用模糊趋近律的滑模变结构控制的系统品质较为优良。最后分别将指数趋近律的滑模变结构控制、饱和函数的准滑模变结构控制和基于模糊趋近律的滑模变结构控制应用于二级倒立摆的控制仿真实验,取得了良好的控制效果,并分析研究了模糊趋近律滑模变结构控制的优缺点。
丁传东[2]2008年在《模糊滑模控制技术在交流永磁电机中的应用》文中指出本文研究的是基于DSP的永磁同步电机(PMSM)交流伺服系统的控制方法,首先介绍了永磁同步电动机的特性和当前的控制方法,在参考当前国内外研究文献的基础上,研究了滑模变结构控制、模糊控制及结合二者优势深入研究了模糊滑模变结构控制在交流伺服系统PMSM的应用。通过MATLAB软件的仿真试验分析了滑模变结构控制存在的缺陷即抖振带来的危害,指数趋近率可以有效地减弱抖振带来的不良影响,但不是消除抖振的控制策略;因此,在此基础上,分析了模糊控制的优点,应用于现代交流调速中,它可以不完全依赖于PMSM的精确数学模型,能够克服非线性因素的影响等;在不影响滑模变结构控制的优势即具有快速响应、对参数变化和扰动不灵敏、无需系统在线辨识、实现简单等;通过专家经验知识消除抖振,从而达到彻底解决抖振带来的危害。由于二者对控制对象的参数变化和扰动都具有较强的鲁棒性,因此二者相结合的方法应用于交流电机调速系统中具有广阔的前景。尤其是应用这些特点可以很好地针对交流电机多输入、多输出、非线性、强耦合的时变系统,解决传统控制方法不能解决的问题。以上所有的这些控制都是建立在计算机高速发展的当今时代,数字信号处理器(DSP)是微电子、数字信号处理和计算机技术学科综合研究的成果。特别是伺服控制领域中,现代控制理论与全数字化控制技术相结合,成为高性能伺服控制系统发展的必由之路。DSP以其高速计算能力和特殊的硬件结构已经在许多应用系统中取代了工控机和单片机,成为控制系统的核心。本文参考了TI公司生产的TMS320C2000系列有关技术资料,选用TMS320LF2407A控制芯片设计硬件试验平台进行空间矢量控制技术的研究,它提供了一套针对C2XX的集成开发环境为CC的应用软件,在此集成环境下用C语言编写程序,程序包括初始化程序、主循环程序、磁场定向实时矢量控制的下溢中断子程序、电流电压采样ADC中断子程序,PID控制和模糊滑模控制程序,对这些程序进行试验调试,达到应用实际工程的目的。
冯适[3]2008年在《燃料电池电动汽车车载DC-DC模糊变结构控制研究》文中研究说明随着经济的发展,能源短缺及环境污染问题日益严重,传统的汽车工业的能源消耗和尾气排放是造成这两大问题的主要原因。燃料电池电动汽车能源转换效率高、无尾气排放,是传统汽车理想的替代者。然而目前的燃料电池输出特性偏软,输出电压波动较大。故一般采用DC/DC变换器进行电压匹配和转换。由于在燃料电池电动汽车整车控制器对DC/DC变换器发出控制命令时,DC/DC变换器必须迅速地做出响应,要求所设计控制系统的响应快速性、鲁棒性要好。本文对燃料电池电动汽车车载DC/DC变换器建立起数学模型并针对引起抖振的原因,把滑模变结构控制和模糊控制有机的结合起来,提出一种模糊滑模控制方案,并与其他的控制方法进行比较,在仿真试验中验证了算法的有效性和先进性,具体研究内容如下:首先通过对燃料电池输出特性的研究,介绍了燃料电池电动汽车车载DC/DC变换器的主要功能和拓扑结构,分析了DC/DC变换器建模方法研究现状,根据燃料电池大功率DC/DC的特性,建立了系统的数学模型。其次,根据滑模变结构控制理论,建立了滑模变结构控制器,运用Simulink仿真软件实现了燃料电池电动汽车车载DC/DC滑模变结构控制器的仿真。并在仿真研究中与传统的PI控制进行比较。最后,抖振问题是影响滑模变结构控制广泛应用的主要障碍,本文在深入研究造成系统抖振原因及各种减弱抖振方法的基础上,提出了一种模糊变结构控制器,综合了模糊控制和滑模变结构控制各自的优点,以减弱变结构系统的抖振。由滑模变结构控制保证系统稳定性,且使滑动模态具有良好动态;由模糊控制器调整正常运动段特性以减弱抖振。为验证算法的有效性,针对系统的启动特性及抗干扰特性作了仿真试验。仿真结果表明:系统启动迅速,超调量小;能够抵制来自输入电压及负载两方面的扰动;能够实现燃料电池电动汽车车载DC/DC的快速响应和稳定输出。
闫珂珂[4]2017年在《模块化可重构机械臂的模糊滑模控制方法研究》文中进行了进一步梳理模块化可重构机械臂是为了满足不同任务需要而设计的一种由多种不同尺寸的标准化连杆和关节模块组成的构型可变的机器人。其使用模块化设计思想,单个模块可以被快速替换和组装,并且构型能根据任务需要进行改变,因此模块化可重构机械臂系统相比传统机械臂系统具有更多的优点,可适用于更广的范围。如今,模块化可重构机械臂有很多需要研究的问题,如何实现机械臂的动力学控制也是其重要研究方向。本文针对模块化可重构机械臂的动力学控制问题进行了理论推导与仿真验证研究。首先,设计了模糊自适应控制器,对模块化可重构机械臂动力学中存在的摩擦和外部扰动进行自适应逼近补偿。为了减少模糊控制器的补偿误差和提高控制器的抗干扰能力,在模糊自适应控制律中加入了鲁棒项,提高系统控制器的补偿精度和鲁棒性。其次,研究了模块化可重构机械臂的构型变化时的动力学自适应控制问题,设计了滑模变结构控制器对不同构型的模块化可重构机械臂动力学模型中存在的结构性和非结构性不确定项进行补偿控制。为了解决传统滑模控制中的抖震现象和实现滑模控制器的自适应控制问题,因此在滑模控制律中引入了模糊自适应策略来调节控制器的参数。最后,利用叁种不同构型的模块化可重构机械臂对本文提出的智能控制算法进行了仿真验证。通过对仿真结果的分析,验证了鲁棒模糊自适应控制律和模糊滑模控制律能有效实现对模块化可重构机械臂动力学的控制。
张丰[5]2012年在《滑模变结构控制理论在非线性系统中的应用》文中指出滑模变结构控制因其对系统的参数摄动和外界干扰具有强鲁棒性的特点，因此受到了广泛关注。实际的物理系统几乎都是非线性的，存在许多非线性因素和干扰，应用滑模变结构控制更具有优越性。近年来，滑模变结构控制已成功应用到很多领域，例如：机器人系统、高性能电机系统、电力系统等。滑模变结构控制主要由趋近阶段和滑动模态阶段两个阶段组成，通过设计合理的控制量使系统从初始状态在有限时间内到达滑动模态上，并保持在其邻域内高频率切换，逐渐收敛到平衡状态。本文针对非线性系统，先设计了一种趋近律，目的是改进趋近阶段的运动品质，缩短趋近时间；再从滑模面的设计上加以改进，目的是在抑制抖振的基础上，提高滑动模态阶段的收敛速度。本文的核心部分主要包括以下内容：首先，设计一种新的趋近律，目的使系统由初始状态快速的到达滑模面。通过非线性模型的数值算例进行仿真验证，并与传统PID控制和模糊PID的控制结果进行比较，结果证明了设计具有时间短、收敛快的特点。其次，将滑模控制与模糊控制相结合，通过模糊控制器自动调整趋近律参数,目的是提高系统输出对输入的适应性，减弱滑模变结构控制的非连续性。仿真结果表明控制系统有较好的跟踪效果，抖振现象减小。最后，针对机器人模型，在传统终端滑模的基础上设计了一种快速终端滑模，这种方法的主要特点是滑动模态阶段收敛速度快，跟踪误差小。最后，对具有迟滞摩擦的机器人模型设计一种全局滑模控制方法，结果表明滑模控制具有过滤摩擦因素影响的特点。
张晨艳[6]2014年在《新能源汽车双向DC-DC变换器的滑模变结构自适应控制研究》文中指出双向DC-DC变换器因为具有效率高、重量轻、体积小等优点而成为开关电源的核心，也是混合动力汽车能量流动控制的核心器件。车载双向DC-DC变换器工作在复杂的车载环境之中，且伴随着剧烈变化的工况，DC-DC变换器本身又是由开关器件组成，具有时变、非线性的特点，然而实际使用中要求DC-DC变换器系统能够快速响应，且具有较强的鲁棒性能，传统的线性控制已经不能满足混合动力汽车的需要。本文围绕混合动力车载DC-DC变换器的先进控制方法进行研究，旨在通过先进控制方法提高DC-DC变换器的动静态性能，本文主要进行了如下工作：(1)本文在对DC-DC变换器的拓扑结构进行分析的基础上，鉴于双向半桥具有电流应力小，结构简单的特点，选取双向半桥DC-DC变换器作为研究对象，并对其工作原理进行了介绍。(2)在本文的分析过程中，选取状态空间平均法建立了双向半桥DC-DC变换器工作在Buck和Boost状态下的状态空间模型，通过小信号分析，建立了传递函数模型，通过参数计算确定了变换器模型参数，并在Matlab/Simulink中搭建数学模型，开环仿真结果表明，双向DC-DC变换器正、反向工作时，系统超调量大，调节时间长。开环控制动态性能较差，不能满足实际应用。(3)以Buck变换器为例，引入滑模变结构控制方法，选取了合适的滑模面和趋近律，在Matlab/Simulik中对滑模控制的控制效果进行验证，结果表明滑模变结构控制与PI控制相比，能够在抑制系统超调的基础上，大大提高系统的快速性，并且具有较强的鲁棒性，并对影响滑模变结构控制性能的滑模系数和趋近率参数进行分析。(4)针对滑模变结构控制存在的两大问题，即抖振和自适应能力不强的问题，提出用自适应控制和模糊控制相结合的方法解决这两个问题。通过偏差对趋近律参数进行自适应调整，并通过模糊控制柔化控制信号。在Matlab/Simulink中，设计了自适应模糊滑模自适应控制，仿真结果表明，自适应模糊滑模控制能够有效地削弱抖振，并通过突加电阻仿真实验得出自适应模糊滑模控制鲁棒性强，在负载突变情况时依然有较好的动态性能。
许伟[7]2014年在《汽车非线性悬架系统的复合控制策略研究》文中研究说明悬架系统是关系汽车行驶平顺性和操纵稳定性的重要部件。相比目前普遍采用的被动悬架系统，含有控制机构的车辆可控悬架系统可有效提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。因此，采用优良控制策略和现代电控技术，研制经济、安全、舒适、高效和节能的可控悬架系统是现代车辆悬架技术发展的重要趋势。其中，控制策略是实现悬架系统最优控制的保证，也是当今悬架控制系统研究发展的一个重要方面。实际车辆悬架是受随机路面激励的非线性系统。迄今，人们提出了许多单一的悬架系统控制方法，但各有优缺点，在复杂行驶工况条件下，控制效果并不理想。近年来，为弥补单一控制方法的不足，进一步提高车辆悬架系统的控制性能，已有学者关注将多个控制方法相结合的复合控制策略，但研究成果总体较少。本论文在对比单一控制方法、分析悬架系统基本性能评价指标以及路面激励模型的基础上，开展非线性悬架系统的复合控制策略研究，并提出两个颇具创新性的复合控制方法：(1)基于微分几何的模糊滑模控制方法研究根据二自由度非线性悬架系统动力学模型，首先利用微分几何理论对非线性系统模型精确线性化，定义线性化系统的滑模面函数，并采用等速趋近率设计滑模控制器。然后，根据滑模面到达条件设计模糊控制器自适应调整滑模控制器的切换控制增益。该控制方法的滑模控制参数满足滑模运动的Hurwitz稳定性要求，选择范围较宽，且相对简单，不涉及设计传统最优反馈控制策略过程中加权系数人为选择和Ricatti方程求解等问题，并提高了控制的自适应性和鲁棒性；同时，模糊控制器的引入对切换控制增益起柔化作用，能削弱单一滑模控制输出控制力的抖振效应，降低控制能耗。控制仿真结果验证了该控制方法的有效性。(2)基于遗传算法权值调整的最优模糊复合控制方法从建立的车辆非线性主动悬架系统模型出发，一方面设计出悬架系统的线性二次型最优控制器（简称LQR控制器），最优控制器的加权系数利用遗传算法优化搜索获得，另一方面设计出非线性悬架系统的模糊控制器，进而开展最优控制、模糊控制以及两种方法的并联复合控制对比研究。该控制方法利用遗传算法对加权系数进行搜索优化，不仅有效解决传统LQR控制器加权系数不易确定的问题，且能克服单一最优控制和模糊控制的不足。控制仿真结果表明，该复合控制方法在车辆不同行驶工况条件下，可进一步降低车身垂直振动加速度、悬架动挠度和轮胎形变，明显提高了汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。研究结果为研制汽车可控悬架系统提供了有价值的控制策略及技术参考。
李明[8]2013年在《智能车辆避障路径规划及横向控制研究》文中进行了进一步梳理智能车辆是一个集各种高新技术于一体的综合体,同时也是智能交通系统的重要组成部分。当前社会对于交通安全问题关注度越来越高,对智能车辆的研究也起到了极大地促进作用,本文以视觉式导航智能车为研究对象,对其路径规划和运动控制关键技术开展研究。针对智能车辆运动控制的特点,建立具有纵向、横向、横摆叁自由度的车辆动力学模型,在充分考虑轮胎侧偏对于车辆运动影响的基础上,将两者相结合获得车辆横向动力学模型,同时增加视觉预瞄,以便保证车辆在行驶过程中能预先判断前方路径并获取偏差信息,将视觉预瞄运动学模型与简化后的车辆横向动力学模型组合构成车辆状态方程。在信息未知的环境中,智能车辆需要规划一条无碰撞的安全路径,以确保车辆能够准确无误的到达目的地,因此本文针对避障路径的规划开展研究,并采用人工势场法开展路径规划算法研究。人工势场法结构简单,时效性比较好,能够很好的满足智能车对于路径规划实时性的要求,基于车辆的转向特性,对人工势场法进行改进以满足智能车辆对所规划路径的行驶要求。采用滑模变结构控制与模糊控制相结合的方式来设计智能车辆的横向控制器,将所采集到的车辆横向偏差和方位偏差融合,选用融合后的集成偏差来构成滑模函数,将所设计的滑模函数及其变化作为模糊控制输入,减少模糊控制的维数,有效降低模糊控制的复杂程度,同时减弱抖振,柔化控制信号的输入,保证转向盘转动的稳定性。针对具有不同道路曲率的路况,在Matlab/Simulink环境中对智能车辆的横向控制器进行了仿真分析研究,主要研究对于不同曲率路径智能车辆跟踪效果,尤其是对于曲率突变的道路进行了跟踪,对采用改进后的人工势场法所规划的路径进行路径跟踪控制；根据车辆速度等参数的变化对车辆横向控制的影响进行了鲁棒性分析,仿真结果表明,模糊滑模横向控制器具有很好的路径跟踪效果,并且具有较好的鲁棒性,保证智能车辆自主驾驶的稳定性。
李小凤[9]2016年在《轮式移动机器人的先进滑模轨迹跟踪控制研究》文中进行了进一步梳理近年来,随着科学技术的不断发展和进步,人工智能机器人技术的运用已经深入到人类社会生活的各个方面。一定意义上来说,智能机器人技术的运用代表了一个国家先进生产力的发展。其中,轮式移动机器人由于其自重轻,承重能力强,运动灵活等优势,在人类生产和生活中的各个方面都表现出极大的优越性。轮式移动机器人的轨迹跟踪控制问题已经成为目前的一个研究热点。然而,目前关于轮式移动机器人的轨迹跟踪控制大多数集中在二维平面内,研究者很少关注轮式移动机器人的叁维斜面跟踪控制问题,这通常也约束了轮式移动机器人的应用范围。因此,对轮式移动机器人的叁维斜面轨迹跟踪控制问题的研究具有十分重要的意义。本文针对一类非完整轮式移动机器人,建立了叁维斜面运动学模型和位姿方程；利用先进滑模控制方法实现叁维斜面轨迹跟踪控制；通过设计轮式移动机器人运动控制系统验证本文先进滑模控制方法的有效性。具体研究内容如下：首先,通过重建轮式移动机器人的移动机构,建立了一类非完整轮式移动机器人在二维平面和叁维斜面上的运动学模型和位姿方程,采用反演方法设计切换函数,同时结合反演控制方法与滑模控制方法的优点,设计了一种自适应反演滑模控制器,实现了非完整轮式移动机器人的叁维斜面轨迹跟踪控制。最后将反演滑模控制方法与传统PID控制方法相比较,仿真结果说明了本文方法在移动机器人轨迹跟踪控制方面具有更高的控制精度和更快的收敛速度。进一步,本文设计了一种非线性干扰观测器,在线估计外界未知干扰,用于补偿反演滑模控制器。通过与传统反演滑模控制技术比较,数值仿真结果说明基于干扰观测器的反演滑模控制方法在一定程度上减弱或消除了外界干扰的影响,保证了闭环控制系统的稳定性。其次,针对非完整轮式移动机器人系统运动学模型,分析滑模控制系统抖振产生的原因,提出了一种基于模糊滑模控制的轮式移动机器人叁维斜面轨迹跟踪控制方法,该方法有效地消除和削弱了传统滑模控制中产生的抖振。进一步,将提出的模糊滑模叁维斜面轨迹跟踪控制技术与传统PID控制技术相比较,仿真结果表明该控制方法在移动机器人叁维斜面轨迹跟踪控制中表现出来的控制精度、收敛速度以及全局稳定性更优。同时,本文在此部分研究内容的基础上,考虑了轮式移动机器人模糊滑模控制系统中存在外界干扰情况,设计了基于非线性干扰观测器的模糊滑模控制器,实现了移动机器人的轨迹跟踪控制,通过相应的数值仿真说明了本文方法的有效性。最后,搭建了一套基于滑模控制技术的轮式移动机器人运动控制系统。将滑模控制方法应用于轮式移动机器人电机的转速控制,相较于传统PI控制方法,滑模控制方法具有更好的控制效果。通过预先规划了S形、U形和O形叁种轨迹,进行了室内环境移动机器人轨迹跟踪控制实验,实验结果说明了基于滑模控制技术的移动机器人运动控制系统具有良好的性能。
张晓宇[10]2003年在《变结构控制系统抖振问题的研究》文中研究说明滑模变结构控制理论已经成为控制科学的一个重要分支体系。它以独特、优异的鲁棒性，对匹配不确定性、干扰的完全自适应性等特点一直吸引诸多学者的研究兴趣。然而，阻碍滑模变结构控制理论在实际工程中应用的是滑模控制器带来的抖振问题。滑模控制具有上述优点的代价，就是滑模控制器的非线性形式使得变结构系统的状态，输出等等都会产生一个高频抖振。许多实际控制器、执行机构无法实现高频切换，而且系统在稳态时有稳态误差，甚至高频振动会导致系统元件损坏等等不良后果。 本文主要针对滑模变结构控制系统，进行抖振消除问题的研究工作。对于各类非线性系统，结合模糊控制、自适应控制理论等其他方法，以及从滑模变结构控制理论本身出发，对滑模变结构控制系统的抖振问题进行了深入研究，并且在模糊自适应方法、连续滑模控制方法、积分滑模控制等方面得到了相应的结果。 第一，采用直接模糊自适应滑模控制，提出基于在线梯度自校正的直接模糊自适应方法。自适应模糊逻辑系统(Adaptive Fuzzy Logic Systems，AFLS)的参数通过梯度优化的方法来进行校正，使得AFLS对滑模控制律的逼近误差的积分和趋近于零，而高频抖振被AFLS的低通滤波特性消除。滤波效果更加明显，抖振问题得到了很大程度上的解决。针对一类高阶不确定非线性系统，提出一种基于自适应模糊逻辑系统的边界层死区参数自校正的近似滑模模糊控制，通过边界层的在线自适应，滑模控制的非线性部分更加平滑，消除了系统的抖振。对于不确定离散非线性系统，提出了一种可调边界层的模糊滑模控制，也取得了较好的结果。 第二，在Bartolini G.和Pydynowski P.提出的连续滑模控制方法之基础上，运用滑模控制微分信息，构造连续控制器，提出了更加简洁的带有二阶观测器的连续一阶、二阶滑模控制策略，使得在一定条件下，带有观测器的11 摘 要控制器中包含明显积分成分，滑模控制成为状态和时间连续函数。系统中的抖振现象大大减小，振动幅值减小几个数量级。取得了较好的结果。 第叁，基于Utkin Vadim等提出的积分滑模面的概念，提出了一种新的积分型滑模面及其控制律综合方法，给出了新的积分滑模控制稳定定理，阐述了比较系统的积分滑模控制律的设计方法，积分型滑模面的设计不再困难。所提出的积分滑模控制方法能很好地抑制抖振的幅度。 本文还试图提出新的滑模变结构控制器的结构以提高滑模控制系统的性能。在本文第六章中，提出了状态范数控制器。对状态范数方法进行了仿真研究。 最后是本研究课题的总结和展望。
参考文献：
[1]. 基于模糊滑模变结构的倒立摆控制方法研究[D]. 张志强. 兰州理工大学. 2008
[2]. 模糊滑模控制技术在交流永磁电机中的应用[D]. 丁传东. 西华大学. 2008
[3]. 燃料电池电动汽车车载DC-DC模糊变结构控制研究[D]. 冯适. 武汉理工大学. 2008
[4]. 模块化可重构机械臂的模糊滑模控制方法研究[D]. 闫珂珂. 天津理工大学. 2017
[5]. 滑模变结构控制理论在非线性系统中的应用[D]. 张丰. 沈阳理工大学. 2012
[6]. 新能源汽车双向DC-DC变换器的滑模变结构自适应控制研究[D]. 张晨艳. 广西科技大学. 2014
[7]. 汽车非线性悬架系统的复合控制策略研究[D]. 许伟. 广西科技大学. 2014
[8]. 智能车辆避障路径规划及横向控制研究[D]. 李明. 大连理工大学. 2013
[9]. 轮式移动机器人的先进滑模轨迹跟踪控制研究[D]. 李小凤. 安徽工程大学. 2016
[10]. 变结构控制系统抖振问题的研究[D]. 张晓宇. 浙江大学. 2003
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