無傳感器交流伺服系統(tǒng)高階非奇異終端滑?？刂频难芯?/h1>

本項目研究了無傳感器交流伺服系統(tǒng)的高階非奇異終端滑模控制問題，包括了系統(tǒng)的動態(tài)性能分析，控制器和觀測器的設(shè)計方法。首先，本項目研究了高階終端滑模觀測器的設(shè)計方法，分析滑模觀測器的穩(wěn)定條件和魯棒性，并應(yīng)用于系統(tǒng)的閉環(huán)控制。基于高階終端滑模觀測器，研究了感應(yīng)電機和永磁同步電機伺服系統(tǒng)的分析與設(shè)計。采用高階終端滑模觀測器估計電機轉(zhuǎn)速和位置，應(yīng)用于矢量控制系統(tǒng)和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中。分析轉(zhuǎn)速終端滑模觀測器對參數(shù)攝動和外部擾動的魯棒性。通過設(shè)計高階終端滑模觀測器在線辨識伺服系統(tǒng)的機械參數(shù)，如轉(zhuǎn)動慣量、阻尼系數(shù)、負載轉(zhuǎn)矩等。一旦這些參數(shù)能夠準確估計出來，就可以對伺服系統(tǒng)控制器參數(shù)的進行自整定，采用最憂控制理論對系統(tǒng)進行設(shè)計，系統(tǒng)的性能就能得到提高。研究了高階終端滑模觀測器的離散化方法，探求保證離散化的觀測器穩(wěn)定性的條件，研究用于評估由于離散化造成的系統(tǒng)性能降低的方法。分析量化誤差以及測量噪聲對觀測器的影響。構(gòu)建了無傳感器交流伺服系統(tǒng)的實驗系統(tǒng)平臺，并通過實驗驗證了所提出的終端滑?？刂坪陀^測器的正確性。

研究基于高階非奇異終端滑模的無傳感器交流伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能分析和設(shè)計方法。主要目標為：1)建立新的分析基于高階非奇異終端滑模觀測器的大調(diào)速范圍無傳感器交流伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性的基礎(chǔ)理論；2)開發(fā)評估基于高階非奇異終端滑模觀測器大調(diào)速范圍無傳感器交流驅(qū)動系統(tǒng)性能的技術(shù)方法；3) 提出獨創(chuàng)性的無傳感器交流伺服系統(tǒng)高階非奇異終端滑模觀測器和控制器的設(shè)計策略。無傳感器交流伺服系統(tǒng)仍有些問題尚未得到很好解決，包括：對測量噪聲的高敏感性，對電動機參數(shù)的依賴性較大，較低的觀測精度，零速附近時難以觀測等。本項目將設(shè)法解決這些問題，結(jié)合矢量控制方法和直接轉(zhuǎn)矩控制方法，研究基于高階非奇異終端滑模觀測器的無傳感器交流伺服系統(tǒng)的分析方法以及觀測器和控制器的設(shè)計方法，還將研究高階終端滑模觀測器離散化后出現(xiàn)的一些復雜行為，探求保證離散化的觀測器穩(wěn)定性的條件。本項目將對變結(jié)構(gòu)控制理論及其應(yīng)用具有重要意義。

終端滑?？刂品椒ǎ且环N有限時間的滑?？刂品椒?。本項目在終端滑?？刂频臅簯B(tài)理論、廣義有限時間滑模面設(shè)計、抖振抑制方面進行了研究, 提出了有意義的結(jié)果。結(jié)合理論研究的成果，以高超聲速飛行器巡航跟蹤問題和永磁同步電機速度控制問題為背景，開展了相關(guān)的控制應(yīng)用研究。主要貢獻如下：(1)對終端滑模的趨近階段進行研究，給出了任意初始狀態(tài)出發(fā)，到達滑模面時間的最大值估計算法，并在已知到達點信息的前提下，推導得出了到達時間的數(shù)學表達。(2)推導論證了終端滑模面的齊次性性質(zhì)，據(jù)此提出有限時間滑模面的通用設(shè)計準則，并結(jié)合趨近律方法，設(shè)計了基于通用滑模面的控制器。(3)采用變邊界層方法，分別設(shè)計了連續(xù)漸近滑模控制器和連續(xù)有限時間滑?？刂破?。為保證連續(xù)滑?？刂破髁己玫聂敯粜?，設(shè)計了基于干擾觀測器的連續(xù)滑模控制方法。(4)結(jié)合上述理論成果，對有翼圓錐體構(gòu)型的高超聲速飛行器不同的飛行條件，分別設(shè)計了連續(xù)滑?？刂破鳌⒖焖俳K端滑?？刂破骱妥赃m應(yīng)滑模控制器，仿真驗證了控制算法的有效性。(5)在實驗室永磁同步電機的實驗平臺上，驗證本項目提出的控制算法有效性和優(yōu)越性。在國內(nèi)外學術(shù)期刊上發(fā)表標注本項目資助號的論文共19篇(正式發(fā)表14篇，在線發(fā)表5篇)，其中SCI論文18篇(IEEE匯刊論文10篇)，EI論文1篇，出版專著1部。 2100433B

本項目圍繞終端滑模控制中尚存在的問題展開研究，基于齊次性理論，考慮終端滑模面上的動態(tài)系統(tǒng)和齊次系統(tǒng)的關(guān)系，分析有限時間滑模面充要條件，完成廣義終端滑模面的設(shè)計。采用非線性滑動域方法，設(shè)計連續(xù)滑?？刂破?，消減終端滑?？刂频亩墩?；在理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合航空航天領(lǐng)域的迫切需求，對非線性、強耦合、帶不確定和干擾的高超聲速飛行器，將終端滑模控制技術(shù)與干擾觀測器前饋補償技術(shù)結(jié)合起來，研究高超聲速飛行器魯棒連續(xù)滑模控制，提高飛行控制系統(tǒng)快速性、精度和抗擾動性能，為我國高超聲速飛行器飛行控制系統(tǒng)設(shè)計提供理論指導和技術(shù)支持。

對于一般的二階系統(tǒng)

其中，

終端滑模一般由如下一階動態(tài)方程描述

其中，

設(shè)計控制律形式為

式中，

為保證滑模態(tài)的存在，在不考慮系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)不確定和外部擾動的條件下，對滑模面S進行時間的求導：

得到等效控制項為

為滿足滑模到達條件，選取Lyapunov函數(shù)

代入等效控制項，有

設(shè)計非線性控制項為

其中．