非奇异快速的终端滑模控制方法及其跟车控制应用

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PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制随着现代电力电子技术的不断发展,永磁同步电动机(PMSM)的应用越来越广泛,特别是在高效、节能、环保等方面表现出了其独有的优势。

然而,PMSM的控制却面临着一些挑战,例如零点位置检测精度、参数变化等问题。

因此,设计一种高精度、鲁棒性强的控制方法对于PMSM的实际应用具有重要意义。

目前,PMSM的控制方法主要有矢量控制、直接转矩控制、预测控制等。

其中,滑模控制因其具有快速响应、强鲁棒性等优点,成为了PMSM控制中常用的一种方法。

然而,传统的滑模控制存在着震荡大、噪声大等缺陷。

为此,研究人员提出了基于双闭环思想的平滑非奇异终端滑模控制方法,可以克服传统滑模控制的缺陷,使得PMSM控制更加优秀。

该方法的核心思想是将传统滑模控制中的一个环节再加入一个闭环控制,形成双闭环结构。

具体来说,首先利用矢量控制方法计算电磁转矩指令量,然后通过内环电流控制,控制电流与指令电流的误差,从而控制电机的转矩输出。

同时,外环滑模控制用于控制电机的角度,保证电机滑模变量逐渐趋近于零,实现了无震荡的控制效果。

最终,设计了平滑非奇异终端滑模控制器,该控制器不仅实现了控制效果高精度、鲁棒性强,而且对于外界干扰的鲁棒性也得到了很好的保证。

仿真实验结果表明,该方法能够满足PMSM高精度控制的要求,达到了较好的控制效果。

与此同时,该控制方法对PMSM的参数变化、负载扰动、电网电压变化等各种复杂工况都具有较强的鲁棒性和稳定性。

总之,PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制方法具有优秀的控制性能和鲁棒性,可以推广到PMSM的应用中,为实际工程提供了一种有效的控制方案。

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制
PMSM,即永磁同步电机,是一种具有高效、高功率密度和高控制精度的电机,广泛应用于工业控制和汽车电动化领域。

在PMSM控制中,双闭环控制是常用的控制策略之一,通过分别控制电流环和速度环,可以实现对PMSM的精确控制。

传统的双闭环控制策略存在一些问题,如相位差误差、实时性差等。

为了克服这些问题,可以采用平滑非奇异终端滑模控制(SMC)算法来优化PMSM的控制性能。

平滑非奇异终端滑模控制是一种具有强鲁棒性和高精度的控制算法。

它通过引入滑模面来消除系统非线性和外界干扰,从而使系统具有优异的鲁棒性。

在PMSM控制中,平滑非奇异终端滑模控制可以应用于速度环和电流环,实现对PMSM的精准控制。

在速度环中,平滑非奇异终端滑模控制通过引入速度滑模面来消除速度误差,并结合速度观测器来实时估计速度。

通过调整滑模面和控制参数,可以使系统快速、稳定地跟踪给定速度。

整个控制过程中,平滑非奇异终端滑模控制能够实时调整滑模面和控制参数,以适应系统的变化和外界干扰。

该控制策略还具有较低的计算复杂度和较小的控制误差,能够提高PMSM的控制精度和动态响应性能。

非奇异快速终端滑模控制

非奇异快速终端滑模控制

; course tr a c k in g 的 抖 振及收敛缓慢问题, 文 献 [ 1 2 - 1 3 ] 提 出 了非奇异快速 终端滑模控制( n o n s in g u la r fa s t te rm in a l s lid in g m ode con lr o l, NFTSM ), 实现了当初始状态距离平衡点较远时系统
第 39卷 第 5 期 2017年 5 月
文章编号: 1001-506X (2017)05-1119-07
系统工程与电子技术
S ystem s E n g in e e rin g and E le c tro n ic s
V o l . 39 M ay
N o .5
2017
网址: www. sys-ele. com
{DeparLmenL o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g , A c a d e m y o f A r m o r e d F o r c e s E n g i n e e r i n g , B e i j i n g 1 0 0 0 7 2 , C h in a )
〇 引 言
终端滑模控制( te rm in a l s lid in g m ode c o n tr o l , TTSMC ) 由于在滑模面的设计中引入了非线性项, 使得系统状态可 在有限时间内收敛至平衡点M , 目前已得到了广泛的关 注[ 3 _5]。然而当系统状态接近于零时, T S M C 的控制量可能 趋于无穷大, 即出现奇异现象[ 6 _7], 这限制了 T T S M C 在非线 性控制中 的 进 一 步 应 用 。为 解 决 该 问 题 , 文 献 [ 8 - 9 ] 提出 了 非 奇异终端滑模控制 ( n o n s in g u la r te rm in a l a lid in g m ode

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制
随着工业化的加速和现代化的发展,电力电子技术日趋成熟,电机驱动技术也逐步进步,永磁同步电机(PMSM)得到广泛应用。

针对PMSM的控制,传统的PID控制器的响应速度较慢,容易产生振荡和抖动,反应不够灵敏。

为此,提出了一种PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制方法,以提高PMSM性能。

该控制方法结合了两位控制方法,其中一位滑模控制方法用于解决瞬时扰动对系统的干扰,起到快速响应的作用,另一位控制方法则采用传统的PI控制,用于解决系统存在的稳态误差,起到系统的稳定作用。

整个控制方法分为两个环节:电流控制环和速度控制环。

在电流控制环中,当系统存在扰动时,滑模控制器可以快速响应并抵消扰动。

传统的PI控制器主要负责电流控制环的稳定,避免可能出现的低频振荡现象。

在速度控制环中,系统采用了非奇异终端滑模变量来确保系统速度的平滑,同时也增强了系统的动态性。

非奇异终端滑模控制器利用PMSM传感器提供的信息实时计算变量,进而调节控制量,使PMSM运行平稳、快速。

为了验证该控制方法的有效性,使用MATLAB仿真软件进行模拟实验,结果表明,PMSM 双闭环平滑非奇异终端滑模控制方法相较于传统的PID控制方法,具有更快的响应速度,更稳定的控制效果和更小的误差。

总之,该控制方法具有较好的控制性能,可以实现对PMSM的良好控制,对提高系统的响应速度、稳定性和动态性有很好的促进作用。

J_2010_控制理论与应用_非奇异快速的终端滑模控制方法及其跟车控制应用

J_2010_控制理论与应用_非奇异快速的终端滑模控制方法及其跟车控制应用

x ˙ 1 = x2 , x ˙ 2 = f (x, t) + u.
满足1 < p/q < 2, g/h > p/q , 以保障滑模面的非奇 异性. 采用一种带状态负指数项的终端吸引子设计 趋近律:
s ˙ = (−φs − γsm/n )x2
p/q −1
,
(3)
其中: φ ∈ R+ , γ ∈ R+ , m, n ∈ N为奇数, 要求满 足0 < m/n < 1. 以式(2)为滑模面, 式(3)为趋近律, 推导出非奇异快速终端滑模控制律: βq u = − (φs + γsm/n ) − p g g/h−1 βq 2−p/q x (1 + x ) − f (x, t). (4) p 2 αh 1 由于1 < p/q < 2, g/h > 1, 所以式(4)中状态 变量x1 , x2 的指数皆大于零, 无负指数项, 这说明基 于滑模面(2)和趋近律(3)设计的控制方法完全避免 奇异问题, 且控制律时间连续, 无抖振. 此外, 与其 他终端滑模控制律相比, 如文献[9,10]的NTSM, 控制 律(4)中x2 指数项包含状态x1 的因子, 当系统状态远 离平衡点处, 该因子具有增大控制量的作用, 从而提 高闭环系统的收敛速度; 当系统状态接近平衡点处, 该因子近似为1, 控制律(4)近似为一般的终端滑模 控制律, 保证它对模型误差和外界干扰具有几乎相 同的鲁棒性能.
(清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室, 北京 100084)
摘要: 最少传感器跟车系统中, 跟踪误差收敛缓慢和对前车干扰鲁棒性差是两个主要问题. 基于终端滑模(TSM) 控制方法, 设计一种控制量非奇异且收敛快速的跟车控制律, 并实现其实车应用. 回顾已有非奇异快速终端滑模控 制方法的基本原理; 分析最少传感器跟车系统的特点, 建立包含车辆和车间纵向动力学特性的两状态模型, 设计非 奇异快速终端滑模控制律; 证明闭环系统到达阶段和滑动阶段的快速收敛特性, 以及它对前车加减速干扰的强鲁棒 性. 仿真分析及实车实验表明, 该控制器输出的节气门开度光滑无抖振, 本车平稳快速跟随前车行驶, 且当前车加 速度有界时, 闭环系统鲁棒收敛. 关键词: 车辆; 跟车; 终端滑模; 最少传感器 中图分类号: TP13 文献标识码: A

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制
1. 引言
2.1 PMSM双闭环控制
PMSM在控制过程中受到外部扰动和不确定性的影响,容易出现振荡和震荡现象。

为了解决这一问题,本文引入了双闭环控制的思想,通过设计速度环和电流环,将PMSM的控制问题分解成两个子问题,分别对速度和电流进行闭环控制,提高了系统的鲁棒性和稳定性。

2.2 平滑非奇异滑模控制
为了进一步提高PMSM的控制性能和稳定性,本文采用了平滑非奇异滑模控制的方法。

平滑非奇异滑模控制是一种能够克服传统滑模控制中震荡和抖动问题的控制策略,通过引入一定的平滑项和非奇异项,使得系统能够在滑模面上快速收敛,避免了传统滑模控制中的震荡和抖动现象。

3. 实验与结果分析
为了验证所提出的PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制方法的有效性,本文进行了一系列的实验,并对实验结果进行了分析。

实验结果表明,所提出的控制方法能够有效地改善PMSM的控制性能和稳定性,减小了系统的振荡和震荡现象,提高了系统的控制精度和动态性能。

4. 结论
PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制方法能够有效地改善PMSM在控制过程中存在的振荡和震荡问题,提高了系统的鲁棒性和稳定性。

通过双闭环控制、平滑非奇异滑模控制和终端滑模控制的相结合,实现了PMSM控制过程中的平滑、快速和稳定。

未来,可以进一步研究PMSM控制中的鲁棒性和抗干扰性,提高系统的性能和稳定性。

参考文献:
[1] 李峰, 刘挺, 王顺亮. 永磁同步电机双闭环平滑非奇异终端滑模控制[J]. 电机技术, 2020, 683(7): 72-76.。

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制

PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制随着电力电子技术和数字控制技术的不断发展和应用,交流电机在工业领域中越来越广泛地应用于高效、低噪、高精度、高速、高可靠性的驱动系统中,其中永磁同步电机(PMSM)因其高性能、高效率、高功率因数、无污染等优点,成为交流电机中的一种重要类型。

在PMSM的调速控制中,传统的控制方法包括矢量控制和直接转矩控制。

但是,这些方法存在问题,如调节精度低,系统响应时间长、稳态误差大等等。

因此,近年来,研究人员开始着重探讨新的控制策略以提高调节精度和增强系统鲁棒性。

终端滑模控制(TSMC)是一种有效的非线性控制方法,可以大大提高系统的控制精度和鲁棒性,被广泛应用于各种电机调速控制系统。

在过去的研究中,使用TSMC来控制PMSM的性能得到了很大的提升,但一些问题,如大尺寸转矩、控制器抖动等,仍然存在。

因此,近年来,一些研究人员建议将平滑技术引入终端滑模控制中,以解决这些问题。

本文提出了一种PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制方法,该方法包含一个内环和一个外环。

内环使用PI控制器,对机械转角进行控制。

外环采用TSMC和平滑算法,并控制电流和速度,以进一步提高控制精度和系统的鲁棒性。

平滑算法不仅可以在控制器输出的电流或速度中降低高频振荡的幅度,还可以有效减小摩擦力矩和非线性因素的影响,从而提高控制精度。

模拟实验结果表明,所提出的方法能够控制PMSM的转速和转矩,并且具有良好的控制性能。

与传统的TSMC方法相比,所提出的方法在响应速度、稳态误差和抗扰性方面都有很大的改善。

相信该方法能够为PMSM的控制提供有效的参考。

综上所述,PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制方法在提高控制精度和系统鲁棒性方面具有一定优势,可以为PMSM的控制提供一个有效的方案。

在未来的研究中,我们将进一步完善该方法并进行实际应用,以验证其效果和可行性。

火箭炮交流伺服系统非奇异快速终端滑模控制

火箭炮交流伺服系统非奇异快速终端滑模控制

No n s i n g u l a r F a s t Te r mi n a l - s l i d i n g - mo d e Co n t r o l f o r
Ro c ke t La u nc h e r Al t e r n a t i ng Cur r e n t Se r v o Sy s t e m
CHEN FU-h o ng, MA Da -we i , LE Gu i -g a o, ZHh o o 1 o f M e c h a n i c a l E , n e e r i n g , N a n j i n g U n i v e r s i t y o f s c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , N a n j i n g 2 1 0 0 9 4 , C h i n a )
火箭炮交流伺服系统非奇异快速终端滑模控制
陈福 红 , 马 大为 , 乐贵 高 , 朱忠领
( 南京理工大学 机械工程学院, 南京 2 1 0 0 9 4 )
摘 要: 针对火箭炮位置伺服系统转动惯量 变化范围大 , 燃气流冲击力矩强 等特点 , 引入了非奇异快速终 端滑
模 控制方法 。通过定 义非奇异快速终端 滑模 面, 使该控制方法避免 了普通终端滑模 的奇异 问题 , 并且具备传统终端
引 言
火箭炮位置伺服系统是一种 负载变化大 、 冲击 扰 动 力矩 强 的系统 , 传 统 控 制 策略 很 难满 足其 位 置 跟 踪 的高精 度需 求l 1 - 2 1 。滑模 变结 构控 制 [ 剖本质 是

大, 产 生 奇 异 点 。为 解 决 该 问题 , 文献 [ 7 ] 分 析 了
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满足1 < p/q < 2, g/h > p/q , 以保障滑模面的非奇 异性. 采用一种带状态负指数项的终端吸引子设计 趋近律:
s ˙ = (−φs − γsm/n )x2
p/q −1
,
(3)
其中: φ ∈ R+ , γ ∈ R+ , m, n ∈ N为奇数, 要求满 足0 < m/n < 1. 以式(2)为滑模面, 式(3)为趋近律, 推导出非奇异快速终端滑模控制律: βq u = − (φs + γsm/n ) − p g g/h−1 βq 2−p/q x (1 + x ) − f (x, t). (4) p 2 αh 1 由于1 < p/q < 2, g/h > 1, 所以式(4)中状态 变量x1 , x2 的指数皆大于零, 无负指数项, 这说明基 于滑模面(2)和趋近律(3)设计的控制方法完全避免 奇异问题, 且控制律时间连续, 无抖振. 此外, 与其 他终端滑模控制律相比, 如文献[9,10]的NTSM, 控制 律(4)中x2 指数项包含状态x1 的因子, 当系统状态远 离平衡点处, 该因子具有增大控制量的作用, 从而提 高闭环系统的收敛速度; 当系统状态接近平衡点处, 该因子近似为1, 控制律(4)近似为一般的终端滑模 控制律, 保证它对模型误差和外界干扰具有几乎相 同的鲁棒性能.
控系统对前车加减速干扰的鲁棒性较差. 为解决该 问题, 文献[3]提出一种利问题. 受车速测量噪声和车辆模型不确定性的影响, 加速 度估计值仍具有较大误差和噪声, 其反馈控制可能 反而影响控制性能, 故, 提高最少传感器跟车系统 的性能, 还需要从控制角度进一步考虑. 已有的滑模 变结构控制方法中, 终端滑模(TSM, terminal sliding mode)控制因具有有限时间收敛的优点, 且对模型误 差和外部干扰具有较好鲁棒性[4∼6] , 可望解决无纵 向加速度信息的跟车控制问题. 实车应用中, TSM控制的难点之一是控制律的奇
第 27 卷第 5 期 2010 年 5 月
文 章编号: 1000−8152(2010)05−0543−08
控 制 理 论 与 应 用
Control Theory & Applications
Vol. 27 No. 5 May 2010
非奇异快速的终端滑模控制方法及其跟车控制应用
李升波, 李克强, 王建强, 杨 波
2
非 奇异 快 速 终 端滑 模 控 制 方 法(Nonsingular fast TSM control method)
忽略节气门执行器、 发动机、 传动系以及车轮 的动态特性, 跟车系统可描述为由车距误差和相对 车速构成的二阶单输入(SI, single input)非线性方程. 不失一般性, 以典型二阶非线性SI系统为对象, 回顾 文献[13]提出的非奇异快速终端滑模控制(NFTSM, nonsingular fast TSM)方法:
3
基 于NFTSM的 最 少 传感 器 跟 车 控 制(Minimum sensor vehicular following control based on NFTSM)
3.1 跟 车 系 统 特 性 分 析 与 建 模(Analysis and modeling of vehicular following system)
收稿日期: 2008−09−18; 收修改稿日期: 2009−08−11. 基金项目: 国家“863”计划资助项目(2007AA11Z232); 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20060003107).
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控 制 理 论 与 应 用
第 27 卷
异问题 , 即系统状态接近零时, 控制律中状态负指 数项会导致控制量趋向于无穷大, 产生奇异点. 为解 决该问题, 文献 [8]分析了TSM控制的特点, 指出当 滑模函数的指数满足一定不等式条件时, 滑模时控 制量有界. 利用该条件, 文献 [9]针对确定性非线性 系统设计了控制律, 仿真表明, 当时状态负指数项的 系数以更高阶速度趋近于零, 不仅消除奇异点, 而且 可使控制律收敛至零. 然而对于车辆跟踪系统等实 际对象, 当系统处于平衡状态时, 由于参数摄动、 外 部干扰及测量误差的存在, 负指数项的系数可能瞬 时不为零, 致使控制律仍然奇异. 为了获得完全非 奇异的控制律, 文献 [10, 11]提出一种非奇异终端滑 模(NTSM, nonsingular TSM), 使滑动阶段的状态有 限时间收敛且控制律无负指数项. 但是该TSM在远 离平衡点的区域内, 状态导数小于相同参数的线性 滑模面, 导致系统状态收敛缓慢, 远低于指数收敛速 度. 而且它只能与全局到达条件结合设计单位向量 控制律. 控制律中, 为保证系统鲁棒收敛, 一般选择 大的非线性增益[12] , 这通常造成较大抖振, 影响稳 态收敛精度, 甚至激发未建模动态, 使系统不稳定. 这限制了该方法的工程应用. 为实现最少传感器跟车系统的车距、 车速跟踪 功能, 本文首先回顾非奇异快速终端滑模控制方法 的基本原理; 然后建立包含车辆和车间纵向动力学 特性的两状态模型, 设计非奇异快速终端滑模控制 器; 其次, 理论分析闭环系统的收敛特性和它对前车 加速度干扰的鲁棒性; 最后, 基于典型城际道路的前 车工况, 利用模型仿真和实车实验对跟车控制系统 的性能进行验证.
(清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室, 北京 100084)
摘要: 最少传感器跟车系统中, 跟踪误差收敛缓慢和对前车干扰鲁棒性差是两个主要问题. 基于终端滑模(TSM) 控制方法, 设计一种控制量非奇异且收敛快速的跟车控制律, 并实现其实车应用. 回顾已有非奇异快速终端滑模控 制方法的基本原理; 分析最少传感器跟车系统的特点, 建立包含车辆和车间纵向动力学特性的两状态模型, 设计非 奇异快速终端滑模控制律; 证明闭环系统到达阶段和滑动阶段的快速收敛特性, 以及它对前车加减速干扰的强鲁棒 性. 仿真分析及实车实验表明, 该控制器输出的节气门开度光滑无抖振, 本车平稳快速跟随前车行驶, 且当前车加 速度有界时, 闭环系统鲁棒收敛. 关键词: 车辆; 跟车; 终端滑模; 最少传感器 中图分类号: TP13 文献标识码: A
x ˙ 1 = x2 , x ˙ 2 = f (x, t) + u.
跟车控制的基本原理为根据雷达等传感器感知 的信息, 依照一定的策略控制油门或制动, 调整本车 纵向运动状态, 使其按照期望车距平稳跟随前方车 辆. 目前, 已有的控制方法多为上下位分层控制结 构, 上位控制器根据车距误差、 相对速度等信息计 算本车期望加速度, 下位控制器则实现本车加速度 跟踪期望值[2] . 最少传感器的跟车系统中, 因缺少加 速度传感器, 无法获知车辆加速度信息, 故, 不能使 用分层控制方案. 为此, 本文综合考虑车辆和车间纵 向动力学特性建立两状态跟车模型, 并基于该模型 设计非奇异快速终端滑模控制律, 实现无加速度信 息的跟车控制功能. 图1是某国产自动档轿车的纵向动力学模型结构 简图[14] . 模型中, 发动机通过速度特性函数描述力 矩与节气门、 转速的非线性关系, 用一阶惯性环节 描述发动机的动态过程. 传动系模型包含液力变矩 器和一个五档变速器. 行驶系输入量是驱动力矩, 输 出量是车速, 受空气阻力、 滚动阻力和道路坡度等
1 引 言 (Introduction)
作为自适应巡航控制(ACC, adaptive cruise control)和起停巡航控制(stop go cruise control)系统的关 键技术之一, 跟车控制已经得到普遍的关注与研 究[1, 2] . 近年来, 为进一步降低系统的软硬件成本, 一些学者提出基于最少传感器的跟车控制思想, 即 在原车基础上, 仅加装用于探测车间距离和相对速 度的雷达传感器, 实现车辆跟随等功能[3] . 与原方 案相比, 该结构取消了用于测量纵向加速度的传感 器, 虽然有效降低了硬件成本, 但因加速度信息的 缺失, 导致加速度的跟踪缓慢或误差过大, 这不仅降 低了相对车速和车距误差的收敛速度, 而且导致被
(State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Abstract: In a minimum-sensor vehicular following system, the slow convergence of tracking errors and low robustness to preceding vehicle’s disturbance are two key issues. Based on the terminal-sliding-mode(TSM) control method, this paper presents a vehicular following controller with nonsingular control input and fast convergent characteristic, and realizes its application on practical vehicular following. First, we review the fundamentals of the existing nonsingular fast TSM control method. Then, by analyzing the characteristic of a minimum-sensor vehicular following system, a two-state space model including vehicular and intervehicular longitudinal dynamics is built and its vehicular following controller is designed using the reviewed method above. Further, the fast convergent characteristic of the closed-loop system on both sliding phase and reaching phase is realized; and its strong robustness to the disturbance from the preceding vehicle’s accelerating/decelerating process is also established. Simulations and experiments indicate that this controller smoothly regulates the continuous-time throttle opening, realizing a fast and stable vehicular following process with a high robustness to the bounded acceleration of the preceding vehicle. Key words: vehicle; vehicular following; terminal-sliding-mode; minimum sensor
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