無傳感器交流伺服系統(tǒng)高階非奇異終端滑模控制的研究項(xiàng)目摘要

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(dòng)態(tài)性能分析和設(shè)計(jì)方法。主要目標(biāo)為：1)建立新的分析基于高階非奇異終端滑模觀測(cè)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(píng)估基于高階非奇異終端滑模觀測(cè)器大調(diào)速范圍無傳感器交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的技術(shù)方法；3) 提出獨(dú)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(cè)器和控制器的設(shè)計(jì)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(duì)測(cè)量噪聲的高敏感性，對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的依賴性較大，較低的觀測(cè)精度，零速附近時(shí)難以觀測(cè)等。本項(xiàng)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(cè)器的無傳感器交流伺服系統(tǒng)的分析方法以及觀測(cè)器和控制器的設(shè)計(jì)方法，還將研究高階終端滑模觀測(cè)器離散化后出現(xiàn)的一些復(fù)雜行為，探求保證離散化的觀測(cè)器穩(wěn)定性的條件。本項(xiàng)目將對(duì)變結(jié)構(gòu)控制理論及其應(yīng)用具有重要意義。

本項(xiàng)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(dòng)態(tài)性能分析，控制器和觀測(cè)器的設(shè)計(jì)方法。首先，本項(xiàng)目研究了高階終端滑模觀測(cè)器的設(shè)計(jì)方法，分析滑模觀測(cè)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(cè)器，研究了感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。采用高階終端滑模觀測(cè)器估計(jì)電機(jī)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(cè)器對(duì)參數(shù)攝動(dòng)和外部擾動(dòng)的魯棒性。通過設(shè)計(jì)高階終端滑模觀測(cè)器在線辨識(shí)伺服系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)，如轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、阻尼系數(shù)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩等。一旦這些參數(shù)能夠準(zhǔn)確估計(jì)出來，就可以對(duì)伺服系統(tǒng)控制器參數(shù)的進(jìn)行自整定，采用最憂控制理論對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的性能就能得到提高。研究了高階終端滑模觀測(cè)器的離散化方法，探求保證離散化的觀測(cè)器穩(wěn)定性的條件，研究用于評(píng)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(cè)量噪聲對(duì)觀測(cè)器的影響。構(gòu)建了無傳感器交流伺服系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的終端滑?？刂坪陀^測(cè)器的正確性。

終端滑?？刂品椒?，是一種有限時(shí)間的滑模控制方法。本項(xiàng)目在終端滑?？刂频臅簯B(tài)理論、廣義有限時(shí)間滑模面設(shè)計(jì)、抖振抑制方面進(jìn)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(jī)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(xiàn)如下：(1)對(duì)終端滑模的趨近階段進(jìn)行研究，給出了任意初始狀態(tài)出發(fā)，到達(dá)滑模面時(shí)間的最大值估計(jì)算法，并在已知到達(dá)點(diǎn)信息的前提下，推導(dǎo)得出了到達(dá)時(shí)間的數(shù)學(xué)表達(dá)。(2)推導(dǎo)論證了終端滑模面的齊次性性質(zhì)，據(jù)此提出有限時(shí)間滑模面的通用設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并結(jié)合趨近律方法，設(shè)計(jì)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(jì)了連續(xù)漸近滑?？刂破骱瓦B續(xù)有限時(shí)間滑?？刂破?。為保證連續(xù)滑?？刂破髁己玫聂敯粜?，設(shè)計(jì)了基于干擾觀測(cè)器的連續(xù)滑?？刂品椒?。(4)結(jié)合上述理論成果，對(duì)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(jì)了連續(xù)滑?？刂破?、快速終端滑?？刂破骱妥赃m應(yīng)滑模控制器，仿真驗(yàn)證了控制算法的有效性。(5)在實(shí)驗(yàn)室永磁同步電機(jī)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，驗(yàn)證本項(xiàng)目提出的控制算法有效性和優(yōu)越性。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表標(biāo)注本項(xiàng)目資助號(hào)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(xiàng)目圍繞終端滑?？刂浦猩写嬖诘膯栴}展開研究，基于齊次性理論，考慮終端滑模面上的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和齊次系統(tǒng)的關(guān)系，分析有限時(shí)間滑模面充要條件，完成廣義終端滑模面的設(shè)計(jì)。采用非線性滑動(dòng)域方法，設(shè)計(jì)連續(xù)滑?？刂破?，消減終端滑模控制的抖振；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(duì)非線性、強(qiáng)耦合、帶不確定和干擾的高超聲速飛行器，將終端滑?？刂萍夹g(shù)與干擾觀測(cè)器前饋補(bǔ)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(dòng)性能，為我國高超聲速飛行器飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。