基于步进电机驱动并联机器人的无震颤滑模控制研究

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《电气自动化》2011年(第33卷)总目次(总第193—198期)

基于ＡＭ的智能数据采集系统的设计 ……………………………………………………………………………………………………………… 杨柳春（４Ｒ４）无功补偿方式在风力发电系统中的分析与应用 ………………………………………… ………………………………………………………… 陈明忠（８４）双馈式风电机组机网扭振的建模与仿真 ……………………………………………………………………………… 王瑞琳解大王西田张延迟（１５）
级联Ｈ桥五电平变换器系统研究 …………………………………………………………………………………………………………………… 洪春梅（９２）基于以太网的电站监控系统的研究与应用 ……………………………………………………………… 孙晓静谭景文孙晓生刘正铭王春宁（１３）新型模糊ＰＤ复合控制在锅炉汽包水位控制中的应用 ……………………………………… …………………………………………………… 徐毅华（５Ｉ３）工业以太网和ＣＡＮ总线在污水处理系统中的应用 ………………………………………………………………… 王树东孟静静陈仕彬基于ＰＣ控制的电机变频／２Ｌ３频同步切换 ………………………………………………………………………………………………… 刘思闫媛媛（７３）张加胜（１４）
《电气自动化）０１年（３）１２第３卷）总目次
（总第１３— ９９１８期）
第一期
基于模糊神经网络的二自由度内模控制 ……………………………………………………………………………………… 陈高华张井岗永磁直线电机神经滑模控制器设计 ………………………………………………………………………………………………… 马达齐亮数控切割控制软件中割缝补偿算法的实现 …………………………………………………………………………………… 钟溢原唐厚君赵志诚（１）牛玉刚（４）徐青菁（７）

滑模变结构控制理论及其在机器人中的应用研究共3篇

滑模变结构控制理论及其在机器人中的应用研究共3篇滑模变结构控制理论及其在机器人中的应用研究1滑模变结构控制（Sliding Mode Control，SMC）是一种非线性控制方法，具有高精度、强适应性、鲁棒性好等优点，因此被广泛应用于机器人控制领域。

其基本思想是构造一个滑模面，使系统状态到达该面后就会保持在该面上运动，在保证系统稳定性的同时达到控制目的。

本文将阐述滑模变结构控制的理论基础以及在机器人控制中的应用研究。

一、滑模变结构控制的理论基础1. 滑模面滑模面是滑模控制的核心概念，它是一个虚拟平面，将控制系统的状态分为两个区域：滑模面上和滑模面下。

在滑模面上，系统状态变化很小，具有惯性；而在滑模面下，系统状态变化很大，具有灵敏性。

在滑模控制中，系统状态必须追踪滑模面运动，并保持在滑模面上，进而实现控制目的。

2. 滑模控制定律滑模控制定律是滑模变结构控制的核心之一，主要由滑模控制器和滑模面组成。

滑模控制器将系统状态误差与滑模面上的虚拟控制输入之间做差，生成实际控制输入。

而滑模面则是根据控制目的和系统性质，通过手动选择滑模面的形状和大小来合理地设计。

例如，对于已知模型的系统，可使用小扰动理论来设计滑模面；而对于未知模型的系统，可使用自适应滑模控制来自动调节滑模面。

总体来说，滑模控制定律是一种强鲁棒控制方法，在快速响应、鲁棒性和适应性等方面都表现出色。

3. 滑模变结构控制滑模变结构控制是将滑模控制定律与变结构控制相结合形成的一种新型控制方法。

在滑模变结构控制中，滑模面被用来描述整个系统状态，而滑模控制定律则用来保证系统状态追踪滑模面的过程中，系统特征不会发生大的变化。

换句话说，滑模控制定律的目的是在系统状态到达滑模面后，控制系统能够迅速且平稳地滑过该面，进而保持在滑模面上稳定运动。

二、滑模变结构控制在机器人中的应用研究滑模变结构控制广泛应用于机器人控制领域，例如：机器臂控制、移动机器人控制、人形机器人控制等。

滑模控制在并联机器人轨迹跟踪中的应用

ＬｎＩＹａ，ＷＡＮＧｎ，ＣＨＥＮｅｇｈｎＹｏｇＺｈｎ．ｏｇ
（．ｃｏｌｆｃａｉａＥｇｎｅｉ，ｈｎｏｇＵｉｒｉ，ｉａ５０；．ｎｉｅｒｇＭｃｉｅｙＤｐｒ１ＳｈｏｏＭｅｈｎｃｌｎｉｅｒｇＳａｄｎｎｖｓｙＪｎ２０６２Ｅｇｅｉａｈｎｒｅａｔｎｅｔｎ１ｎｎ —
维普资讯
２０年第９０８期
文章编号：０１—２６２０）９—０４１０２５（０８００５—０４
・制与检测・控
滑模控制在并联机器人轨迹跟踪中的应用水
李艳王勇陈正洪，，
ｓｉｎｏｅｃｎｒｌｒｅｅｈｒｒｎｔａｒｏｓｌｇｍｄｏｔｏｌｖｎｔｅｅａｅｉｉｉｌｅｒｒ．Ｔｈｕｓ－ｌｎｏｅｃｎｔｏａｅｕｅｃａｔｒｅｆｃｉｅｄｉｅｅｑａｉｓｉｇｍｄｏｒｌｃｎｒｄｃｈｔｅｆｅｔｖ — ｄｉ
ｍｅｔｈｎｏｇＪａＴｎｎｖｒｉｎ，ＳａｄｎｉｏｏｇＵｉｅｓｔｉａ５０３，Ｃｉａｙ，Ｊｎｎ２０２ｈｎ）
Ａｂｓｒｃ：ＴｈｙｎｍｉｏｅｆａＰｌｎａ－ｔａｔｅｄａｃｍｄｌｏａｒ２ＤＯＦｒｄｄｎｔｃｕａｅｒｌｌｒｂｏｓｅｔｂｌｈｄ．Ｃｏｉｅ— ｅｕｎａｌａｔｔｄｐａａｌｏｔｉｓａｉｅｙｅｓｎｓｄｒｉｈｏｌｅｒｕｃｒａｎｙｏｒｌｌｒｂｏｓｌｉｇｍｏｅｃｎｔｏｌｒｉｏｎｇｔｅｎｎｉａｎｅｔｉｔｆｐａａｌｏｔ，ａｓｉｎｄｏｒｌｓｐｒｐｏｓｄｉｈｓｐａｒｎｅｄｅｅｎｔｉｐｅ、Ｔｈｎｔｅｈｅｓａｌｙｏｈｏｓｄｃｎｒｌｒｉｎｌｅｔｕｒｎｔｅｈｏｓｒｃｉｇｃｔｏ．Ｉｒｒｔｅｕｅｔｂｉｔｆｔｅｐｒｐｏｅｏｔｏｌｓｉｅａａｙｚｄｏｇａａｅｔｅｒｂｕｔｔａｋｎｏｎｒ１ｎｏｄｅｏｒｄｃｃａｔｒｎ，ｑａｉｓｉｎｄｅｃｎｒｌｉｍｐｌｙｅｈｔｅｉｇｕｓ— ｌｇｍｏｏｔｏｓｅｄｉｏｄ．Ｔｈｉｅｓｍｕｌｔｏｅｕｌｓｄｍｏｎｔａｅｔｅｅｆｃｉｅｓｆｔａｉｎｒｓｔｅｓｒｔｈｆｅｔｖｎｅｓｏｈｅ

基于改进滑模-PID策略的步进电机控制技术及试验研究

基于改进滑模-PID策略的步进电机控制技术及试验研究基于改进滑模-PID策略的步进电机控制技术及试验研究摘要：本文基于改进滑模-PID（Proportional-Integral-Derivative）策略，针对步进电机控制技术进行了深入研究。

通过分析步进电机控制的原理和传统PID控制策略的不足之处，提出了一种改进的滑模-PID策略，并设计了相应的控制算法。

通过实验验证，改进的滑模-PID策略相比传统PID控制策略在步进电机控制方面表现出更好的性能。

关键词：步进电机控制技术、滑模控制、PID控制、改进策略、性能评估一、引言步进电机广泛应用于自动控制和运动控制领域，其具有结构简单、成本低、定位精度高等优点。

针对步进电机控制技术的研究，寻求更稳定和高性能的控制策略是一个重要课题。

传统的PID控制策略在步进电机控制方面有一些不足之处，如超调量大、响应时间慢等。

本文在传统PID控制策略的基础上，通过引入滑模控制思想，提出了一种改进的滑模-PID策略，并设计了相应的步进电机控制算法。

二、步进电机控制原理和传统PID控制策略步进电机是一种通电才能工作的开环控制系统，其控制原理基于脉冲信号来驱动电机旋转。

传统PID控制策略是一种反馈控制策略，通过不断调整PID控制器的参数来实现对步进电机的控制。

PID控制器包括比例项、积分项和微分项三个部分，通过给定信号与反馈信号的差值来计算控制器的输出量。

然而，由于步进电机的特殊性，传统PID控制策略在步进电机控制中存在一些问题。

首先，步进电机的惯性较小，反应速度较快，在传统PID控制下容易产生过冲现象。

其次，步进电机的非线性特性，如静摩擦力和动摩擦力的影响，给传统PID控制带来了困难。

最后，步进电机系统参数的变化和外部干扰等因素会影响控制的稳定性和精度。

三、改进的滑模-PID策略及其控制算法为了克服传统PID控制策略的不足，本文提出了一种改进的滑模-PID策略。

滑模控制是一种通过在系统状态空间中构造滑动曲面，使系统状态迅速从初始状态转移到期望状态的控制策略。

动态滑模控制在并联机器人中的应用

立的系统来进行控制，制策略为传统的ＰＤ控制，制效果很不理想．糊控制方法可以在不要求机控Ｉ控模器人模型精确的情况下实现机器人的控制，是模糊控制方法的模糊规则设计比较重要，则设计的好但规
Ａｂｓｒｔｔａｃ：ＤｉｅｔｄｇａｎｔｈｅａａｌｌｏｏｍｅｈａｓｒｃｅａｉｓｔｐｒｌｅｒｂｔｃｎｉｍｗｉｈｔＡＣｅｖｏｍｏｏｄｉｅａｓｒ－ｔｒｒｖ，ｍｏｅｏｄｌｆ
ｃｎｒｌｉｇｓｓｅｏｔｏｌｎｙｔｍｗａｓａｌｓｄ．Ａｎｄｆｄｙａｃｌｎｍｏｅｏｒｌａｇｒｔｍｗａｅｉｎｅｓｅｔｂｉｈｅｋｉｏｎｍｉｓｉｇｄｉｄｃｎｔｏｌｏｉｈｓｄｓｇｄ．
ｔａｉｂｌｔｕｔｅｃｎｔｏｌｒａｄａｇｏｅｆｒｎｅｉｒｃｎｈｅｖｒａｅｓｒｃｕｒｏｒｌ，ｎｏｄｐｒｏｍａｃｎｔａｋｉｇ，ａｄｔｅｈｉｈ— ｃｕａｙｒａｉｅｎｈｇａｃｒｃｅｌｔｍｅ
好，系统抗干扰能力强，系统参数变化不敏感，有良好的跟踪性能．对具
关键词：并联机器人；滑模控制；伺服电机；轨迹跟踪
中图分类号：Ｔ２２Ｐ４
文献标志码：Ａ
文章编号：１０ — ４５２１）１０３— ４０８５７（０００ — ０７０

并联机器人动态滑模轨迹跟踪控制研究动

ｓｌｉｄｌｏｕｒｋａｄｃｍｌｔｇｔｅｄｓｅｒｅｔｒｏｌｉｇｈｉｕａｉｎｒｓｈｉａｏｍｏｅｆｓｒｔｏｐｅｉｈｅｉｄｔｃｏｙｆｌｗｎ．Ｔｅｓｍｌｏｅｕｓｍｕｔｎｐｃａｎｎｒｊａｏｔｓｏｅｅｔｉｔｎｆｓｔｋｎｐｏｒｕｃｓｔｅｃｎｒｌａ．ｈｗｄｔａｌｙａｄａｔｒｉｅＣｍａｅｈｏｔｗｈｓｂｉａｇｃｏｆｏｏｌ
Ｋｅｏｄ：ｙａｃｖｒａｌｓｕｔｒ；ｖｒｅｋｎｍａｉ；－ｙｗｒｓＤｎｍｉａｉｂｅｔｃｕｅＩｅｓｉｅｔｓ６ＤＯＦｐｒｌｌｏｏｓＴａｅｔｒｒｎｃａａｌｂｔ；ｒｊｃｏｙｅｒ
ｔａｋｉｇｒｃｎ
ｈｄｔｂｏｔｌｄａｃｒｅｙｂｃｕｅｏｔＳｎｎｉｅｒｎｒｎｕｌｇＩａｔｈ－Ｏａａ－ｒｏａｅｃｎｒｌｕａｌｅａｓｆｉｏｌａｄｓｏｇｃｐｉ．ｔｉａｔｅ６ＤＦｐｒｏｅｃｔ ’ ｎａｔｏｎｍｓｌ
能力强，具有快速有效跟踪期望轨迹的优良｝能。Ｊ生
关键词：动态滑模变结构；动学反解；自由度并联机器人；迹跟踪运六轨
【ｂｔｃ】ａｌｌｏｏｅｔｐｒｎｐｒｉｒｅｃｄａｐｉｔｎｏｈｏｏａｄｈｖＡｓａｔＰｒｌｂｔａｅｉｏｔｔａｓａｈａｌａｏｅｒｂｔａｅｒａｅｒｓｒｈｍａｔｎｅｒｎｐｃｉｆｔｎｔｅａｖｔｅｉｈｒｉｉ，ｈｄａａｓｏｇｇｄｔ动ｂｒｅａａｉ，ｏａｃｍｌｉｎｏｐｓｉｎｄＳｎｈｗｖｒｉＳｎｇｆｈｉｙｕｄｎｃｃｔｎｕｕａｏｏｉｏａａＯｏ，ｏｅｅ， ’ ｐｙｃｔｆｔｌｎｔ

Stewart并联机器人的非奇异终端滑模控制

Stewart 并联机器人的动力学模型
σ
（4）
式中：s = [s1 ,s 2 ,…,s 6] ；误差矢量 e = q - q d ，e =
T
如图 1 所示，Stewart 并联机器人是一种六自
由度并联机构，其上下 2 个平台通过 6 个可伸缩的
支杆相连。惯性坐标系 ΣO{X,Y,Z} 固定在下平台
作空间的控制能够提供更好的控制性能 [1]。对于
Stewart 并联机器人基于工作空间的控制问题，国
内外研究人员提出了不同的运动控制策略，已提
出的控制策略主要包括积分滑模控制[2]、神经模糊
自适应控制 [3]、自适应 PIDNN 控制 [4]、模态空间控
制[5]、模糊计算力矩控制[6]、自适应滑模控制[7]等。
析和数值仿真实验结果证明所提控制方法的有
式中：
矢量 x = [x1 ,x 2 ,…,x 6] ，
矢量 σ =[σ1 ,σ 2 ,…,σ 6]T 。
T
根据并联机器人系统的控制目的，定义系统
的非奇异终端滑动面 s 为[8]
s = e + ωsig ( ė )
效性。
2
3
于涛等：
Stewart 并联机器人的非奇异终端滑模控制
提出一种基于双幂次趋近律的非奇异终端滑模控制算法。所提控制算
法可以确保机器人系统快速收敛至期望位姿，并且具有良好的控制输入高频抖动抑制能力。首先定义机器人系统的非奇
异终端滑动面；
然后基于机器人系统的拉格朗日动力学模型求得等效控制律，并采用双幂次趋近律设计非线性控制律，从
而得到系统的奇异终端滑模控制律；
人系统的动力学模型，采用等效控制原理和双幂
*辽宁省自然科学基金指导计划项目（201602379）；

基于步进电机的多轴联动控制系统研究

基于步进电机的多轴联动控制系统研究*作者：齐子昂韩元真吴真昱袁嘉惠来源：《科学与财富》2020年第30期摘要：随着社会的进步和人类水平的提高，工厂生产智能化的趋势越来越明显。

而随着工厂生产自动化的不断发展，电机的多轴联动控制也逐渐被人们所注意到，我们一般常见的运动轴可以分为X、Y、Z、Pitch和Yaw轴，而对于多轴联动的控制方法也是多种多样。

本文着重叙述一种基于步进电机的多轴联动控制系统，该系统主要由STM32单片机作为主要处理器，步进电机作为动力装置，再由脉冲信号的脉冲数和脉冲的周期来控制步进电机的转动角度和转动速度，而每个轴的速度和位置数据都通过串口发送至上位机实现数据可视化，而每个轴的运动都是独立的，也就是说多个轴可以同时运动，我们将控制三个电机同时运作，同时朝着目标方向运动，但是考虑到该机构不与其他机构产生碰撞即每两点之间不能简单地按照直线路径，因此需要使用Floyd算法计算出各个点之间的最短路径，大幅度缩短了时间，达到最好的效果。

关键词：多轴联动;串口通信;上位机;Floyd算法;最短路径0 引言为了能将电机运动的时间缩短到最少时间，我们计划采用多轴联动的方式对步进电机进行控制。

对于X、Y、Z、Pitch、Yaw几个运动轴，若只是采取单方向直线运动的话时间无疑将会是非常长的，于是我们将控制三个电机同时运作，同时朝着目标方向运动，同时还要考虑该机构不与其他机构产生碰撞，从而计算出其最短路径，大幅度缩短了时间，达到最好的效果。

STM32单片机为控制系统的核心，处理输入模拟信号和对外部输出控制信号都需要它来实现。

它可以提供控制步进电机运动的脉冲信号，同时还可以将电机的各种状态数据通过串口传输给上位机，将各个运动轴的数据直观的展现出来，同时可以发送控制命令给单片机来控制它的运动。

Floyd算是最常用的求两点间最短路径的方法，应用在很多领域，送货员送货，邮递员送信都需要事先考虑路途长短[1]，在本系统中选择最短路径的方法既可以根据此算法来设计。

二自由度冗余驱动并联机器人的动力学建模及控制

03
二自由度冗余驱动并联机器人模型建立
动力学模型建立
确定机器人结构参数
01
根据机器人结构，确定各部分的结构参数，包括连杆长度、质
量、转动惯量等。
建立动力学方程
02
根据牛顿第二定律，建立机器人的动力学方程，包括关节扭矩
、速度和加速度等。
考虑摩擦与重力影响
03
考虑机器人运动过程中可能受到的摩擦力、重力等影响因素，
与现有技术的比较
我们将所提出的控制算法与现有的控制算法进行了比较。通过比较发现，我们所提出的控制算法在跟踪性能和抗干扰能力方面具有优势。
讨论
虽然我们在实验中取得了令人满意的结果，但仍有许多方面需要进一步研究。例如，我们可以考虑增加更多的传感器和优化机器人的结构以提高其性能。此外，我们还可以研究更复杂的轨迹跟踪和控制任务。
05
实验研究与结果分析
实验平台搭建
硬件平台
为了进行实验研究，我们构建了一个二自由度冗余驱动并联机器人平台。该平台使用高质量的硬件组件，包括高性能电机、高精度编码器和高速控制器等。
软件平台
我们开发了一个基于MATLAB/Simulink的软件平台，用于实现机器人的控制算法和数据采集。
实验结果分析
未来研究展望
01
02
03
研究更加精确的动力学模型，考虑更多的影响因素，以提高机器人的运动性能。
探索更加智能的控制方法，如基于人工智能的控制算法，以提高机器人的自适应性。
对机器人的轨迹跟踪性能进行更全面的评估，包括在不同工况下的表现，以及与其他类型机器人的对比分析。
感谢您的观看
THANKS
研究方法
采用理论分析和实验研究相结合的方法，首先对冗余驱动并联机器人的结构和运动学进行分析，然后建立其动力学模型，并设计相应的控制算法，最后通过实验验证其有效性和可行性。

基于滑模控制的多机器人编队控制研究

基于滑模控制的多机器人编队控制研究一、多机器人编队控制概述多机器人编队控制是现代机器人技术中的一个重要研究方向，它涉及到多个机器人之间的协调与合作，以完成复杂任务。

这种控制方式在自动化制造、搜索救援、环境监测等领域具有广泛的应用前景。

多机器人编队控制的核心目标是实现机器人之间的有效通信、精确定位和动态协调，以确保整个编队能够高效、稳定地完成任务。

1.1 多机器人编队控制的核心特性多机器人编队控制的核心特性主要包括以下几个方面：- 协调性：编队中的每个机器人需要根据编队的任务目标和环境变化，调整自己的行为以保持整个编队的协调一致。

- 可扩展性：编队控制系统应能够适应不同规模的机器人团队，无论是小型团队还是大规模编队，都能实现有效的控制。

- 鲁棒性：面对环境的不确定性和机器人自身的故障，编队控制系统应具备一定的容错能力，保证任务的连续性和稳定性。

- 智能性：编队控制系统应能够根据任务需求和环境变化，智能地调整控制策略，提高编队的整体性能。

1.2 多机器人编队控制的应用场景多机器人编队控制的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 环境监测：多个机器人协同工作，对特定区域进行环境数据的采集和分析。

- 搜索救援：在灾害现场，多个机器人可以快速搜索幸存者并进行救援。

- 自动化制造：在生产线上，多个机器人协同完成装配、搬运等任务，提高生产效率。

- 物流配送：在仓库或配送中心，多个机器人协同完成货物的分拣、搬运和配送。

二、基于滑模控制的多机器人编队控制滑模控制是一种非线性控制策略，以其良好的鲁棒性和快速响应特性在多机器人编队控制中得到了广泛应用。

基于滑模控制的多机器人编队控制系统能够处理机器人之间的相互作用和外部干扰，实现精确的编队控制。

2.1 滑模控制的基本原理滑模控制的基本原理是通过设计一个滑模面，使得系统状态能够在滑模面上滑动，从而达到期望的性能。

滑模面的设计通常基于系统的动态模型和控制目标，通过选择合适的控制律，使得系统状态能够快速且准确地达到滑模面，并在其上滑动。

基于滑模控制的永磁同步电机伺服系统研究

摘要在永磁同步电机的控制中，传统PI控制由于抗扰动能力差，不适合要求较高的应用场合。

滑膜控制是提高永磁同步电机控制系统鲁棒性的方案之一，已有成功案例进入应用领域，但还有不少问题亟待解决。

本文将针对永磁同步电机的滑膜控制问题展开研究工作。

论文首先介绍永磁同步电机速度调速系统的国内外研究现状，推导了永磁同步电机的数学模型，并基于此搭建了电机参数可变更的仿真模型，通过双闭环调速系统仿真，验证了自建电机模型的正确性。

然后，在传统滑膜控制的基础上，引入线性二次型最优控制，将二者结合产生了最优滑模控制，详细介绍了相关理论基础以及最优滑模控制的设计问题。

将最优滑模控制器取代传统PI控制应用于对于d轴电流的控制。

通过仿真实验验证了该控制策略在稳定性以及鲁棒性方面优于传统PI控制，最后通过实验验证了最优滑模控制的可行性。

针对传统滑模控制抖振产生的原因——不连续控制量作用在滑模面变量的一阶导数上，采用了高阶滑模控制，将不连续控制量作用在滑模面变量的高阶导数上，进而使得作用在其一阶导上的控制量为连续的，削弱了抖振。

对高阶滑模控制的理论基础以及其中的二阶滑模控制做了详细介绍。

将二阶滑模控制器取代转速和q轴电流的PI控制器，通过分析和仿真深入研究了该控制策略下控制系统的性能，得出了采用二阶滑模控制器时系统在快速性以及鲁棒性方面优于PI 控制器，但是稳定性方面PI控制器则更胜一筹的结论。

在二阶滑模控制基础上引入奇异摄动理论，将二者结合。

使得原系统分解为两个降阶的子系统，分别设计控制器，采用仿真实验研究对此方法的优越性进行了验证。

结果表明所采用的控制策略比二阶滑模控制具有更好的鲁棒性和良好的动、稳态控制性能，且稳定性方面表现良好。

最后通过实验验证和对比了二阶滑模控制以及基于奇异摄动二阶滑模控制的控制效果。

该论文有图26幅，表2个，参考文献85篇。

关键词：永磁同步电机；最优滑模控制；二阶滑模控制；奇异摄动AbstractIn the control of permanent magnet synchronous motor, traditional PI control is not suitable for high demand applications because of its poor anti disturbance ability. Sliding film control is one of the schemes to improve the robustness of PMSM control system. There have been successful cases in the field of application, but there are still many problems to be solved. In this paper, the research work will be carried out on the sliding film control of permanent magnet synchronous motor.Firstly, the paper introduces the research status of PMSM speed servo system at home and abroad, deduces the mathematical model of PMSM, and based on this, builds a simulation model with changeable motor parameters. Through the simulation of double closed-loop speed control system, the correctness of the self built motor model is verified.Then, based on the traditional sliding film control, the linear quadratic optimal control is introduced, and the optimal sliding mode control is produced by combining the two. The related theoretical basis and the design of the optimal sliding mode control are introduced in detail. The optimal sliding mode controller is applied to the d-axis current control instead of the traditional PI control. The simulation results show that the control strategy is better than the traditional PI control in stability and robustness. Finally, the feasibility of the optimal sliding mode control is verified by experiments.Aiming at the cause of chattering in traditional sliding mode control, which is the discontinuous control variable acting on the first derivative of sliding mode surface variable, a high-order sliding mode control is proposed, which applies the discontinuous control variable on the high derivative of sliding mode surface variable, and then makes the control variable acting on its first derivative continuous, weakening chattering. The theoretical basis of high order sliding mode control and the second order sliding mode control are introduced in detail. The second-order sliding mode controller is used to replace the PI controller of speed and q-axis current. Through analysis and simulation, the performance of the control system under the control strategy is studied deeply. It is concluded that the system is better than the PI controller in terms of rapidity and robustness when the second-order sliding mode controller is used, but the PI controller is better in terms of stability. Based on the second-order sliding mode control, singular perturbation theory is introduced to combine the two. The original system is decomposed into two reduced order subsystems, and the controller is designedrespectively. The superiority of this method is verified by simulation experiments. The results show that the proposed control strategy has better robustness, good dynamic and steady-state control performance and good stability than the second-order sliding mode control. Finally, the control effect of second-order sliding mode control and singular perturbation second-order sliding mode control are verified and compared by experiments.There are 26 figures, 2 tables and 85 references in this paper.Keywords:permanent magnet synchronous motor (PMSM); optimal sliding mode control; second order sliding mode control; singular perturbation目录摘要 (I)目录 (IV)图清单 (VIII)表清单 (X)变量注释表 (XI)1 绪论 (1)1.1 课题研究背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 本文的主要研究内容 (9)2 永磁同步电机数学模型和仿真搭建 (11)2.1 永磁同步电机数学模型 (11)2.2 永磁同步电机仿真模型与矢量控制仿真建立 (14)2.3 本章小结 (16)3 永磁同步电机直轴电流最优滑模控制 (17)3.1 滑模控制理论基础 (17)3.2 线性二次型最优控制理论 (20)3.3 最优滑模控制理论 (23)3.4 直轴电流最优滑模控制器的设计 (24)3.5 仿真分析 (25)3.6 实验验证 (26)3.7 本章小结 (28)4 永磁同步电机二阶滑模控制 (30)4.1 高阶滑模理论 (30)4.2 滑模面设计 (33)4.3 超螺旋控制参数选取 (35)4.4 鲁棒微分器设计 (36)4.5 奇异摄动理论 (38)4.6 基于奇异摄动的二阶滑模控制 (39)4.7 仿真分析 (41)4.8 实验验证 (46)4.9 本章小结 (49)5 结论及展望 (51)5.1 总结 (51)5.2 工作展望 (51)参考文献 (53)作者简历 (59)学位论文原创性声明 (60)学位论文数据集 (61)ContentsAbstract ........................................................................................................................ I I Contents (VI)List of Figures (VIII)List of Tables (X)List of Variables (XI)1 Introduction (1)1.1 Research Background and Significance of the Subject (1)1.2 Research Status (2)1.3 Main Research Contents of This Paper (9)2 Mathematical model and Simulation of PMSM (11)2.1 Mathematical Model of PMSM (11)2.2 Simulation Model and Vector Control Simulation of PMSM (14)2.3 Chapter Summary (16)3 Optimal Sliding Mode Control of Direct Axis Current Control for PMSM (17)3.1 Theoretical Basis of Sliding Mode Control (17)3.2 Linear Quadratic Optimal Control Theory (20)3.3 Optimal Sliding Mode Control Theory (23)3.4 Design of Optimal Sliding Mode Controller for Direct Axis Current (24)3.5 Simulation and Analysis (25)3.6 Experimental Verification (26)3.7 Chapter Summary (28)4 Second Order Sliding Mode Control of PMSM (30)4.1 High Order Sliding Mode Theory (30)4.2 Sliding Surface Design (33)4.3 Selection of Super-Twisting Control Parameters (35)4.4 Robust Differentiator Design (36)4.5 Singular Perturbation Theory (38)4.6 Second Order Sliding Mode Control Based on Singular Perturbation (39)4.7 Simulation and Analysis (41)4.8 Experimental Verification (46)4.9 Chapter Summary (49)5 Conclusions and Prospect (51)5.1 Conclusion (51)5.2 Expectation of Future Work (51)References (53)Author’s Resume (59)Declaration of Thesis Originality (60)Thesis Data Collection (61)图清单VIII表清单变量注释表1绪论1 绪论1 Introduction1.1 课题研究背景及意义（Research Background and Significance of the Subject）电机在工业的发展进程中一直起着至关重要的作用，上世纪五十年代，永磁电机多为带有转子鼠笼绕组的永磁电机，主要应用于一些需要许多电机同时以额定转速运行的工业环境下，诸如汽车制造行业以及纺织行业等等[1,2]。

6-DOF并联机器人曲面加工滑模变结构控制研究的开题报告

6-DOF并联机器人曲面加工滑模变结构控制研究的开题报告一、研究背景及意义目前，工业制造中常用的机器人大多是6-DOF并联机器人，它具有机构简洁、运动灵活、负载能力强、精度较高等优点，适用于各种复杂加工任务。

而曲面加工是6-DOF并联机器人应用领域中较为重要的一项任务，常用于汽车、飞机等大型机械的加工，其精度和效率直接影响产品质量和生产效率。

然而，曲面加工是一项高精度任务，对机械系统的运动控制要求十分严格。

传统的PID控制和运动轨迹规划方法已经难以满足其要求。

因此，研究新的高级控制方法对曲面加工的实现具有很大意义。

滑模变结构控制法是一种具有很高鲁棒性和适应性的先进控制方法，既能够快速响应系统扰动，又能抑制模型误差和参数扰动的影响。

因此，将滑模变结构控制法应用于6-DOF并联机器人曲面加工任务中，有望提高系统的控制精度和鲁棒性。

二、研究内容及技术路线本研究的主要内容是基于滑模变结构控制法，研究6-DOF并联机器人曲面加工的控制方法。

具体包括以下几个方面：1. 6-DOF并联机器人的建模及运动学分析：基于运动学原理，建立6-DOF并联机器人的几何模型和运动学方程，包括位姿表示、末端执行器速度和加速度等。

2. 曲面加工轨迹规划：根据曲面加工要求，制定合理的轨迹规划方法，确保6-DOF并联机器人可以准确地跟踪所需的曲面轨迹。

3. 滑模变结构控制器设计：设计基于滑模变结构控制法的反馈控制器，采用较为丰富的状态反馈与积分，调节控制参数，提高系统控制的精度和鲁棒性。

4. 实验验证：基于上述理论分析和控制器设计，进行6-DOF并联机器人曲面加工的仿真实验和实际加工实验，验证滑模变结构控制法在机器人曲面加工任务中的有效性。

技术路线：1. 建模和运动学分析：Matlab+SimMechanics建模仿真。

2. 曲面加工轨迹规划：Matlab编程实现。

3. 滑模变结构控制器设计：Matlab仿真设计。

4. 实验验证：基于工业机器人和相应的数控系统进行实验验证。

二自由度并联机器人的模糊免疫PID控制研究的开题报告

二自由度并联机器人的模糊免疫PID控制研究的开题报告一、选题背景和研究意义随着科学技术的不断发展，机器人正在被广泛使用于现代制造业、医疗保健、交通管理等领域。

然而，机器人控制技术一直是研究的热点问题。

二自由度并联机器人（2-DOF parallel manipulator）是一种重要的机器人形式，具有结构简单、运动灵活的优点，在精密加工、装配、定位控制等领域具有广泛的应用。

然而，2-DOF并联机器人的非线性、强耦合等特点使其运动控制更加困难，需要更加先进的控制方法。

传统的PID控制方法能够实现2-DOF并联机器人的精确控制，但面对不确定因素和系统噪声时，其性能可能下降甚至失效。

模糊控制和免疫控制作为两种新兴的控制方法，都具有更好的适应性和鲁棒性，在不确定的环境下能够更好的控制机器人。

因此，本研究旨在研究并实现基于模糊控制和免疫控制的PID控制算法，以提高2-DOF并联机器人的控制性能和鲁棒性，为机器人控制领域的发展和应用提供有价值的理论和技术支撑。

二、研究内容和研究方法研究内容：1. 2-DOF并联机器人的建模与运动控制方法研究；2. 模糊PID控制算法的设计和实现；3. 细胞免疫PID控制算法的设计和实现；4. 系统对比实验和性能评估。

研究方法：1. 基于MATLAB和Simulink的2-DOF并联机器人建模和仿真；2. 设计模糊控制算法和免疫控制算法，并在Simulink中进行验证；3. 进行系统对比实验和性能评估，分析不同控制算法的优缺点。

三、预期成果和创新性预期成果：1. 建立2-DOF并联机器人的数学模型，并实现基于模糊控制和免疫控制的PID控制算法；2. 进行系统对比实验，分析不同控制算法的性能和鲁棒性；3. 提出优化的机器人控制算法，为2-DOF并联机器人运动控制提供更好的解决方案。

创新性：1. 结合模糊控制和免疫控制的PID控制算法，提高机器人的适应性和鲁棒性；2. 结合系统对比实验和性能评估，对不同控制算法进行比较和分析，找出控制性能的瓶颈和提升方向；3. 提出优化的机器人控制算法，为机器人控制领域提供新的解决思路和技术支撑。

并联机器人的新型趋近率滑模控制研究

并联机器人的新型趋近率滑模控制研究以并联机器人的新型趋近率滑模控制研究为标题近年来，随着机器人技术的不断发展，越来越多的并联机器人被应用于各个领域。

并联机器人具有高精度、高稳定性和高负载能力等优势，在工业生产、医疗康复、航天航空等领域都有广泛的应用。

然而，由于其复杂的动力学特性和非线性特征，如何实现高精度的控制一直是一个挑战。

在过去的研究中，滑模控制被广泛应用于机器人控制领域。

滑模控制通过引入滑模面来实现系统的稳定控制，具有鲁棒性强、对参数不确定性不敏感等优点。

然而，传统的滑模控制方法在控制过程中存在着震荡问题，这对机器人的精度和稳定性造成了一定的影响。

为了克服传统滑模控制的不足，研究人员们提出了新型的趋近率滑模控制方法。

趋近率滑模控制是在传统滑模控制的基础上引入了趋近率项，通过调节趋近率参数，可以有效地减小控制过程中的震荡现象，提高系统的控制性能。

近年来，趋近率滑模控制在并联机器人领域得到了广泛的研究和应用。

研究人员们通过对并联机器人的动力学模型进行建模和分析，设计了相应的趋近率滑模控制器。

通过仿真和实验验证，他们证明了新型控制方法在提高机器人控制精度和稳定性方面的有效性。

一项研究表明，在采用趋近率滑模控制方法的情况下，机器人的位置误差可以降低到很小的范围内。

研究人员通过对机器人的运动学和动力学进行研究，利用趋近率滑模控制方法设计了控制器，并在实验中进行了验证。

实验结果表明，新型控制方法能够显著改善机器人的控制性能，提高其运动精度和稳定性。

另外一项研究则着重探讨了趋近率滑模控制在力控制方面的应用。

由于并联机器人通常需要完成一些需要力传感器进行反馈的任务，如装配、抓取等，因此力控制是其重要的应用方向之一。

研究人员通过对力控制的特点进行分析，针对并联机器人的非线性特性，设计了基于趋近率滑模控制的力控制器。

实验结果表明，新型控制方法在力控制方面具有较好的性能，能够实现准确的力控制和稳定的力传递。

新型趋近率滑模控制方法在并联机器人控制方面具有重要的应用价值。

动态滑模控制在并联机器人中的应用

动态滑模控制在并联机器人中的应用朱彩红【摘要】针对一种以交流伺服电机驱动的并联机器人机构,建立控制模型,设计一种动态滑模控制算法,并进行稳定性分析,在Matlab/Simulink上进行了轨迹跟踪仿真试验.结果表明:该算法鲁棒性好,系统抗干扰能力强,对系统参数变化不敏感,具有良好的跟踪性能.【期刊名称】《苏州市职业大学学报》【年(卷),期】2010(021)001【总页数】4页(P37-40)【关键词】并联机器人;滑模控制;伺服电机;轨迹跟踪【作者】朱彩红【作者单位】苏州市职业大学,电子信息工程系,江苏,苏州,215104【正文语种】中文【中图分类】TP242并联机器人同串联机器人相比，具有刚度大、承载能力高、精度高、结构紧凑等特点，可广泛应用于工业、航空、军事等领域[1].最近几十年，国内外学者对并联机器人的特点、机构学、运动学方面进行了广泛、深入的研究.但是，并联机器人作为一个结构复杂、多变量、多自由度、多参数耦合的非线性系统，其控制策略、控制方法的研究极其复杂.最初设计控制系统时，大多把并联机器人的各个分支当作完全独立的系统来进行控制，控制策略为传统的PID控制，控制效果很不理想.模糊控制方法可以在不要求机器人模型精确的情况下实现机器人的控制，但是模糊控制方法的模糊规则设计比较重要，规则设计的好坏将会直接影响到控制的效果[2]，而且该规则的设定需要具有专家知识或是经过多次试验得到，因此在没有相应的条件下，该方法可能无法起到较好的控制效果.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，这种控制策略与其他控制策略的不同之处在于系统的“结构”并不固定，而是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[3].研究表明[4-6]：滑模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.滑模变结构控制方法比较适合并联机器人控制[7-8]，因此本文采用了一种新的机器人轨迹跟踪变结构控制方法，即基于动态切换函数的动态滑模控制方法，亦即通过设计新的切换函数或将常规滑模变结构控制中的切换函数s通过微分环节构成新的切换函数σ，该切换函数与系统控制输入的一阶或高阶导数有关，可将不连续项转移到控制的一阶或高阶导数中去，得到在时间上本质连续的动态滑模控制律，可以有效地降低抖振.1 滑模控制器的设计滑模变结构控制器的设计需要完成以下的工作：切换函数s(x)的求取；保证滑动模态的存在；滑动模态稳定性的确定；变结构控制趋近阶段的鲁棒性及动态品质的保证；变结构控制的寻求.考虑如下单入单出n阶仿射非线性系统：式中：x∈R为可测状态变量；u，y∈R分别为系统的输入和输出；f(x)，g(x)为已知平滑函数；η为系统中的不确定项，它包括模型不确定性和外加扰动[9].定义误差及切换函数分别为：式中：ei=e(i-1)(i=1，2，…，n)为跟踪误差及其各阶导数，选取常数c1，c2，…，cn-1，使得多项式pn-1 +cn-1pn-2+…+c2p+c1为Hurwite稳定，p为Laplace算子.则构造新的动态切换函数式中λ为严格的正常数.当σ=0时是一个渐近稳定的一阶动态系统，s趋近于零.假设1 不确定性满足有界条件，存在有界函数Bn(x)，使得│η│≤Bn(x)，x∈Rn，且g(x)符号恒定.假设2 不确定项导数有界即假设3 存在正实数ε，满足动态滑模控制律取为稳定性分析：稳定性是系统的一个基本结构特性，稳定性问题是系统控制理论研究的一个重要课题.将式(2)代入式(4)得则将式(1)、(2)代入式(9)整理得将控制律式(7)代入式(10)得则根据假设1～3得通过李亚普诺夫稳定性分析，得出新的动态切换函数σ满足，即满足滑模变结构控制理论的到达条件，从而验证了系统的稳定性，也就保证了控制器的鲁棒性和动态品质.2 并联机器人控制模型的建立本文研究的少自由度并联机器人具有各支路机构简单，不存在虚约束及工作空间较大等特点[10].机器人系统完整的拉格朗日动力学模型为：式中：q和分别为机器人各关节的位置和速度；τ为n×1阶驱动力矩向量；M，C，G分别为由机器人的具体结构所决定的n×n，n×n和n×1阶函数矩阵.由于式(12)已写成拟线性化的形式，看上去比较简洁.实际上，在本研究的系统中式(12)的展开形式相当复杂.基于机器人关节或支路模型的分散控制系统是目前应用最为广泛的设计方法之一，在工业工程中绝大部分的机器人系统都采用了该类设计方法.对于本文所研究的并联机器人，相互并联的各支路可用图1表示.当机器人关节的驱动装置为交流伺服电机，且忽略等效干扰力矩，可导出机器人各支路的数学模型传递函数为图1 机器人支路模型式中：J'=Lp(Ja+Jm+i2J0)；B'=(Rp+KAKi)(Ja+Jm+i2J0)+Lp(Bm+i2B0)；W'=(Rp+KAKi) (Bm+i2B0)；Kx=3K2tp/2；K=3KAKpreKtp/2.3 实例仿真及分析机器人的交流伺服电动机参数为：Kpre=88，Ki=2.2，KA=6，Ktp=3.41 N·m/A，Lp=0.038 37 H，Rp=5.09 Ω，Ja=0.19 kg·m2，取减速装置的速比为i=40，关节部分在减速装置驱动侧的转动惯量为0.1 kg·m2.由于机构间的耦合作用，系统的等效转动惯量和等效负载阻力系数取J0=40，B0=0.取Jm=0，Bm=0.由此可得交流伺服驱动机器人关节的模型传递函数为转换为状态方程，则有这里f(x)=-0.007x1-18.29x3，g(x)=0.012 5.设期望的跟踪信号为yd=sint，跟踪误差为e=x(1)-yd.n=3时，定义s=c1e+c2+c3，取c1=c2=100，c3=1，λ=3 000，初始条件为x(0)=[0.5 0 0]，则动态控制律为：而以Matlab/Simulink构成仿真模型，其中包括两个S—Function，仿真采用ode45，步长0.001 s.仿真结果如图2所示.图2 仿真结果4 结论仿真结果表明，所采用的机器人轨迹跟踪滑模变结构控制方法，即基于动态切换函数的动态滑模控制，具有良好的抗干扰作用和跟踪性能，其研究为进一步实现该并联机器人机构的高精度实时控制奠定了基础.【相关文献】[1] PIEPER J.First order dynamic sliding mode control：Decision and Control，Tampa，December 16-18，1998[C].New York：IEEE Press，c1998.[2] HWANG Chihlyang，CHANG Lijui，YU work-based fuzzy decentralized sliding mode control for car-like mobile robots[J].IEEE Trans.on Industrial Electronics，2007，54(1)：574-585.[3] 胡跃明.变结构控制理论与应用[M].北京：科学出版社，2003.[4] MOON J，KIM K，KIM Y.Design of missile guidance law via variable structure control [J].Journal of Guidance，Control and Dynamics，2001，24(4)：659-664.[5] SATO H，TANAKA M，MATSUNO F.Trajectory tracking control of snake robots based on dynamic model[J].Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers，2006，42(6)：651-658.[6] 梅红，王勇.快速收敛的机器人滑模变结构控制[J].信息与控制，2009，38(5)：553-557.[7] 吴博，吴盛林，赵克定.并联机器人控制策略的现状和发展趋势[J].机床与液压，2005(10)：5-8.[8] 王洪斌，王洪瑞，肖金壮.并联机器人轨迹跟踪积分变结构控制的研究[J].燕山大学学报，2003，27(1)：25-28.[9] 刘金琨.滑模变结构控制MATLAB仿真[M].北京：清华大学出版社，2005.[10] 许春山，孙兴进，曹广益.一种新的机器人轨迹跟踪滑模变结构控制[J].计算机仿真，2004，21(7)：115-118.。

基于趋近率的永磁同步电动机滑模变结构抖振

基于趋近率的永磁同步电动机滑模变结构抖振胡强晖;胡勤丰【摘要】针对趋近率变结构控制应用于永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统存在的实际问题,设计了一种新型的趋近率滑模控制器.该方法有别于传统的趋近率控制,对其中的指数项采用加权积分增益,既消除了一般趋近率滑动阶段抖动切换增益严重的情况,又解决了变指数趋近率中起动阶段切换增益比较大的问题.仿真和试验均证明了该方案对系统参数不确定、外部扰动和噪声具有强鲁棒性,系统的动、静态品质优良,滑模变结构的抖振也得到了明显抑制,所设计的滑模控制方案是可行和优越的.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2010(037)012【总页数】6页(P7-12)【关键词】滑模变结构控制;永磁同步电动机;变指数趋近【作者】胡强晖;胡勤丰【作者单位】南京航空航天大学,航空电源重点实验室,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,航空电源重点实验室,江苏,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】TM510 引言近年来，国内外许多学者就滑模控制在永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)中的应用展开了一系列的研究并取得了部分成果［1－8］。

但由于系统的时间延迟和空间滞后等因素影响，滑模控制存在严重抖振。

目前，抖振的存在已经严重制约了滑模变结构在高精度PMSM中的应用。

文献［9］应用饱和函数代替开关函数，仿真表明其在一定程度上削弱了抖振，但同时也减弱了系统的鲁棒性。

文献［10］应用观测器观测负载扰动并加以补偿，该方法通过减小非线性项，能较好地减小抖振，但因增加了观测器而增加了系统设计的复杂性，而且系统抖振的存在影响观测精度，实际难以达到理想的改善效果。

文献［11］采用趋近率滑模并进行仿真，该方法用线性化函数控制代替非线性控制，改善了系统动态和稳态性能，但存在比较严重的抖振。

文献［12］采用一种新的变指数趋近律滑模控制器，解决了电机匀速运行时的抖振问题，但没有考虑不在滑动模态阶段时抖动大的问题。

基于DSP的伺服电机滑模控制方法研究与实现的开题报告

基于DSP的伺服电机滑模控制方法研究与实现的开题报告一、选题背景及意义随着工业自动化的发展，伺服电机在工业生产中的应用越来越广泛。

然而，传统的PID控制方法在某些情况下无法满足要求，特别是在入侵控制或在高精度控制的应用中。

为了克服这些问题，控制系统需要更具有自适应性和鲁棒性的控制算法。

滑模控制是一种基于变结构控制的控制方法，具有高精度、抗干扰性强、鲁棒性好等优点。

因此，采用滑模控制算法，对伺服电机进行控制，能够在高精度、高性能的同时，保证控制系统的稳定性。

本研究主要针对基于DSP的伺服电机滑模控制方法进行深入探究，加深对滑模控制理论的理解和应用，同时结合DSP芯片的特点，提高研究产出的可操作性和实用性。

二、研究内容1. 滑模控制理论的研究：研究滑模控制的基本原理和常见的设计方法，包括单输入单输出和多输入多输出的控制系统。

2. DSP芯片的应用：研究DSP芯片的特点、运算速度和资源情况，掌握DSP芯片的编程方法和调试技巧。

3. 基于DSP的伺服电机滑模控制算法实现：结合滑模控制理论和DSP芯片的特点，通过编程实现伺服电机的滑模控制算法，并进行仿真验证和实验调试。

4. 系统性能分析与评估：对滑模控制算法实现的伺服电机进行性能评估，包括控制系统的响应速度、稳态误差、抗干扰性等指标，并与传统的PID控制算法进行比较分析。

三、研究方法1. 搜集文献资料：阅读相关文献和经典著作，了解滑模控制理论研究和应用的进展和效果。

2. 程序设计：采用MATLAB/Simulink进行算法设计和仿真，用C语言编写滑模控制程序，结合DSP芯片的特点进行程序优化和调试。

3. 实验验证：使用伺服电机进行滑模控制实验，并记录结果数据，对结果进行分析和评估。

四、预期成果1. 我们研究了基于DSP的伺服电机滑模控制算法，理解滑模控制的基本原理和常见设计方法。

2. 深入了解DSP芯片的特点和应用技巧，实现伺服电机的滑模控制算法，在仿真和实验验证中证明其可行性和性能优势。