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》文中指出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。
冯适[2]2008年在《燃料电池电动汽车车载DC-DC模糊变结构控制研究》文中指出随着经济的发展,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。
刘成菊[3]2007年在《线性时滞不确定性系统的滑模变结构控制》文中指出时滞和不确定性广泛存在于各类实际系统中，是导致系统不稳定和动态性能下降的重要因素。所以充分考虑时滞和不确定性因素对系统控制效果的影响，设计具有较强鲁棒性的控制器具有重要的理论意义和实际应用价值。滑模变结构控制的突出优点是滑动模态对于匹配的参数不确定性以及外界扰动具有完全的鲁棒性，并且滑动模态的动态品质是可以预先设计的。同时设计方法简单，易于实现。它为不确定性系统、非线性、时滞、时变以及干扰源多的系统的鲁棒设计提供了一种有效的方法。本文关注时滞不确定系统的滑模变结构控制，针对不同类型的时滞不确定系统，研究其滑模控制器的设计问题。研究内容概括如下：1．研究一类存在控制时滞的不确定性系统的最优滑模控制问题。定义线性无时滞变换，将时滞系统转化为无时滞系统，在新坐标下，研究基于二次型性能指标的最优滑模面的设计方法，设计了动态不连续控制律，保证滑模存在条件和到达条件，并有效削弱抖振。数值算例及在化工反应过程中的应用研究验证该设计方法的有效性。2．研究一类存在状态时滞的不确定性系统的全滑模控制器的设计问题。提出了一种积分滑模面的设计方法，实现了不确定时滞系统的全局鲁棒滑模控制。系统地给出了全滑模控制器的设计过程。仿真研究验证了设计控制策略的有效性。3．以同时存在状态时滞和控制时滞的不确定性系统为研究对象，基于线性变换，提出了一种设计全滑模控制器的新思路。首先定义线性变换将系统转化为只显含状态时滞的不确定性系统，在新坐标下，进行全滑模控制器的设计。设计的积分滑模面，消除了趋近阶段，实现了全滑模控制。设计控制律确保滑模的存在条件，并能有效克服不确定性的影响。以延时网络控制系统为对象，设计全滑模控制器，仿真结果表明该控制方法鲁棒性好，是镇定延时网络控制系统的有效方法。4．总结论文的主要工作，并指出今后的研究方向。
靳兴来[4]2017年在《液压驱动下肢外骨骼机器人摆动相控制系统研究》文中进行了进一步梳理下肢外骨骼机器人的样机在最近几年不断涌现,目前主要应用在助力及康复训练等领域,其作为典型的人机交互型机器人,涉及机构学、电子技术、计算机技术、控制技术、信息技术、传感技术、人工智能和仿生学等多学科知识。液压驱动下肢外骨骼机器人是一个典型的非线性系统,因此如何实现与穿戴者进行友好的人机交互,充分发挥穿戴者运动的灵活性以及外骨骼设备的耐力将是一个系统研究的课题。第一章通过广泛的国内外调研发现,阐述了课题研究的背景和意义。第二章,首先借助于CAD辅助设计软件、数值计算方法等工具实现参数的优化选择,并使用SolidWorks软件进行了叁维绘图;其次设计了液压系统和电控系统,完成了液压驱动下肢外骨骼平台的搭建。第叁章,对摆动腿的运动学、动力学建模,便于设计基于模型的上层控制器;通过建立单关节液压缸的非线性模型,设计了叁种底层力跟踪控制器;针对传统DLS方法在解决下肢外骨骼摆动腿雅可比矩阵奇异性问题时所引发的新问题,提出了叁种改进方法,并通过MATLAB进行了仿真验证。第四章,首次提出将获取人体运动意图的方法分为两层:第一层主要实现对步态的判别,因此设计了多传感器鞋底;第二层实现对人体运动意图物理信息的获取,在人机之间安装多维力传感器,并且引入导纳模型作为推导人体运动意图的方法,实现人机交互力与人体运动意图物理信号的建模。最后,搭建了人机交互系统摆动相的控制系统,明确了上层控制算法与底层单关节液压缸力跟踪控制器的不同应用点。第五章,针对下肢外骨骼机器人系统的非线性和系统中不确定因素的干扰,引入了滑模变结构控制器。为了减小系统稳态跟踪误差,引入了积分滑模面。针对传统的积分滑模面容易引起Windup效应,出现超调或执行器饱和,提出了两种改进方法。并且采用趋近律的以改善趋近运动的动态品质,最后通过MATLAB仿真验证了系统性能。为了改善系统的平滑性,提高系统的鲁棒性,引入模糊系统以逼近干扰力矩,避免了因随意对干扰力进行估值所造成的系统波动。第六章,考虑到对于复杂的非线性系统,难以获取准确的动力学模型。提出了一种基于单输入的模糊自适应滑模变结构控制器,通过利用模糊系统的逼近特性和自适应控制的强鲁棒性来设计滑模变结构控制器,从而降低控制器对模型的依赖性。第七章,对论文的主要研究工作进行了总结,并且描述了相关创新点。
胡永生[5]2008年在《滑模变结构控制及其在电液位置伺服系统中的应用研究》文中进行了进一步梳理本文首先介绍了电液伺服控制系统的组成及发展历程,并且分析了电液伺服控制系统的非线性和不确定性的特点及产生的原因,而后介绍了滑动模态变结构控制的发展与研究现状。作为一种鲁棒性强的控制方法,变结构控制可通过控制器结构的不断调整和变化,有效地控制具有参数变化和外部扰动的被控制对象,这与具有不确定性(包括参数变化,外部扰动与非线性)的电液伺服系统的控制要求是一致的,因此变结构控制在电液伺服控制系统设计当中受到广泛重视。为了应用到电液伺服控制系统中,本文详细阐述了变结构控制理论的基本概念、基本问题,建立了电液伺服系统的各个组件的数学模型,进而建立了电液伺服系统的理论模型。然后从实验室测得电液伺服系统的液压缸和伺服阀及其它环节的的参数,计算后分别确定了各个组件的传递函数,最终确定了系统的传递函数方块图。本课题的另一项工作是在建立电液伺服系统的模型后,使用滑模变结构控制的比例切换控制法设计滑模控制器,采用S函数描述滑模控制器和电液伺服系统的模型,继而在Matlab/Simulink里建立整个系统的仿真模型。当系统存在不定性时,作者分别采用阶跃信号和正弦信号作为参照信号,将滑模变结构控制和PID控制进行仿真比较。结果表明:滑模变结构控制算法优于PID算法。为了建立更加精确的液压系统的模型,提高整个控制系统的性能,本文还建立了基于ARMSim/Simulink的联合仿真平台,在该平台上进行了滑模变结构控制和PID控制的仿真比较研究。此外,还将联合仿真平台里的模型与在Matlab/Simulink里建立的模型的控制性能作了比较,结果表明:在Simulink仿真平台中,滑模变结构控制系统具有更快的响应时间、更好的动静态性能和更强的鲁棒性;在ARMSim/Simulink的联合仿真平台中,变结构控制系统的响应时间也小于PID控制系统;整体上来看ARMSim/Simulink的联合仿真平台的控制性能好于Simulink仿真平台。
李彬[6]2008年在《空天飞行器姿态运动的鲁棒控制研究》文中指出空天飞行器(ASV)是各国正大力发展的新型航空航天飞行器,对其姿态系统的控制具有重要意义。ASV姿态系统是非线性、强耦合、多输入多输出的系统,且飞行环境复杂,通常要受各种干扰因素的影响,使ASV姿态控制系统设计成为一项极具挑战的研究课题。变结构控制作为控制系统的一种综合方法,它最突出的优点就是对系统参数的摄动、外界的扰动、系统的不确定性等具有独特优异的鲁棒性,并且算法简单。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。本文将模糊控制和传统变结构控制结合起来,构成模糊滑模控制器用以ASV姿态系统控制。主要内容包括:1、比较全面地查阅了关于变结构控制和模糊控制理论的文献,总结了滑模变结构控制和模糊控制的发展历史和特点。详细介绍了变结构控制和模糊控制的基本概念、基本定义、基本性质、基本原理与设计方法;系统分析研究了变结构控制系统可能引起抖振产生的原因,并对削弱变结构抖振的方法进行了分类研究,最后指出了处理抖振问题的发展方向。2、根据国内外公开发表的文献资料建立起ASV6自由度数学模型。该模型包括完整的动力学方程和运动学方程。针对空天飞行器(ASV)的姿态系统的非线性、强耦合和不确定性,提出了一种分散模糊滑模变结构控制方法。首先基于反馈线性化方法将ASV姿态系统解耦成叁个独立的子系统;然后应用滑模变结构控制方法分别设计了各子系统的姿态控制器。通过结合模糊控制与滑模变结构控制,有效抑制了ASV姿态系统的建模误差以及外部干扰。理论分析和仿真研究表明,所提方法具有控制精度高、鲁棒性强、便于工程实现等优点。
郑志同[7]2015年在《基于LabVIEW的电主轴电液伺服加载控制系统研究》文中研究指明电主轴是加工中心的关键功能部件，其可靠性水平直接影响加工中心整机的可靠性水平。提高整机可靠性水平的关键在于提高功能部件的可靠性，而开展功能部件可靠性试验是提高整机可靠性的重要技术途径之一。进行电主轴可靠性加载试验，模拟电主轴实际受力状况，激发电主轴潜在故障，获得电主轴可靠性数据，能够为电主轴可靠性设计及可靠性增长提供依据。而电液伺服加载系统以其控制精度高、响应速度快、输出功率大、易于实现等优点，能够有效地模拟电主轴实际受力工况。因此，研制电主轴电液伺服加载控制系统具有较大的工程实践意义。本文结合吉林省科学技术厅“特色产业基地建设项目”课题展开研究，通过对电主轴受力分析及电主轴可靠性试验台开发，建立了电主轴电液伺服加载系统的数学模型，并提出了一种新型的滑模变结构控制器设计方法，改善了电主轴电液伺服加载系统的加载性能，开发了基于LabVIEW的电主轴电液伺服加载控制系统，并进行了电主轴模拟工况的可靠性试验。本文的主要研究内容如下：1.电液伺服加载控制系统总体方案设计。通过对电主轴可靠性试验台机械结构分析及控制系统软硬件需求分析，得到电液伺服加载控制系统总体方案，并对控制系统的硬件型号及实现的功能进行论述。2.电液伺服加载系统建模。建立电液伺服阀的数学模型并推导液压缸流量连续方程，得到电液伺服加载系统输出力与控制信号的关系，然后用状态空间法对系统进行描述，并对系统状态空间方程进行离散化处理。3.滑模变结构控制器设计。对滑模变结构的基本理论进行分析，确定滑模变结构控制为电液伺服加载系统的控制算法，设计以系统状态变量误差为切换函数并使用常值切换控制策略的滑模变结构控制器，然后对控制器进行抖振抑制和稳定性分析，并使用改进后的局部最优粒子群算法对控制器参数进行优化。4.电液伺服加载控制系统开发及试验分析。开发一套基于LabVIEW的电液伺服加载控制系统，给出系统的结构、功能及程序代码，并开展电主轴的可靠性加载试验，验证该控制系统的控制性能。本文研制的基于LabVIEW的电液伺服加载控制系统能够对电主轴进行稳定加载，可为开展电主轴模拟实际工况的可靠性加载试验提供重要技术支持。
张丰[8]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。
郑敏[9]2008年在《基于变结构自适应控制方法的小卫星姿态控制研究》文中进行了进一步梳理从20世纪80年代美国军方提出现代小卫星的概念以来,现代小卫星由于具有重量轻、性能好、研制周期短、造价低等优点,成为目前航天器发展的一个重要方向。姿态控制系统是小卫星完成各种任务的基本前提,是小卫星的关键技术和研究重点。本文主要针对小卫星姿态控制系统进行了研究。首先给出了欧拉角和姿态四元数的相关理论,系统的总结了欧拉角和四元数两种卫星姿态描述方法,建立了小卫星动力学、运动学模型。针对目前运用于小卫星姿态控制系统研究的滑模变结构控制方法和自适应控制方法进行了改进,并将两种方法结合起来进行了研究。并分别用Matlab实现仿真验证。针对小卫星运动时存在参数摄动,非线性强的特点,设计滑模变结构控制器:选取适当的滑模向量使滑动模态渐近稳定;设计滑模控制律,保证系统状态在有限时间内运动到滑动模态上。用饱和特性取代开关项以减小振颤。针对用四元数法建立的小卫星姿态动力学及运动学方程有强的非线性耦合,设计了一种基于反馈线性化的模型参考自适应姿态控制器。首先运用反馈线性化方法,将小卫星姿态通道线性化解耦成叁个单输入单输出系统,然后运用基于李雅普诺夫稳定性理论的模型参考自适应控制方法对每个系统分别设计自适应控制器,使非线性系统跟踪线性参考模型系统、实现对参数摄动和外部扰动的鲁棒性、跟踪预期的姿态。进一步设计了一种基于滑模变结构和参数自适应算法的姿态控制器:对前面设计的滑模变结构控制器进行了改进;同时针对由于外界影响造成系统参数难以确定的问题,引入了系统参数自适应算法。改进的控制算法能够使得系统在参数不能确定的情况下仍能保持良好的稳定性。
李琳[10]2006年在《滑模变结构控制系统抖振抑制方法的研究》文中研究指明滑模变结构控制已发展成为现代控制理论中的重要分支之一。由于它对系统参数的摄动、外界的干扰、系统的不确定性等具有完全鲁棒性，而受到国内外学者的广泛重视。然而，实际系统由于切换装置不可避免地存在惯性，变结构控制系统在不同的控制逻辑之间来回切换，因而导致实际滑动模不可能准确地发生在切换面上，容易引起系统的剧烈抖动。这一抖振现象已成为滑模变结构控制理论在实际应用中的主要障碍。 如何消除抖振而又不失强鲁棒性，是滑模变结构控制实际应用时必须解决的首要问题。本文主要针对这一问题进行研究。主要研究内容包括以下几个方面： 1、在阅读了大量文献的基础上，总结了滑模变结构控制理论的发展历史及研究现状，详细介绍了滑模变结构控制理论的基本概念、基本特性及设计方法。 2、构建了滑模变结构控制系统，通过仿真分析了滑模变结构控制系统的基本特征；通过与棒—棒控制系统的仿真比较，论述了滑模变结构控制系统的不变性(完全鲁棒性)及不变性条件；系统地分析了滑模变结构控制引起抖振的原因，并阐述了国内外研究抖振的现状以及消除抖振的主要方法，同时指出了这些方法的优缺点。 3、阐述了高阶滑模控制理论，详细说明了高阶滑模控制可以消除抖振的原因，并重点介绍了几种典型的二阶滑模控制器的算法，及一般高阶滑模控制器的基本结构。分别构建了边界层滑模变结构控制系统及二阶、叁阶滑模控制系统，通过仿真分析这些控制算法在消除抖振方面的有效性及局限性。 4、针对其局限性，对现有的高阶滑模控制算法进行改进，为带有执行器的控制系统设计了一种新型的任意阶滑模控制器算法，该算法在有效地消除系统抖振的同时，仍保持了传统滑模变结构控制的强鲁棒性。将此算法用于带有执行器的二阶系统，通过仿真证明了该算法的正确性和有效性。
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]. 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
[3]. 线性时滞不确定性系统的滑模变结构控制[D]. 刘成菊. 青岛科技大学. 2007
[4]. 液压驱动下肢外骨骼机器人摆动相控制系统研究[D]. 靳兴来. 浙江大学. 2017
[5]. 滑模变结构控制及其在电液位置伺服系统中的应用研究[D]. 胡永生. 太原理工大学. 2008
[6]. 空天飞行器姿态运动的鲁棒控制研究[D]. 李彬. 曲阜师范大学. 2008
[7]. 基于LabVIEW的电主轴电液伺服加载控制系统研究[D]. 郑志同. 吉林大学. 2015
[8]. 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
[9]. 基于变结构自适应控制方法的小卫星姿态控制研究[D]. 郑敏. 南京航空航天大学. 2008
[10]. 滑模变结构控制系统抖振抑制方法的研究[D]. 李琳. 大连理工大学. 2006
标签：自动化技术论文; 模糊控制论文; 鲁棒性论文; 滑模变结构论文; 仿真软件论文; 线性系统论文; 滑模论文; 模糊算法论文; 伺服控制系统论文; 模糊理论论文; 运动控制器论文; 人工智能论文; 非线性论文; 伺服系统论文;