结构振动的滑模变结构半主动控制

研究应用磁流变阻尼器(MRD)对结构振动半主动控制的算法和原理。研制并对磁流变阻尼器进行了阻尼特性实验，采用非线性滞回双粘性模型描述磁流变阻尼器的阻尼特性，模型结果与实验结果非常一致。采用滑模控制算法和趋近律方法设计了半主动控制器。利用滑模控制方法所建立的控制器，本文给出了地震激励下结构振动半主动控制算例。计算分析表明，半主动滑模控制具有控制效果明显、鲁棒性好等优点，是一种非常有发展前途的控制方法。     

单自由度系统的变结构滑模棒棒控制

对单自由度系统的变结构滑模棒棒控制方法进行研究。算例结果表明：该方法能有效地减小结构的地震反应,控制效果优于经典线性均方控制算法。     

H_∞控制器在变参数有源磁悬浮系统中的应用

建立了液浮陀螺仪浮子有源磁悬浮控制模型,深入地分析了其结构组成及工作原理。针对所建立的数学模型对各个结构参数进行了鲁棒性分析研究,得出了系统鲁棒稳定性对各个参数的要求。在此基础上,建立了系统工作的状态方程,对变参数的阻尼系统进行了分析研究,设计了满足系统动态性能和鲁棒稳定性要求的H∞控制器。最后分别对初始系统和校正系统进行了仿真研究,仿真结果表明,H∞控制器提高了阻尼在一定范围内变化的磁悬浮系统的鲁棒控制性能,增强了系统的抗干扰能力和动态特性。     

模糊控制理论在有源磁悬浮系统中的应用

建立了陀螺浮子磁悬浮数学模型,对该系统进行了MATLAB仿真并分析了该系统的刚度和阻尼特性。在此基础上,计算了满足刚度和阻尼特性的PID控制器参数,仿真结果表明,基于刚度和阻尼特性的PID控制器能够基本满足系统的要求,但响应时间过长。因此进行了模糊控制理论在磁悬浮系统中的研究,提出了模糊-PID控制。以经典PID控制器参数为参考,建立了模糊控制隶属度函数,设计了模糊控制表格,并对模糊-PID控制器在该系统中的应用进行了仿真研究,仿真结果表明,建立在经典PID控制器基础上的模糊-PID控制能够得到较好的稳态特性和动态性能,鲁棒性也得到增强,能够在一定程度上提高液浮陀螺仪的精度和抗干扰能力。     

半主动TLCD对偏心结构的离散模糊变结构控制

采用在结构水平双向设置TLCD半主动控制装置的方法,对偏心结构在多维地震作用下的离散模糊变结构控制问题进行了研究.首先建立了结构-TLCD扭转耦联控制系统微分方程及其离散化状态空间表达,然后阐述了基于模糊逻辑的变结构控制的基本策略,最后应用该模糊变结构控制策略对一个五层偏心结构的TLCD半主动控制问题进行了仿真分析.仿真分析的结果表明,该方法在对结构的平动反应和扭转反应都能起到较好的减震效果的同时,还具有对结构固有参数不确定性的较强的鲁棒性.     

考虑控制延时影响的相邻建筑结构的离散变结构振动控制方法

研究了基于离散变结构控制算法的考虑控制延时影响的相邻建筑结构体系地震反应半主动控制的基本设计和计算方法。首先,建立了相邻结构体系的力学模型及连续运动状态方程,并将其离散化成标准离散状态方程形式。其次,简要地讨论了离散变结构控制器的设计方法,包括切换平面的选择及离散趋近率的构成．最后,应用本文方法对主楼12层,裙房5层的实例结构进行了数值仿真分析,结果表明,该控制方法不仅能有效抑制相邻结构地震反应的鞭梢效应,而且在控制延时存在的情况下,仍能保证系统的减震性能和稳定性。     

数字式惯性平台稳定回路的离散变结构控制

为了实际实现具有良好跟踪精度和抗干扰能力的惯性平台稳定回路,建立了平台伺服电机的离散时间模型,设计了由单片机和高速DSP组成的数字控制系统,与惯性平台组成了基于采样数据的平台稳定控制回路,研究了离散变结构控制趋近律的选取方法,采用改进趋近律设计了离散变结构控制律,提出了一种数字式平台稳定回路的离散变结构控制方法,通过实物实验得出了平台伺服电机转轴摩擦力矩模型系数的估计值,并将其引入到控制系统中.仿真实验结果表明,该回路系统对于摩擦力矩和系统参数不确定性具有一定的抗干扰性能,对于阶跃干扰力矩输入具有良好的动态特性,且静态力矩刚度提高到1.2×104 N.m/rad,系统对于斜坡和加速度输入信号实现了平稳跟踪,跟踪误差最大值分别为0.0056 rad和0.0597 rad.     

漂浮基空间机器人系统基于增广变量思想的改进变结构滑模控制

讨论载体位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机器人系统的控制问题.首先导出了空间机器人欠驱动形式的系统动力学方程.之后借助于增广变量法,证明可以将上述系统动力学方程及系统增广广义Jacobi矩阵分别表示为一组适当选择的组合惯性参数的线性函数.以此为基础,根据具有较强鲁棒性的变结构滑模控制理论,设计了一种空间机器人惯性空间期望轨迹跟踪的改进变结构滑模控制方案.与传统变结构滑模控制相比,所提控制方案通过一次离线预估控制律中相关矩阵元素的上下限,从而避免了实时控制过程中重复计算系统动力学方程中科氏力、离心力项的麻烦,因此有效减少了计算量,更适用于机载计算机运算能力有限的空间机器人控制系统实时应用.仿真运算,证实了方法的有效性.     

分数阶微积分在滑模控制中的应用特性

针对分数阶微积分算子的信息记忆与遗传特性,从分数阶滑模趋近律与分数阶滑模控制律两方面,对分数阶微积分算子在滑模控制理论中的应用特性进行了研究。首先,从传统滑模控制理论的几种趋近律入手,引出分数阶滑模趋近律并分析其收敛特性。其次,针对航天器姿态控制系统,设计了一种分数阶滑模控制器。最后,对比数值仿真验证了所设计控制器的良好性能,与传统滑模趋近律和传统滑模控制律相比,分数阶滑模趋近律具有较好的平滑特性,分数阶滑模控制律具有更好的抗干扰性与强鲁棒性。     

滑模/无模型自适应控制方法及在离心-振动试验系统中的应用

针对滑模控制对非匹配不确定性系统的控制问题,提出了滑模/无模型自适应控制算法。通过滑模控制方法对系统的标称部分及匹配部分进行控制,对于非匹配不确定性部分,以滑模控制器的输出与系统期望输出的误差作为无模型自适应控制器的输入,通过无模型自适应方法来减少未建模不确定性对系统控制的影响。该方法对系统中匹配和非匹配不确定项均具有鲁棒性,比传统滑模控制及无模型自适应方法具有更快的收敛速度。理论分析证明了系统的稳定性,仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于滑模理论的建筑结构分散稳定控制

基于大系统分散控制思想,将大尺度高阶建筑结构系统分解为多个子结构系统;子结构之间的相互耦合作用视为有界广义力,得到以状态方程形式的子结构模型。利用滑模理论的抗摄动条件,设计具有全局稳定的子结构滑动模态轨迹,利用子结构系统局部状态实现全局稳定的控制力条件,并以参数ρi实现各子结构间的调节,建立稳定的分散控制格式。在控制算法中采用了准滑模控制方法,克服变结构滑动模态中的抖振影响。利用本文方法,对20层钢结构基准模型在地震激励下的控制进行设计并数值仿真,验证了该方法的有效性。     

基于浸入与不变原理的四旋翼姿态系统反步滑模控制

针对较大幅度外部不确定扰动下的四旋翼姿态稳定问题,设计了一种基于浸入与不变原理(ⅠⅠ)的自适应反步滑模控制器(ABSMC)。首先建立了未知大扰动下四旋翼姿态系统动力学模型,然后以横滚角子系统搭建为例,设计并应用了反步法和基于趋进率的滑模控制策略。在扰动估计误差流型设计中,融合了ⅠⅠ原理,即自适应率的选取实现了误差流型的不变和吸引,确保估计误差收敛到0。最后,对系统进行了稳定性分析和数字仿真。结果表明,在较大未知扰动情况下,融合ⅠⅠ原理方法后,经10 s所测跟踪误差平方的累加和仅为传统ABSMC方法的11.2%,控制精度大幅提高。     

Introduction and realization of four fractional-order sliding mode controllers for nonlinear open-loop unstable system: a magnetic levitation study case

Nonlinear Dynamics - The concept of magnetic levitation attracts the attention of researchers and developers on the global platform for its serviceability in both industrial and research...     

基于单向滑模的永磁同步电机摩擦自适应控制

针对摩擦条件下永磁同步电机伺服系统的高精度位置控制问题进行了研究。利用单向滑模控制算法和广义麦克斯威尔滑动(GMS)摩擦模型,设计了具备摩擦前馈补偿功能的力矩控制器,对GMS模型的参数进行了自适应调节以补偿摩擦力变化。通过设计适当的趋近率,使得该控制器在保证系统稳定的同时,产生连续的期望电流信号,消除了普通滑模带来的抖振问题,同时采用反步法反推控制电压获得了保证系统总体稳定的控制信号。最后的仿真实验结果表明,提出的方法有利于提高摩擦条件下永磁同步电机控制的控制精度。     

Stability in sliding mode of nonstationary automatic-control systems of variable structure with switched filters

Stability conditions for a nonstationary automatic-control system of variable structure in sliding mode are established. The controller of the system has feedback-switched filters functioning together with the shaper and actuator. The nonstationary parameters of the system vary within given ranges, at a finite rate, under appropriate control laws, with adjustment for the error signal, its derivatives of finite order, and all variable parameters of the filter. The parameters of the switching hyperplane remain constant. This approach to stability analysis is based on the existence conditions for the sliding mode at the switching boundary in the phase space. The general stability and instability criteria are applied to nonstationary automatic filtered-control systems of variable structure of the third order __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 42, No. 10, pp. 116–134, October 2006.     

基于输出的建筑结构分散滑模控制

大尺度结构分解为多个低阶子结构,子结构间的相互作用视为作用于子结构的有界扰动。本文提出了一种基于部分位移、速度输出反馈的建筑结构分散控制方法。分析了输出坐标下子结构稳定滑模的存在条件,得到输出坐标下子结构稳定滑模面方程。建立了基于输出的稳定分散控制格式,其中控制力非线性部分保证结构全局状态收敛至设计的滑模面,线性部分使建筑结构闭环子结构系统渐进稳定。以一20层钢结构基准模型在地震激励下的控制为例,验证了该分散控制的有效性。研究表明,使用部分位移、速度输出信号可以设计基于全局稳定的建筑结构分散滑模控制。所提控制方法有效抑制了大尺度建筑结构振动响应,避免了滑模设计所需的复杂坐标变换,简化了基于输出的稳定滑模设计。     

Delayed full-state feedback control of airfoil flutter using sliding mode control method

This paper studies the delayed feedback control of flutter of a two-dimensional airfoil using a sliding mode control (SMC) method. The dynamic equation of airfoil flutter is firstly established using the Lagrange method, in which the cubic hardening spring nonlinearity of pitch stiffness is considered. Then, the state equation with time delay is transformed into a standard state equation with implicit time delay by a special integral transformation. Next a nonlinear time-delay controller is designed using the SMC method. Finally the effectiveness of the proposed controller is verified through numerical simulations. Simulation results indicate that time delay in the control system has significant influence on the control performance. Control failure may happen if time delay is not considered in control design. The time-delay controller proposed is effective in suppressing the airfoil flutter with either small or large control time delay.     

Robust synchronization of nonlinear SISO systems using sliding mode control

We present a robust algorithm to synchronize two different single-input/single-output (SISO) nonlinear systems connected in a master/slave scheme, where the relative degree of the master system (r _m) is greater than or equal to the relative degree of the slave (r _s). The sliding mode control technique is used to design the coupling signal. This discontinuous controller renders the closed-loop system robust with respect to matched bounded disturbances. The synchronization objective is to match the first r _s normal coordinates. Depending on the characteristics of the involved systems, the closed loop system can display full or partial, identical or generalized synchronization. The performance of the proposed controlled synchronization is illustrated numerically and experimentally.     

Outer synchronization of uncertain small-world networks via adaptive sliding mode control

The outer synchronization of irregular coupled complex networks is investigated with nonidentical topological structures. The switching gain is estimated by an adaptive technique, and a sliding mode controller is designed to satisfy the sliding condition. The outer synchronization between two irregular coupled complex networks with different initial conditions is implemented via the designed controllers with the corresponding parameter update laws. The chaos synchronization of two small-world networks consisting of N uncertain identical Lorenz systems is achieved to demonstrate the applications of the proposed approach.