虚拟轴机床基于CMAC滑模变结构控制的实验研究
数控机床用磁悬浮系统非线性动态积分滑模变结构控制
ｗ ｒ ｃｏｅ ｉ ｎ ｔ ｏｌ ｅｒ ｏ ｅ ｏ ｃｎｒｌ ｄｏｊｃ ｙｔｅ ｒｎｆｒ ｆ ｉｅ ｎ ａ ａ ａｌ ，ｒ ｇｌ ｏ ｌ ｅｒ ｔｅ ａｉ ｅｅ ｈｓｎａ ｇａ ｎｎｉ ａ ｍ ｄｌ ｆ ｏｔ ｌ ｂｅｔ ａｓ ｍ ｏ ｄｆｒ ｔｔ ｅｖｒ ｂ ｓ ｉｅｕａ ｎｎｉ ａ ｍａ ｍ ｔ ｍｉ ｎ ｏｅ ．Ｂ ｈ ｔ ｏ ｆｅ ｓｔ ｉ ｅ ｒ ｒ ｎ ｈ —
ＬＵ Ｃ ｕ ￣ ｇ Ｚ Ａ Ｇ Ｊ ｎ Ｃ Ｉ ｉｇｕ ｎ Ｉ ｈ ｎ ｎ ， Ｈ Ｎ ｉ ， Ｈ ｎｇ ａ ｇ ａ Ｑ （ ｃ ｏｌ ｆ ｌ ｔｃｌ ｎ ｉ ｅｉｇ ｈ ｎ ａ ｇＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ， ｈ ｎ ａｇＬａｎｎ ８ ０，Ｃ ｉａ Ｓ ｈｏ ｏ ｅ ｒ ａ Ｅ ｇ ｅｒ ，Ｓ ｅｙｎ ｎ ｅｓ ｙ ｆ ｃ ｎｌ ｙ Ｓ ｅ ｙｎ ｉ ｉｇ１０ ７ Ｅ ｃｉ ｎ ｎ ｖ ｉ Ｔ ｏ ｏ １ ｈｎ ）
中 图分 类 号 ：Ｔ ２３ Ｐ ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ３ ８ （０ ２ ０ １— ８ １ ２ １ ）９— １ ４ ０ １—
Ｎｏ ｌｎ ａ ｎａ ｃ Ｉ ｔ ｇ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ Ｃｏ ｔ ｏ ｏ ｈｅ ＮＣ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒ ｄ ｎ ｒ ｌｆ ｒ ｔ Ｔｏ ｌ Ｍ ａ ｎ ｔｃ Ｌｅ ｉａ ｉ ｎ Ｓｙ ｔ ｍ ｇ ｅ ｉ ｖ ｔ ｔｏ ｓｅ
的影响有所转移 ，从而有效降低了滑模控制器抖振的发生 ；另外 由于在滑模切换 函数 中加入 了积分环节并且 是对非线性被
控对象直接进行控制 ，消除 了滑模控制的稳态误差和系统模型 的误差 。仿 真研 究结果表 明 ：所设计 的动 态积分滑模控制 器 比传统 的滑模控制器更好地实现 了系统 的稳定悬浮 ，具有很强 的抗扰性并能够使 系统具有较高 刚度 。 关键 词 ：悬浮气 隙；龙 门移动数控加工 中心 ；切削扰动 ；非线性系统 ；动态积分滑模控制器
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。
基于滑模变结构控制的PMSM控制策略研究
基于滑模变结构控制的PMSM控制策略研究基于滑模变结构控制的PMSM控制策略研究摘要：随着现代工业的高速发展，大功率、高效率、高精度的交流电机逐步代替了传统的机械设备，成为了现代工业制造中不可或缺的一部分。
其中，永磁同步电机（PMSM）因具有高能量密度、高转速、低噪声和高效率等优点，已成为工业领域中备受关注的一种电机类型。
然而，在实际应用中，由于多种复杂干扰因素的存在，PMSM电机的控制难度较大。
因此，针对这一问题，本文提出了一种基于滑模变结构控制的PMSM控制策略，该控制策略主要利用了滑模变结构控制的优势，通过调节滑模面及设计滑模控制器参数，实现了PMSM电机的闭环控制，从而提高了其控制性能。
通过Matlab/Simulink仿真实验验证了本文提出的控制策略在PMSM电机控制中的有效性和优越性。
关键词：滑模变结构控制，永磁同步电机，控制策略，闭环控制，Matlab/Simulink仿真一、引言永磁同步电机（PMSM）是一种具有高能量密度、高转速、低噪声和高效率等优点的电机类型，在现代工业生产中已经得到广泛应用。
为了实现对PMSM电机的精确控制，需要设计适合的控制策略。
然而，由于控制系统所受外部干扰和内部变化的影响，控制系统往往会变得非常复杂和难以稳定。
因此，寻找一种可靠的控制策略是提高PMSM电机控制性能的关键。
滑模变结构控制（SMS）是一种新型的控制方法，由于其具有快速响应、鲁棒性强等优点而得到广泛的应用。
这种控制方法基于滑模变结构控制原理，通过构造特定的滑动面，将控制系统响应从非线性的变结构阶段引导到线性的滑动阶段，从而实现对系统的精确控制。
在本文中，我们将探讨如何将滑模变结构控制应用于PMSM电机的控制中，以提高其控制性能。
二、PMSM电机的数学模型PMSM电机可以用以下方程组描述：公式其中，$V_d$和$V_q$分别表示直轴和四象限的电压信号，$i_d$和$i_q$分别表示直轴和四象限的电流信号，$L_d$和$L_q$分别是直轴和四象限的电感，$R$是电阻，$J$是转子质量，$\omega_r$是转子转速，$T_e$是电机输出的转矩。
滑模变结构控制系统的超调问题研究
滑模变结构控制系统的超调问题研究摘要:文章以船舶机舱的温度、转速和实验室的倒立摆系统为例,分析滑模变结构控制的效果,通过与其他方法控制的仿真效果相比,得出滑模变结构控制系统几乎无超调的结论。
这对实际的大惯性的系统的控制有非常重大的指导意义。
标签：滑模变结构超调大惯性我国的造船量虽然已跃居全球第二位,但是科学技术水平非常落后,尤其是轮机自动化系统和控制设备与国外还有非常大的差距。
本文将以船舶锅炉、柴油机和供油系统等为被控对象,以转速、水温、汽压、油温和粘度等为被控量,分别建立起它们的数学模型,然后分析以上系统的特征,最后进行滑模变结构控制器的设计和MATLAB/Simulink软件仿真,以得到如下结论:只要建立起系统的数学模型,就可用滑模变结构的控制算法代替船舶轮机自动化系统普遍使用的PID或模糊-PID控制算法,并且有超调较小、抗干扰能力强和鲁棒性好的优点,尤其是对非线性系统而言,滑模变结构可以达到精确控制的效果。
一、我国造船业现状在全球经济危机的冲击下,我国的造船行业也必须注重科学技术含量的提高,以缓解国内造船附加值低,大量设备依赖进口的现状。
而目前国内还有大量营运船舶和部分新造船舶的轮机自动化设备使用的是电气控制系统,使用计算机控制系统的船舶机舱自动化设备主要依赖进口或者国外的领先技术。
而且,在全球大力倡导节约能源、减少排放和保护环境的大背景下,在船舶的入级规范越来越严格的情况下,随着科学技术的不断进步,对营运和新造船舶的要求必然会越来越高。
所以,船舶机舱将会向数字化和网络化方向发展,即计算机控制系统会遍布船舶机舱的每一个角落。
本文正是在这种背景下,进行计算机控制软件系统的很重要的一个部分,即控制算法的分析。
二、滑模变结构算法的提出滑模变结构控制自20世纪50年代提出来后就一直引起足够的重视,并且形成了一套成熟的滑模线性控制系统理论,而且在众多的工程领域都有广泛的应用,如基于低阶线性模型的电机转速控制系统和水位、水温控制系统;基于高阶线性模型的倒立摆控制系统。
滑模变结构控制理论及其算法研究与进展
第24卷第3期2007年6月控制理论与应用Control Theory&ApplicationsV ol.24No.3Jun.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:AResearch and development on theory and algorithms ofsliding mode controlLIU 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)03−0407−121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 ofSMC 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).408控制理论与应用第24卷按需要设计,而且系统的滑模运动与控制对象的参数变化和系统的外干扰无关,因此滑模变结构控制系统的鲁棒性要比一般常规的连续系统强.然而,滑模变结构控制在本质上的不连续开关特性将会引起系统的抖振.对于一个理想的滑模变结构控制系统,假设“结构”切换的过程具有理想开关特性(即无时间和空间滞后),系统状态测量精确无误,控制量不受限制,则滑动模态总是降维的光滑运动而且渐近稳定于原点,不会出现抖振.但是对于一个现实的滑模变结构控制系统,这些假设是不可能完全成立的.特别是对于离散系统的滑模变结构控制系统,都将会在光滑的滑动模态上叠加一个锯齿形的轨迹.于是,在实际上,抖振是必定存在的,而且消除了抖振也就消除了变结构控制的抗摄动和抗扰动的能力,因此,消除抖振是不可能的,只能在一定程度上削弱它到一定的范围.抖振问题成为变结构控制在实际系统中应用的突出障碍.抖振产生的主要原因有:①时间滞后开关:在切换面附近,由于开关的时间滞后,控制作用对状态的准确变化被延迟一定的时间;又因为控制量的幅度是随着状态量的幅度逐渐减少的,所以表现为在光滑的滑动模台上叠加一个衰减的三角波.②空间滞后开关:开关滞后相当于在状态空间中存在一个状态量变化的“死区”.因此,其结果是在光滑的滑模面上叠加了一个等幅波形.③系统惯性的影响:由于任何物理系统的能量不可能是无限大,因而系统的控制力不能无限大,这就使系统的加速度有限;另外,系统惯性总是存在的,所以使得控制切换伴有滞后,这种滞后与时间滞后效果相同.④离散系统本身造成的抖振：离散系统的滑动模态是一种“准滑动模态”,它的切换动作不是正好发生在切换面上,而是发生在以原点为顶点的一个锥形体的表面上.因此有衰减的抖振,而且锥形体越大,则抖振幅度越大.该锥形体的大小与采样周期有关.总之,抖振产生的原因在于:当系统的轨迹到达切换面时,其速度是有限大,惯性使运动点穿越切换面,从而最终形成抖振,叠加在理想的滑动模态上.对于实际的计算机采样系统而言,计算机的高速逻辑转换以及高精度的数值运算使得切换开关本身的时间及空间滞后影响几乎不存在,因此,开关的切换动作所造成控制的不连续性是抖振发生的本质原因.在实际系统中,由于时间滞后开关、空间滞后开关、系统惯性、系统延迟及测量误差等因素,使变结构控制在滑动模态下伴随着高频振动,抖振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,破坏系统的性能,甚至使系统产生振荡或失稳,损坏控制器部件.因此,关于控制信号抖振消除的研究成为变结构控制研究的首要工作.2.1.2消除滑模变结构控制抖振的几种方法(Several methods for eliminating chatteringin SMC)国内外针对滑模控制抗抖振问题的研究很多,许多学者都从不同的角度提出了解决方法.目前这些方法主要有:1)滤波方法.通过采用滤波器,对控制信号进行平滑滤波,是消除抖振的有效方法.文[1]为了消除离散滑模控制的抖振,设计了两种滤波器:前滤波器和后滤波器,其中前滤波器用于控制信号的平滑及缩小饱和函数的边界层厚度,后滤波器用于消除对象输出的噪声干扰.文[2]在边界层内,对切换函数采用了低通滤波器,得到平滑的信号,并采用了内模原理,设计了一种新型的带有积分和变边界层厚度的饱和函数,有效地降低了抖振.文[3]利用机器人的物理特性,通过在控制器输出端加入低通滤波器,设计了虚拟滑模控制器,实现了机器人全鲁棒变结构控制,并保证了系统的稳定,有效地消除了抖振.文[4]设计了带有滤波器的变结构控制器,有效地消除了控制信号的抖振,得到了抑制高频噪声的非线性控制器,实现了存在非建模动态的电液伺服马达的定位控制.文[5]为了克服未建模动态特性造成的滑动模态抖振,设计了一种新型滑模控制器,该控制器输出通过一个二阶滤波器,实现控制器输出信号的平滑,其中辅助滑动模面的系数通过滑模观测器得到.文[6]提出了一种新型控制律,即,该控制律由3部分构成,即等效控制、切换控制和连续控制,在控制律中采用了两个低通滤波器,其中通过一个低通滤波器得到切换项的增益,通过另一个低通滤波器得到等效控制项,并进行了收敛性和稳定性分析,有效地抑制了抖振,实现了多关节机器手的高性能控制.2)消除干扰和不确定性的方法.在常规滑模控制中,往往需要很大的切换增益来消除外加干扰及不确定项,因此,外界干扰及不确定项是滑模控制中抖振的主要来源.利用观测器来消除外界干扰及不确定性成为解决抖振问题研究的重点.文[7]为了将常规滑模控制方法应用于带有较强强外加干扰的伺服系统中,设计了一种新型干第3期刘金琨等:滑模变结构控制理论及其算法研究与进展409扰观测器,通过对外加干扰的前馈补偿,大大地降低了滑模控制器中切换项的增益,有效地消除了抖振.文[8]在滑模控制中设计了一种基于二元控制理论的干扰观测器,将观测到的干扰进行前馈补偿,减小了抖振.文[9]提出了一种基于误差预测的滑模控制方法,在该方法中设计了一种观测器和滤波器,通过观测器消除了未建模动态的影响,采用均值滤波器实现了控制输入信号的平滑,有效地消除了未建模动态造成的抖振.文[10]设计了一种离散的滑模观测器,实现了对控制输入端干扰的观测,从而实现对干扰的有效补偿,相对地减小了切换增益.3)遗传算法优化方法.遗传算法是建立在自然选择和自然遗传学机理基础上的迭代自适应概率性搜索算法,在解决非线性问题时表现出很好的鲁棒性、全局最优性、可并行性和高效率,具有很高的优化性能.文[11]针对非线性系统设计了一种软切换模糊滑模控制器,采用遗传算法对该控制器增益参数及模糊规则进行离线优化,有效地减小了控制增益,从而消除了抖振.针对不确定性伺服系统设计了一种积分自适应滑模控制器,通过该控制器中的自适应增益项来消除不确定性及外加干扰,如果增益项为常数,则会造成抖振,为此,文[12]设计了一种实时遗传算法,实现了滑模变结构控制器中自适应增益项的在线自适应优化,有效地减小了抖振.文[13]采用遗传算法进行切换函数的优化,将抖振的大小作为优化适应度函数的重要指标,构造一个抖振最小的切换函数.4)降低切换增益方法.由于抖振主要是由于控制器的不连续切换项造成,因此,减小切换项的增益,便可有效地消除抖振.文[14]根据滑模控制的Lypunov稳定性要求,设计了时变的切换增益,减小了抖振.文[15]对切换项进行了变换,通过设计一个自适应积分项来代替切换项,实现了切换项增益的自适应调整,有效地减小了切换项的增益.文[16]针对一类带有未建模动态系统的控制问题,提出了一种鲁棒低增益变结构模型参考自适应控制新方法,使系统在含未建模动态时所有辅助误差均可在有限时间内收敛为零,并保证在所有情况下均为低增益控制.文[17]提出了采用模糊神经网络的切换增益自适应调节算法,当跟踪误差接近于零时,切换增益接近于零,大大降低了抖振.5)扇形区域法.文[18]针对不确定非线性系统,设计了包含两个滑动模面的滑动扇区,构造连续切换控制器使得在开关面上控制信号是连续的.文[19]采用滑动扇区法,在扇区之内采用连续的等效控制,在扇区之外采用趋近律控制,很大程度地消除了控制的抖振.6)其他方法.文[20]针对滑模变结构控制中引起抖振的动态特性,将抖振看成叠加在理想滑模上的有限频率的振荡,提出了滑动切换面的优化设计方法,即通过切换面的设计,使滑动模态的频率响应具有某种希望的形状,实现频率整形.该频率整形能够抑制滑动模态中引起抖振的频率分量,使切换面为具有某种“滤波器”特性的动态切换面.文[21]设计了一种能量函数,该能量函数包括控制精度和控制信号的大小,采用LMI(linear matrix inequality)方法设计滑动模面,使能量函数达到最小,实现了滑动模面的优化,提高了控制精度,消除了抖振.2.2准滑动模态滑模控制(Quasi-sliding modecontrol)80年代在滑动模态控制的设计中引入了“准滑动模态”和“边界层”的概念[22],实现准滑动模态控制,采用饱和函数代替切换函数,即在边界层以外采用正常的滑模控制,在边界层内为连续状态的反馈控制,有效地避免或削弱了抖振,为变结构控制的工程应用开辟了道路.此后,有许多学者对于切换函数和边界层的设计进行了研究.①连续函数近似法.文[23]采用Sigmoid连续函数来代替切换函数.文[24]针对直流电机伺服系统的未建模动态进行了分析和描述,设计了基于插补平滑算法的滑模控制器,实现了非连续切换控制的连续化,有效地消除了未建模动态对直流电机伺服系统造成的抖振.②边界层的设计.边界层厚度越小,控制效果越好,但同时又会使控制增益变大,抖振增强;反之,边界层厚度越大,抖振越小,但又会使控制增益变小,控制效果差.为了获得最佳抗抖振效果,边界层厚度应自适应调整.文[25]提出了一种高增益滑模控制器,设控制信号输入为u,切换函数为s(t),将|˙u|作为衡量抖振的指标,按降低控制抖振来设计模糊规则,将|s|和|˙u|作为模糊规则的输入,模糊推理的输出为边界层厚度的变化,实现了边界层厚度的模糊自适应调整.文[26]针对不确定性线性系统,同时考虑了控制信号的降抖振与跟踪精度的要求,提出了一种基于系统状态范数的边界层厚度在线调整算法.文[27]提出了一种新型的动态滑模控制,采用饱和函数方法,通过设计一种新型非线性切换函数,消除了滑模到达阶段的抖振,实现了全局鲁棒滑模控制,有效地解决了一类非线性机械系统的控制抖振问题.文[28]为了减小边界层厚度,在边界层内采用了积分控制,既获得了稳态误差,又避免了抖振.边界层的方法仅能保410控制理论与应用第24卷证系统状态收敛到以滑动面为中心的边界层内,只能通过较窄的边界层来任意地接近滑模,但不能使状态收敛到滑模.2.3基于趋近律的滑模控制(Sliding mode controlbased on trending law)高为炳利用趋近律的概念,提出了一种变结构控制系统的抖振消除方法[29].以指数趋近律˙s=−ε·sgn s−k·s为例,通过调整趋近律的参数κ和ε,既可以保证滑动模态到达过程的动态品质,又可以减弱控制信号的高频抖振,但较大的ε值会导致抖振.文[30]分析了指数趋近律应用于离散系统时趋近系数造成抖振的原因,并对趋近系数与抖振的关系进行了定量的分析,提出了趋近系数ε的自适应调整算法.文[31]提出了将离散趋近律与等效控制相结合的控制策略,离散趋近律仅在趋近阶段起作用,当系统状态到达准滑模模态阶段,采用了抗干扰的离散等效控制,既保证了趋近模态具有良好品质,又降低了准滑动模态带,消除了抖振.文[32]将模糊控制应用于指数趋近律中,通过分析切换函数与指数趋近律中系数的模糊关系,利用模糊规则调节指数趋近律的系数,其中切换函数的绝对值|s|作为模糊规则的输入,指数趋近律的系数κ和ε作为模糊规则的输出,使滑动模态的品质得到了进一步的改善,消除了系统的高频抖振.2.4离散系统滑模变结构控制(Sliding mode con-trol for discrete system)连续时间系统和离散时间系统的控制有很大差别.自80年代初至今,由于计算机技术的飞速发展,实际控制中使用的都是离散系统,因此,对离散系统的变结构控制研究尤为重要.对离散系统变结构控制的研究是从80年代末开始的,例如,Sarpturk等于1987年提出了一种新型离散滑模到达条件,在此基础上又提出了离散控制信号必须是有界的理论[33],Furuta于1990年提出了基于等效控制的离散滑模变结构控制[34],高为炳于1995年提出了基于趋近律的离散滑模变结构控制[35].他们各自提出的离散滑模变结构滑模存在条件及其控制方法已被广泛应用.然而,传统设计方法存在两方面不足：一是由于趋近律自身参数及切换开关的影响,即使对名义系统,系统状态轨迹也只能稳定于原点邻域的某个抖振;二是由于根据不确定性上下界进行控制器设计,可能会造成大的反馈增益,使控制抖振加剧.近年来国内外学者一方面对离散系统滑模变结构控制的研究不断深入.文[36]提出了基于PR型的离散系统滑模面设计方法,其中P和R分别为与系统状态有关的正定对称阵和半正定对称阵,在此基础上设计了稳定的离散滑模控制器,通过适当地设计P和R,保证了控制器具有良好的性能.文[37]针对离散系统提出了一种新型滑模存在条件,进一步拓展了离散滑模控制的设计,在此基础上设计了一种新型滑模控制律.针对离散系统中滑模控制的不变性和鲁棒性难以有效保证,文[38]提出了3种解决方法,在第1种方法中,采用了干扰补偿器和解耦器消除干扰,在第2种方法中,采用回归切换函数方法来消除干扰,在第3种方法中,采用回归切换函数和解耦器相结合的方法来消除干扰,上述3种方法已成功地应用于数控中.文[39]针对数字滑模控制的鲁棒性进行了系统的研究,提出了高增益数字滑模控制器.文[40]针对带有干扰和未知参数的多输入多输出离散系统的滑模控制进行了研究,并采用自适应律实现了未知项的估计.2.5自适应滑模变结构控制(Adaptive slidingmode control)自适应滑模变结构控制是滑模变结构控制与自适应控制的有机结合,是一种解决参数不确定或时变参数系统控制问题的一种新型控制策略.文[41]针对线性化系统将自适应Backsteping与滑模变结构控制设计方法结合在一起,实现了自适应滑模变结构控制,文[42]针对一类最小相位的可线性化的非线性系统,设计了一种动态自适应变结构控制器,实现了带有不确定性和未知外干扰的非线性系统鲁棒控制.在一般的滑模变结构控制中,为了保证系统能够达到切换面,在设计控制律时通常要求系统不确定性范围的界已知,这个要求在实际工程中往往很难达到,针对具有未知参数变化和干扰变化的不确定性系统的变结构控制,文[43]设计了一种新型的带有积分的滑动模面,并采用一种自适应滑模控制方法,控制器的设计无需不确定性及外加干扰的上下界,实现了一类不确定伺服系统的自适应变结构控制.针对自适应滑模控制中参数估计值无限增大的缺点,文[44]提出了一种新的参数自适应估计方法,保证了变结构控制增益的合理性.近年来,变结构模型参考自适应控制理论取得了一系列重要进展,由于该方法具有良好的过渡过程性能和鲁棒性,在工程上得到了很好的应用.文[45]设计了一种新型动态滑动模面,滑动模面参数通过采用自适应算法估计得到,从而实现了非线性系统的模型参考自适应滑模控制.文[46]针对一类不确定性气压式伺服系统,提出了模型参考自适应滑模控制方法,并在此基础上提出了克服控制抖振的有效方法.第3期刘金琨等:滑模变结构控制理论及其算法研究与进展4112.6非匹配不确定性系统的滑模变结构控制(Sliding mode control for systems with mis-matched uncertainties)由于大多数系统不满足变结构控制的匹配条件,因此,存在非匹配不确定性系统的变结构控制是一个研究重点.文[47]利用参数自适应控制方法,构造了一个变参数的切换函数,对具有非匹配不确定性的系统进行了变结构控制设计.采用基于线性矩阵不等式LMI的方法,为非匹配不确定性系统的变结构控制提供了新的思路,Choi针对不匹配不确定性系统,专门研究了利用LMI方法进行变结构控制设计的问题[48∼50].Backstepping设计方法通过引入中间控制器,使控制器的设计系统化、程序化,它对于非匹配不确定性系统及非最小相位系统的变结构控制是一种十分有效的方法.采用Backstepping设计方法,文[51]实现了对于一类具有非匹配不确定性的非线性系统的变结构控制.将Backstepping设计方法、滑模控制及自适应方法相结合,文[52]实现了一类具有非匹配不确定性的非线性系统的自适应滑模控制.2.7针对时滞系统的滑模变结构控制(Slidingmode control for time-delay system)由于实际系统普遍存在状态时滞、控制变量时滞,因此,研究具有状态或控制时滞系统的变结构控制,对进一步促进变结构控制理论的应用具有重要意义.文[53]对于具有输入时滞的不确定性系统,通过状态变换的方法,实现了滑模变结构控制器的设计.文[54]研究了带有关联时滞项的大系统的分散模型跟踪变结构控制问题,其中被控对象的时滞关联项必须满足通常的匹配条件.文[55]采用趋近律的方法设计了一种新型控制器,采用了基于LMI的方法进行了稳定性分析和切换函数的设计,所设计的控制器保证了对非匹配不确定性和匹配的外加干扰具有较强的鲁棒性,解决了非匹配参数不确定性时滞系统的变结构控制问题.文[56]针对带有输出延迟非线性系统的滑模控制器的设计进行了探讨,在该方法中,将延迟用一阶Pade近似的方法来代替,并将非最小相位系统转化为稳定系统,在存在未建模动态和延迟不确定性条件下,控制器获得了很好的鲁棒性能.国内在时滞系统的滑模变结构控制方面也取得了许多成果,针对时滞系统的变结构控制器设计问题和时滞变结构控制系统的理论问题进行了多年的研究,取得了许多成果[57∼59].2.8非线性系统的滑模变结构控制(Sliding modecontrol for nonlinear system)非线性系统的滑模变结构控制一直是人们关注的热点.文[60]研究了具有正则形式的非线性系统的变结构控制问题,为非线性系统变结构控制理论的发展奠定了基础.目前,非最小相位非线性系统、输入受约束非线性系统、输入和状态受约束非线性系统等复杂问题的变结构控制是该领域研究的热点.文[61]将Anti-windup方法与滑模控制方法相结合,设计了输入饱和的Anti-windup算法,实现当输出为饱和时的高精度变结构控制,文[62]利用滑模变结构控制方法实现了一类非最小相位非线性系统的鲁棒控制,文[63]利用输入输出反馈线性化、相对度、匹配条件等非线性系统的概念,采用输出反馈变结构控制方法实现了一类受约束非线性系统的鲁棒输出跟踪反馈控制.文[64]利用Backstepping方法,实现了非线性不确定性系统的变结构控制.2.9Terminal滑模变结构控制(Terminal slidingmode control)在普通的滑模控制中,通常选择一个线性的滑动超平面,使系统到达滑动模态后,跟踪误差渐进地收敛为零,并且渐进收敛的速度可以通过选择滑模面参数矩阵任意调节.尽管如此,无论如何状态跟踪误差都不会在有限时间内收敛为零.近年来,为了获得更好的性能,一些学者提出了一种Terminal(终端)滑模控制策略[65∼67],该策略在滑动超平面的设计中引入了非线性函数,使得在滑模面上跟踪误差能够在有限时间内收敛到零.Ter-minal滑模控制是通过设计一种动态非线性滑模面方程实现的,即在保证滑模控制稳定性的基础上,使系统状态在指定的有限时间内达到对期望状态的完全跟踪.例如,文[68]将动态非线性滑模面方程设计为s=x2+βx q/p1,其中p>q,p和q为正的奇数,β>0.但该控制方法由于非线性函数的引入使得控制器在实际工程中实现困难,而且如果参数选取不当,还会出现奇异问题.文[69]探讨了非奇异Termianl滑模控制器的设计问题,并针对N自由度刚性机器人的控制进行了验证.文[70]采用模糊规则设计了Terminal滑模控制器的切换项,并通过自适应算法对切换项增益进行自适应模糊调节,实现了非匹配不确定性时变系统的Terminal滑模控制,同时降低了抖阵.文[71]中只对一个二阶系统给出了相应的Terminal滑模面,滑模面的导数是不连续的,不适用于高阶系统.文[72]设计了一种适用于高阶非线性系统的Terminal滑模面,克服了文[71]中的滑模面导数不连续的缺点,并消除了滑模控制的到达阶段,确保了系统的全局鲁棒性和稳定性,进一步地,庄开宇等[73]又针对系统参数摄动和外界扰动等不确定性因素上界的未知性,实现了MIMO系统的自适应Terminal控制器设计,所设计的滑模面方程既保。
基于虚拟轴机床的模具制造控制系统
其中
2 2 4 u= ( l 12 + l 22 +l 32 + w )-3( l 14 + l 34 + l 34 + w ) 若在单位时间内 , 活动平台位置微小变
动为 Δ P、 驱动杆长度微小变化为 Δ L , 驱动 3 杆的电机的转角增量为 Δ θ 、转角与杆直线位 移间的比值为 k , 则有
M et ho_ ds t ha t U se P ara met ric Surf aces . CAD ,
New York , 1993 . 1 ～ 20 . 6 Klass R , Kuhl B . Fillet and Sur face Int er sec _ tions Defined b y Rollin g Balls . CAGD , 1992 , ( 9) : 185 ～ 193 . 7 H ar ada T , et al . Variable Radius Blending by Usin g Gre g or y Patches in Geometric Model_ in g . Pr oceediin g s 507 ～ 518 . 8 C huang . Var iable -Radius Blending by Con_ strained S p ine Gener ation . Visual Com p uter , 1997 ,( 13) : 316 ～ 329 . 9 C huang . Var iable -Radius Blending of Para_ metric Sur faces . Visual Com puter , 1995 . ( 11) : 513 ～ 525 . of Euro g r ap hics91 . 1991 :
基于滑模变结构的STATCOM控制策略仿真研究
基于滑模变结构的STATCOM控制策略仿真研究滑模变结构（SMC）控制是一种经典的非线性控制方法，具有快速、鲁棒等特点。
在电力系统中，静态同步补偿器（STATCOM）作为一种重要的柔性交流输电技术，能够有效地提高电力系统的稳定性和可靠性。
因此，基于滑模变结构的STATCOM控制策略的研究具有重要意义。
滑模变结构的基本原理是通过引入一个额外的控制器，将系统的动态行为纳入控制规划中。
通过使用一个滑动面，控制器可以根据系统动态行为来调整控制输入，以实现系统自动补偿。
因此，滑模变结构控制具有较强的鲁棒性，可以对系统参数变化、外部扰动等变化做出快速响应。
在STATCOM控制中，滑模变结构控制策略可以实现无功功率的快速调节，改善电力系统的稳态和暂态性能。
在滑模控制器设计中，可以选择合适的滑模面和滑模参数来实现所需的控制特性。
一般来说，滑动模面可以通过线性函数或非线性函数来选择，具体根据系统的动态特性和设计要求来确定。
滑模变结构的STATCOM控制策略可以分为两个部分：内环电流控制和外环电压控制。
内环电流控制主要用来实现STATCOM直流侧的电流环控制，通过调节电流环的PI控制器来实现电流的快速响应和无偏差跟踪。
外环电压控制主要用来实现STATCOM的电压环控制，通过使用滑模控制器来实现电压的快速响应和稳定控制。
在滑模变结构的STATCOM控制策略中，需要对滑模控制器的参数进行合理选择。
一般来说，滑模控制器的参数选择要基于系统的动态特性和设计要求，可以使用试探法和优化算法进行选择。
通过合理选择滑模控制器的参数，可以使系统在任何工况下都能保持较好的控制性能。
为了验证基于滑模变结构的STATCOM控制策略的有效性，可以进行仿真研究。
在仿真中，可以搭建一个包括STATCOM的电力系统模型，并将滑模变结构的控制策略应用于该模型中。
通过对比滑模控制策略和传统控制策略的性能指标，可以评估滑模控制策略的优势和有效性。
总之，基于滑模变结构的STATCOM控制策略具有快速、鲁棒等特点，能够有效地提高电力系统的稳定性和可靠性。
基于滑模变结构控制的APFC研究的开题报告
基于滑模变结构控制的APFC研究的开题报告题目：基于滑模变结构控制的APFC研究一、选题背景与意义：随着电力电子技术的不断发展和应用，现代电力系统中出现了许多非线性、时变、耦合的问题。
为了解决这些问题，需要采用先进的控制技术对电力系统进行控制，提高其稳定性和控制精度。
APFC即有源功率因数校正技术，其作用是对负载进行动态补偿，使得电网中的总功率因数趋近于1，从而改善电力质量，提高电能利用率。
滑模变结构控制是现代控制技术中的一种重要方法，具有快速、鲁棒性强等优点，因此将其应用于APFC研究中，可大幅提高其控制精度和稳定性。
二、研究内容及研究方法：本课题的研究内容是基于滑模变结构控制的APFC技术研究，具体包括以下内容：1. APFC控制器的设计和建模：建立APFC系统的数学模型，设计APFC控制器，并对其进行仿真和分析。
2. 滑模变结构控制算法的研究：研究滑模变结构控制算法的原理和特点，探讨其在APFC技术中的应用。
3. APFC系统的实验验证：在仿真环境下进行APFC系统的性能测试，进一步优化控制算法，最后进行实验验证。
本课题主要采用理论分析、模拟仿真和实验验证相结合的方法进行研究，并结合实际情况进行调整和优化。
三、预期成果：通过本课题的研究和实验，预期达到以下成果：1. 提出一种基于滑模变结构控制的APFC技术，能够实现对电网总功率因数的快速、准确控制。
2. 设计并建立APFC系统的数学模型，能够对系统的响应特性进行仿真和分析。
3. 通过实验验证，证明所提出的APFC技术在提高电力质量和电能利用率方面具有显著的优势。
四、研究计划及进度：本课题的研究计划及进度如下：1. 第1~3个月：查阅相关文献，深入了解APFC技术和滑模变结构控制算法，确定研究思路和方案。
2. 第4~6个月：建立APFC系统数学模型，设计APFC控制器并进行仿真分析。
3. 第7~9个月：研究滑模变结构控制算法，探讨其在APFC技术中的应用，完成算法仿真分析。
滑模变结构控制研究综述
滑模变结构控制研究综述滑模变结构控制研究综述滑模变结构控制作为一种非线性控制，与常规控制的根本区别在于控制的不连续性。
它利用一种特殊的滑模控制方式，强迫系统的状态变量沿着人为规定的相轨迹滑到期望点。
由于给定的相轨迹与控制对象参数以及外部干扰变化无关，因而在滑模面上运动时系统具有比鲁棒性更加优越的不变性。
加之滑模变结构控制算法简单，易于工程实现，从而为复杂工业控制问题提供了一种较好的解决途径。
本文首先介绍了变结构理论，并着重描述了滑模面设计、滑模条件、抖动问题、离散变结构、状态观测等方面的原理和方法，然后介绍了其主要应用情况，最后对本研究工作的发展方向进行了展望。
1 变结构控制理论变结构控制是前苏联学者Emelyanov、Utkin和Itkin在二十世纪六十年代初提出的一种设计方法[1、2、3]。
当初研究的主要是二阶和单输入高阶系统，并用相平面法来分析系统特性。
进入二十世纪七十年代，则开始研究状态空间线性系统，使得变结构控制系统设计思想得到了不断丰富，也提出了多种变结构设计方法。
但这其中只有带滑动模态的变结构控制被认为是最有发展前途的。
所谓滑动模态是指系统的状态被限制在某一子流形上运动。
一般来说，系统的初始状态未必在该子流上，而变结构控制器的作用就在于把系统的状态在有限时间内驱动到并维持在该子流形上。
这一过程称为到达过程。
这里变结构控制体现在非线性控制，使得以下设计目标得以满足：（1）滑动模态存在（2）满足到达条件：在切换面0S i以外的相轨迹将于有限时间内到x)(达切换面（3）滑模运动渐近稳态并具有良好的动态品质而以上三个设计目标可归纳为下面两个设计问题：选择滑模面和求取控制律。
下面我们针对几个问题叙述变结构控制系统的发展情况。
1.1 滑模面设计变结构控制通常要求具有理想的滑动模态，良好的动态品质和较高的鲁棒性，这些性能要通过适当的滑模面来实现。
线性滑模面的设计有极点配置、几何、最优控制等多种方法，文献[4]中列举了较常见的。
基于反演的机器人滑模变结构控制研究
基于反演的机器人滑模变结构控制研究
近年来，随着机器人技术的发展，滑模变结构控制（sliding mode variable structure control）也作为一种新型的机器人控制策略受到了越来越多的关注。
利用滑模变结构控制的方式可以有效解决一些普通机器人控制策略所构不成的变状态控制结构中的不确定性。
基于反演的机器人滑模变结构控制（InverseSlidingMode Variable Structure Control）是一种非常有效的滑模变
结构控制算法，将控制算法引入了反演控制的思维，这样就可以准确地提高机器人的控制性能，使之达到良好的性能指标。
首先，基于反演的机器人滑模变结构控制可以有效提高机器人模型的可靠性，
并使其达到更好的动作响应效果。
其次，反演算法可以在复杂的机器人系统中将控制内容和机器遥控系统自动内环连接起来，从而可以使得机器人系统在处理一些复杂的任务时更为轻松，可以实现迅速的任务完成。
另外，基于反演的机器人滑模变结构控制算法还能够有效的降低控制的噪声，并使其在可变的环境中保持稳定，使得机器人可以达到较高的稳定性和准确度。
此外，基于反演的机器人滑模变结构控制还可以有效抑制系统动态多变，从而
保证系统的性能不会受到随时间变化而改变。
同时，反演算法还能够获得反馈信息，从而有助于提高控制精度，并有效减少控制的复杂程度。
总之，基于反演的机器人滑模变结构控制可以有效解决机器人的控制问题，为机器人的控制技术的发展打开新的思路。
基于滑模变结构的虚拟总轴控制策略研究
基于滑模变结构的虚拟总轴控制策略研究肖园园 张墩利 李晔(湖南开放大学 湖南长沙 410004)摘要：印刷过程中高精度的套印取决于预套准阶段对调节辊的精准定位。
针对摩擦对套印精度的影响，以及扰动对同步精度的影响，提出了基于滑模变结构的虚拟总轴控制策略，并利用李亚普诺夫函数证明了该控制算法的稳定性。
实验结果表明所提出的控制策略不但能够有效地扰动及预套准阶段摩擦对系统跟随性能的影响，而且能提高无轴传动印刷机的同步控制精度。
关键词：预套准 套印精度 摩擦 虚拟总轴 滑模变结构中图分类号：TP273文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)22-0100-04Research on the Strategy for Virtual-Shaft Control Based onSliding Mode Variable StructureXIAO Yuanyuan ZHANG Dunli LI Ye(Hunan Open University, Changsha, Hunan Province, 410004 China)Abstract: High-precision overprinting during printing depends on the precise positioning of the adjustment roller during the preregistration phase. Aiming at the influence of friction on registering precision and the influence of disturbance on synchronous precision, this paper puts forward the strategy for virtual-shaft control based on sliding mode variable structure, and proves the stability of the control algorithm by using the Lyapunov function. The ex‐perimental results demonstrate that the control strategy proposed by this paper can not only effectively disturb the influence of fiction on the following performance of the system in the preregistration stage, but also improve the synchronous control accuracy of the shaftless driving printing machine.Key Words: Preregistration; Registering precision; Friction; Virtual line shaft; Sliding mode variable structure无轴传动技术广泛应用于新能源汽车、数控机床、印刷、造纸、纺织、冶金等领域，其制成品又延伸到航空航天、轨道交通、海工装备等高端装备制造领域，对于保卫国防安全和百姓安居乐业具有重要意义［1］。
基于模糊滑模变结构算法的交流同步电机伺服控制系统研究与实现的开题报告
基于模糊滑模变结构算法的交流同步电机伺服控制系统研究与实现的开题报告一、研究背景交流同步电机广泛应用于工业生产中的伺服控制系统中。
在现代数字化控制技术中，控制系统的主要任务是正确定义控制器的设计和参数调整方法来使系统的性能达到最优化的效果。
然而，由于电机参数的难以测量，以及多种外部干扰因素的存在，控制系统难以获得理想的性能。
因此，研究新的控制策略，优化电机控制性能，已成为伺服控制系统的重点研究方向。
模糊滑模控制方法是一种常见的控制策略，它结合了模糊控制和滑模控制的优点，可以更好地解决控制系统中的不确定性和非线性问题。
该方法在伺服控制领域得到了广泛应用，并且有许多研究成果支持其有效性和性能优异性。
二、主要研究内容该研究计划采用模糊滑模变结构算法实现交流同步电机伺服控制，具体研究内容包括：1.建立交流同步电机数学模型，并研究其动态特性。
2.研究模糊滑模控制方法，并将其应用于电机伺服控制系统中实现稳定的位置控制。
3.将变结构控制方法引入模糊滑模控制中，实现控制系统的鲁棒性和容错性，提高系统的鲁棒性和可靠性。
4.根据实验测试结果，对模糊滑模变结构算法进行优化和改进，并探索适用于不同工况的电机控制策略。
三、研究意义该研究将有以下意义：1.在伺服控制系统中应用模糊滑模变结构算法，不仅可以提高电机控制系统的性能，还可以同时提高系统的鲁棒性和容错性。
2.该研究可以为电机控制系统的实现提供新的思路和方法，并为伺服控制系统的开发和优化提供技术支持。
3.研究成果可以推动伺服控制技术在家电、工业制造、医疗等领域的广泛应用。
四、研究方法和实施方案该研究采用以下方法和实施方案：1.建立基于MATLAB/Simulink的交流同步电机数学模型，并进行仿真实验。
2.使用模糊滑模控制算法进行位置控制，比较其性能和效果。
3.将变结构控制算法引入模糊滑模控制中，进行实验测试。
4.根据实验数据优化和改进算法，并探索适用于不同工况的电机控制策略。
滑模变结构控制研究综述
滑模变结构控制研究综述引言滑模变结构控制是一种常用的、高效的非线性控制方法。
它具有快速响应、抗干扰强等优点，在控制系统中得到了广泛的应用。
本文旨在从理论、应用两方面综述滑模变结构控制的研究现状。
理论研究滑模控制滑模控制（SMC）是一种将系统稳态误差降为零的状态反馈控制方法。
该方法通过构造一个滑动模式面使系统输出在此面上运动，从而实现对系统的控制。
滑模控制具有简单易实现、鲁棒性高、抗干扰强等优点，因此在研究与应用中得到了广泛的应用。
与传统的PID控制相比，滑模控制具有更好的性能。
然而，滑模控制对于系统模型的精确性要求高，而且在实际应用中，滑动模式面会出现在非特征区域上，从而导致滑模控制失效。
为了解决这些问题，研究者们提出了许多改进的滑模控制方法，如基于超调干扰观测器的滑模控制、基于自适应神经网络的滑模控制等。
变结构控制变结构控制（BSC）是一种能够有效对控制系统的参数进行自适应调整的控制方法。
该方法通过构造不同的控制策略，在控制系统不同的工作状态下选用不同的控制策略，从而实现对系统的控制。
与其他控制方法相比，变结构控制有更好的鲁棒性和抗干扰性。
但是，变结构控制的理论基础较为薄弱，控制策略需要事先确定，无法实现在线的自适应调整。
滑模变结构控制滑模变结构控制（SMBC）是一种将滑模控制与变结构控制相结合的控制方法。
该方法通过将滑模控制和变结构控制相结合，实现对控制系统的快速响应和抗干扰性的同时，还能自适应地调整参数，保证控制系统的稳定性。
SMBC方法可以克服传统滑模控制和变结构控制方法的缺点，具有更优秀的控制性能。
近年来，SMBC方法在各个领域得到了广泛的应用，如航空、轨道交通、机器人等。
应用研究航空领域在航空领域中，滑模变结构控制被广泛应用于飞行器的姿态控制、高超声速飞行器的控制等方面。
在姿态控制方面，滑模变结构控制能够快速响应、精确控制飞行器的姿态，大大提高了飞行器的稳定性和精度。
在高超声速飞行器的控制方面，由于速度较快、气动力复杂，在传统的控制方法中难以实现良好的控制效果。
GBF-CMAC和滑模控制的柔性结构系统控制
Vol.13 No.5 Oct. 2018
GBF-CMAC 和滑模控制的柔性结构系统控制
付兴建，于士贤
（北京信息科技大学 自动化学院，北京 100192）
摘 要：针对一类确定系统的跟踪控制，设计了一种将 GBF-CMAC(cerebellar model articulation controller with Gauss basis function) 与滑模控制相结合的控制系统。利用符号距离和分层结构减少了神经网络所需存储器的 数量，并提出了一种神经网络参数的自适应学习律。将设计的控制器用于含有不确定性和欠驱动结构的高阶 柔性直线结构系统的跟踪控制，并与一般滑模控制和积分滑模控制进行了比较。实验结果表明，所设计的控制 器不仅具有较好的鲁棒性，而且改善了滑模控制存在的抖振问题。同时通过调整神经网络的参数对抖振进行 控制，实现了抖振和跟踪性能之间的最优选择。 关键词：高斯基函数；小脑模型控制器；神经网络；自适应；分层结构；滑模控制；不确定系统；柔性直线系统 中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：1673−4785(2018)05−0791−08
不确定系统设计了各种各样的控制系统 ， [1-4] 并取 得了较好的效果。
动力系统控制中的滑模控制算法研究
动力系统控制中的滑模控制算法研究随着现代科技的迅速发展，各种复杂的动力系统不断涌现，如何对这些系统进行精确控制成为了一个重要的研究方向。
而在控制领域中，滑模控制算法因其具有较强的适应性和强健性，成为了研究者们关注的热点之一。
本文主要介绍滑模控制算法在动力系统控制中的应用和研究进展。
一、滑模控制算法概述滑模控制（SMC）是一种以滑动模式替代连续模式的控制策略，它通过引入滑模面来达到对系统状态的控制目标。
在滑模面内，系统的状态可以被精确控制，而在滑模面外的状态则会受到强烈的调节作用，以将状态带回滑模面内。
滑模控制算法的主要特点是具有快速响应、鲁棒性好、能够抑制模型误差和外部扰动等优点。
这些特点使得滑模控制广泛应用于电力、机械、自动控制等领域的控制系统中。
同时，滑模控制还可以结合其他控制算法，形成混合控制方法，进一步提高系统的控制精度和鲁棒性。
二、滑模控制算法的应用滑模控制算法可以广泛应用于各种动力系统的控制中。
其中，滑模变结构控制（SMC）和滑模逆控制（SMIC）被广泛运用于扰动抑制和力控制中。
以滑模逆控制为例，其应用场景为在控制物体的位置、速度和力信号时，可以有效地抑制系统强烈扰动和模型误差。
此外，滑模逆控制还可以适用于传递函数未知、非线性、时变或鲁棒性要求高的系统中。
此外，滑模控制方法还可以与其他控制技术相结合，如PID控制，模糊控制和神经网络控制等。
这些被组合的控制策略与滑模控制相结合，能够充分利用各种控制算法的优点，提高控制系统的控制性能和鲁棒性。
三、滑模控制算法的研究进展在滑模控制算法的研究领域中，其主要研究方向包括滑模控制的设计方法、滑模控制的稳定性分析以及滑模控制在各种系统中的应用。
在设计方法上，研究者们在滑模控制算法的结构和参数选择上不断地优化，以实现更加精确的控制。
稳定性分析方面，研究者们利用数学分析方法，定量地研究滑模控制系统的稳定性，并提出新的理论结果和方法。
在应用方面，研究者们不断探索滑模控制算法在不同领域的适用性，例如电力系统、机械系统和航空系统等。
滑模变结构控制在机器人轨迹跟踪中的应用研究
滑模变结构控制在机器人轨迹跟踪中的应用研究引言：机器人技术在现代工业和服务领域中得到了广泛的应用，其中重要的一项任务就是实现精确的轨迹跟踪。
而滑模变结构控制（sliding mode control, SMC）作为一种有效的控制策略，被广泛应用于机器人轨迹跟踪问题的解决中。
本文将对滑模变结构控制在机器人轨迹跟踪中的应用进行研究和探讨。
1. 滑模变结构控制简介滑模变结构控制是一种通过引入滑模面来实现系统控制的方法。
它的特点是具有较强的鲁棒性，能够应对系统参数变化和外部扰动等不确定性因素。
滑模变结构控制通过设计滑模面，在滑模面上使系统状态变量快速跟踪期望轨迹，从而实现良好的控制性能。
2. 机器人轨迹跟踪问题机器人轨迹跟踪问题是指机器人在进行运动任务时，需要按照给定的轨迹进行精确的移动。
而在实际应用中，系统存在多种不确定性因素，如摩擦、负载变化、模型不准确等，这些因素给轨迹跟踪带来了很大的挑战。
因此，如何设计一种具有鲁棒性的控制方法，以解决机器人轨迹跟踪问题是一项重要的研究课题。
3. 滑模变结构控制在机器人轨迹跟踪中的应用滑模变结构控制在机器人轨迹跟踪中的应用可以通过以下几个方面进行研究：3.1 滑模面设计滑模面的设计是滑模变结构控制的核心内容之一。
在机器人轨迹跟踪中，通过合适的滑模面设计，可以使系统在滑模面上快速收敛到期望轨迹，从而实现精确的轨迹跟踪。
目前，常用的滑模变结构控制设计方法有扩张状态观测器（ESO）和自适应滑模控制等。
3.2 状态变量估计在进行机器人轨迹跟踪时，精确的状态变量估计对于滑模变结构控制的有效性至关重要。
通过采用滤波和观测算法，可以对机器人的当前状态进行准确的估计。
常用的状态变量估计方法有卡尔曼滤波和扩张状态观测器等。
3.3 模型不确定性的处理机器人系统模型不确定性是导致轨迹跟踪误差的一个重要因素。
因此，研究如何处理模型不确定性对于滑模变结构控制的应用非常关键。
常用的方法包括基于鲁棒自适应控制策略的滑模变结构控制和基于模糊控制的滑模变结构控制等。
基于PC的虚拟轴机床数控系统
( 本文 1999 年 5 月 18 日收到) ( 编辑 张新龙) 图 3 压板
( 上接第 38 页)
参考文献
1 言川宣编译 .机床结构的重大创新 — V ariax 机床问世 . 世界制造技术与装备市场 , 1995( 1) : 16 ～ 17 2 童教陛 .以 PC 为基础的 C NC 及其开放 性 .世界制 造 技术与装备市场 , 1997( 2) : 19 ～ 21
( 2)
造了条件 。
2 虚拟轴机床数控系统
2. 1 控制原理 如图 1 所示 , 机床通过三驱动杆的伸缩 , 使活动平台带动刀具在空间实现三自由度平 移及期望的轨迹运动 , 以满足加工的工艺要 求。 本机床采用连续轨迹控制 。 三杆伸缩速 度 v l 与机床活动平台速度 v p 的关系为 : vl = J 式中 J
[ 3 , 4] 及省级技术鉴定 , 见图 1) 开发设计了一
1 前言
在芝加哥 IM T S' 94 国际展览会上 , 美国 Gidding & Lew is 公司以及英国 Geodetic 公 司展出了 基于 S tew art 平台 的机床 , 这种机 床通过改变驱动杆长度来改变带有刀具的活 动平台的位姿 , 不用任何导轨与滑板 , 因而被 称为 虚拟 轴 机床[ 1] 。 它具 有 高精 度 、高 刚 度、 高速度等优良性能 , 被誉为本世纪机床结 构的最大变革 。 国内外很多单位都在进行此 种新型机床的开发 。 但由于此种机床数控系 统兼有数控机床与机器人的特点 , 使得其数 控系 统尚处于完 善当中 。 Giddign & Lew is 公司采用了 CNC 8000H 控制系统 , 虽然性能 不错 , 但由于是专用系统 , 其开放性差 , 不利 于进一步开发 、扩展和更新维护 。 人们需要 更通用的数控系统 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｓｉｉ ｇ ｍｏ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｍｅ ｈ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｌ ｎ ｄ ｏ ｔｏ ｔ ｏ ａ ｅ ｎ ＣＭ Ｃ ｓ ｄ ｓｇ ｅ Ｅｘ ｒｍ ｅ ｔｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｍ ｅｈｏ ｆｅ 。 ｄ Ａ ｉ ｅ ｉｎ ｄ． ｐｅ ｉ ｎ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｏ ｔｏ ｔ ｄ ｅｆ ｃ
加 工 表 面 质 量 、 产 率 及 工 作 可 靠 性 等 技 术 指 标 ， 要 生 主
制 策略 特性 的选 择 和对控 制策 略 的设 计来 达 到 。智 能 仪 器和 新 的执 行机 构只能 简化 机 械运 动控 制 的实施 装 置， 只有 新 的先进控 制策 略 的设计 和 应用 ， 能达 到消 才 除或减 小非线 性进 而真 正达 到高性 能 的最 终 目标 。 参 数变 化和 外部干 扰 引起 的不定 性 是位 置伺 服 系 统难 以解决 的棘 手 问题 。当这种 不 定性 影 响 比较 严 重 时 ， 统 的线 性 控 制 策 略 （ Ｉ 传 ＰＤ控 制 ） 自适 应 控 制 不 和
Ｃ ＡＣ （ｅｅ ｅｌ ｄ ｌ ｒｉｕａｉｎ ｃ ｎｒ １ ｔ ｌ ｉｇｍｏ ｅｖ ｒ ｂｅｓｒ ｃｕ ｅｃ ｎｒ ｌ ａｎ ｒ ｅｃ ｌｄｓｒｔ Ｍ ｃ ｒｂ ｌ ｍｏ ｅ ｔ ｌｔ ｏ ｔｏ）ｗｉ ｓｉｎ ｄ ａｉ ｌ ｔ ｔｒ ｏ ｔｏ， ｅｖ ｅｌ ｉ ｅｅ ａ ａ ｃ ｏ ｈ ｄ ａ ｕ ｃ
Ｓ ｉｏｊ ａ ＨＩＸ ａ —ｕ ｎ，Ｌ ｎ ＩＭａ （ ｃ ｏ ｌ ｆＭｅ ｈ ｎｃ ｌ ｇｎ ｅｉｇ，Ｘｉ ａ ｉｅｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｘｉ ａ ０ ４，Ｃ ｉａ Ｓ ｈ ｏ ｃ ａ ｉａ ｉｅ ｒ ｏ Ｅｎ ｎ ’ ｎ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｙ ’ ｎ７ ５ １ ０ ｈｎ ）
维普资讯
・
控 制 与检 测 ・
组合机床与 １— ２ ５ ２ ０ ） ７— ０ ８— ３ １０ ２ ６ （ ０ ８ ０ ０４ ０
虚拟轴机床基于 Ｃ Ｃ滑模变结构控制的实验研究 术 ＭＡ
史 晓娟 ， 曼 李
（ 安科技 大学 机械 工程 学院 ， 安 西 西 ７０５ ） １０ ４
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｆｏ ｈｅｃ ｍ ｂｎｅ －ｉ ｌ ｇｈ ａ ｓｔｏ ｅ ｖ ｙｓ ｅ ｏ ｒｔ ｏ ｉ ｄ ｔｌ ｍｉ ｉ ｅ ｄ ｐｏ ｉｉｎ ｓ ｒ ｏ ｓ ｔ ｍ ｆＶｉ ｕ ｌ ｘｓＭ ａ ｈ ｎｎ ｔ ｌ ｎ ｒ ａ ｉ ｔ Ａ ｃ ｉ ｉｇ Ｔｏｏ ， ｏ ｂｎｉｇ ｌｃ ｍ ｉｎ
ｎ ｒ ｅ ｃ ｌ ｄｓ ｒ ｔ －ｉ ｅ ｓｉｉ ｇ ｍｏｄ ａ ｉｂ ｅ ｓｒ ｃｕｒ ； ｈ ｔｅ ｉｇ ｅ ｅｌ ｉｃ ｅｅ ｔｍ ｌ ｎ ｖ ｄ ｅ ｖ ｒａ ｌ ｔ ｔ ｅ ｃ ａｔ ｒ ｕ ｎ
Ｏ 引 言
虚拟 轴机 床是机 床技 术 、 间机 器 人技 术 、 空 现代 伺 服技 术 和数 控技 术相 结合 而产 生 的一种 新型 自动 化加 工设 备 。位置 伺服 系统是 虚拟 轴机 床 的重 要组 成 部分 之 一 ， 拟轴机 床 的最 高 运 动 速 度 、 踪 及定 位 精 度 、 虚 跟
ｔｖ ｌ ｅ ｕ ｅ ｈ ｈａｔ ｒｎ ｈ ｏ ｖ ｎ ｉｎ ｌｓｉ ｅ ｍ ｏ ｅ ｃ ｎ ｒ １ ｉｅｙ ｒ ｄ ｃ ｓ ｔ ｅ ｃ ｔｅｉ ｇ ｉ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ａ ｌ ｄ ｏ ｔｏ ．Ｔｈ ｏ ｔｏｌｍ ｅｈ ａ ｅ ｔｒ ｄ ａ ｉ ｎ ｄ ｅ ｃ ｎ ｒ ｔ ｏｄ ｈ ｓ ｂ ｔｅ ｙｎ ｍ ｃ
摘要 ： 文章 针对虚 拟轴机 床 的双摆 角铣 头位置伺 服 系统 ， 小脑模 型 关 节控 制 器 （ ＭＡ 与 滑模 变结构 将 Ｃ Ｃ） 控制 相结合 ， 设计 了基 于小脑 模型 关节控 制 器（ ＭＡ ） Ｃ Ｃ 的神 经元 离散 滑模控 制 算 法 并进 行 了实验研 究。
实验 结果表 明 ， 采用这 种控制 策略 不仅极 大地 降低 了常 规 滑模 变结 构控 制 中的抖 振 现 象 ， 具有 良好 的 且 动 、 态性 能及较 强 的鲁棒性 ， 静 实现 了虚拟轴机 床 双摆 角铣 头快速 、 准确 的位置伺 服控 制 。
Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｕ ｌ ｘｓｍａ ｈｎ ｏ ｌ ｐ ｓｔ ｎ ｓｒ ｏ ｓ ｔｍ；Ｃ ＡＣ （ｅｅ ｅ ａ ｍｏ ｅ ａｔ ｕａｉｎ ｃ ｎ ｒ１； ｙ ｗｏ ｄ ：ｖｒ ａ ｉ ｔ ａ ｃ ｉｅ ｔ ｏ； ｏ ｉｏ ｅ ｙｓｅ ｉ ｖ Ｍ ｃｒｂ ｌ ｄ ｌ ｒｉ ｌ ｏ ｏ ｔｏ） ｌ ｃ ｔ
关键 词 ： 拟轴机 床 ； 虚 位置伺 服 系统 ； ＭＡ （ Ｃ Ｃ 小脑模 型 关节控 制 器） 神 经元 离散 滑模 变结 构 ； ； 抖振
中 图 分 类 号 ： Ｇ ５ ； Ｐ ７ Ｔ ６９ Ｔ ２３ 文 献 标 识 码 ： Ａ
Ｅｘ ｒｍ ｅ ａ ｕｄ ｆＶ ｉｔ ｌＡ ｘ ｓＭ ａ ｈ ｎｅ Ｔｏｏ ｐｅ ｉ ｎｔ ｌＳｔ ｙ ｏ ｒ ｕａ ｉ ｃ ｉ ｌ Ｂａｓ ｄ ｏ ｅ ｎ ＣＭ ＡＣ ｉ ｎ ｏｄ ａ ｉ ｂｌ ｒ ｃ ｕｒ ｎｔｏ Ｓｌ ｄｉ ｇ Ｍ ｅ Ｖ ｒａ ｅ Ｓｔ ｕ ｔ ｅ Ｃｏ ｒ ｌ