基于高增益扰动观测器的磁悬浮球系统滑模控制

1

作者 林俊亭 陈信州 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第6期1897-1906,共10页

针对磁悬浮球系统存在建模误差与未知扰动导致控制性能下降的问题,设计了一种基于高增益扰动观测器(HGDO)的自适应非奇异终端滑模控制(ANTSMC)方法。建立磁悬浮球系统模型,并在平衡点处将模型线性化;为削弱滑模控制器的抖振并保证系统... 针对磁悬浮球系统存在建模误差与未知扰动导致控制性能下降的问题,设计了一种基于高增益扰动观测器(HGDO)的自适应非奇异终端滑模控制(ANTSMC)方法。建立磁悬浮球系统模型,并在平衡点处将模型线性化;为削弱滑模控制器的抖振并保证系统误差在有限时间收敛,设计了自适应非奇异终端滑模控制器,同时,采用高增益扰动观测器对系统中存在的总扰动进行估计,并通过理论验证了所设计高增益扰动观测器可以快速收敛到实际扰动值的可调邻域,基于扰动估计值设计带扰动补偿的自适应非奇异终端滑模控制律,并证明了在该控制律下系统是全局一致最终有界的;通过仿真验证了所设计方法在不同目标轨迹下的有效性。仿真与定量分析表明:与带广义比例积分观测器的控制器相比,带高增益扰动观测器的控制器对总扰动观测值的积分时间乘方误差(ITSE)降低了75%,积分时间绝对误差(ITAE)降低了60%,从而提高了在相同控制方法下系统的鲁棒性。 展开更多

关键词 磁悬浮球系统 滑模控制 高增益扰动观测器 扰动补偿 轨迹跟踪

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于广义扰动估计的磁悬浮球系统高精度位置控制 被引量：2

2

作者 王军晓 陆勤坤 俞立 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1578-1587,共10页

本文针对磁悬浮球系统在非匹配多源扰动影响下位置控制精度问题,提出了一种基于广义扰动估计的位置控制方法.首先,设计Luenberger观测器对系统状态变量进行估计,并考虑扰动已知信息,利用内模原理设计广义扰动估计器对多源扰动进行估计;... 本文针对磁悬浮球系统在非匹配多源扰动影响下位置控制精度问题,提出了一种基于广义扰动估计的位置控制方法.首先,设计Luenberger观测器对系统状态变量进行估计,并考虑扰动已知信息,利用内模原理设计广义扰动估计器对多源扰动进行估计;然后,为消除非匹配多源扰动对位置输出的影响将扰动估计及其导数引入控制律设计,并对其设计扰动补偿增益,同时设计参考输入补偿增益解决在非匹配扰动下对时变参考位置的跟踪精度问题;其次,对所提方法进行稳定性和抗干扰性能分析,证明了所提方法在非匹配多源扰动下可实现对磁悬浮球系统的高精度位置控制;为了验证所提方法的有效性,在本文最后分别利用MATLAB/Simulink和磁悬浮球实验平台对所提方法进行了仿真和实验验证. 展开更多

关键词 磁悬浮球系统 非匹配多源扰动 广义扰动估计 扰动抑制

在线阅读 下载PDF 职称材料

磁悬浮球系统的分数阶滑模控制 被引量：20

3

作者 张井岗 方线伟 赵志诚 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期72-77,共6页

针对磁悬浮球系统存在着严重非线性和不确定性问题,提出了一种分数阶滑模控制方案。为了消弱传统滑模控制中的抖振现象,将传统滑模控制器中整数阶滑模面函数采用分数阶PDμ结构设计,结合等速趋近律给出分数阶滑模控制器的设计方法,利用L... 针对磁悬浮球系统存在着严重非线性和不确定性问题,提出了一种分数阶滑模控制方案。为了消弱传统滑模控制中的抖振现象,将传统滑模控制器中整数阶滑模面函数采用分数阶PDμ结构设计,结合等速趋近律给出分数阶滑模控制器的设计方法,利用Lyapunov稳定性理论证明了该控制方法的稳定性,并采用Tustin算法和连分式展开法,实现了分数阶滑模控制器的离散化。仿真和实验结果表明:分数阶滑模控制不但使磁悬浮球系统具有较好的跟踪性能,而且对外部扰动具有较强的鲁棒性。 展开更多

关键词 磁悬浮球系统 分数阶滑模控制 实时控制 鲁棒性

在线阅读 下载PDF 职称材料

模糊控制在磁悬浮球系统实时控制中的应用 被引量：19

4

作者 彭辉 徐锦华 侯海良 《控制工程》 CSCD 北大核心 2009年第3期278-281,共4页

在磁悬浮球系统中采用PID控制时,动态性能较差,控制效果不理想。为了获得控制效果较好的控制器,根据模糊控制原理,设计磁悬浮模糊控制器。根据PID实时控制中的经验,确定模糊控制器的输入输出变量模糊化范围,建立合理的模糊规则表。在Mat... 在磁悬浮球系统中采用PID控制时,动态性能较差,控制效果不理想。为了获得控制效果较好的控制器,根据模糊控制原理,设计磁悬浮模糊控制器。根据PID实时控制中的经验,确定模糊控制器的输入输出变量模糊化范围,建立合理的模糊规则表。在Matlab/Simu-link中组建实时控制模块,并分别对磁悬浮球系统在无干扰和有干扰下进行实时控制。对控制效果进行分析讨论,证明模糊控制器具有良好的鲁棒性和在非线性系统控制中的有效性。 展开更多

关键词 磁悬浮球系统 模糊控制 实时控制 鲁棒性 有效性

在线阅读 下载PDF 职称材料

主动电磁悬浮球系统的H_∞控制器

5

作者 王萌 梅鲁雁 祝长生 《机电工程》 CAS 2010年第9期14-17,41,共5页

针对主动电磁悬浮球系统的鲁棒性问题,探讨了H∞控制器在该系统上的应用。首先建立了主动电磁悬浮球系统的线性化数学模型;然后对应H∞混合灵敏度框架,重点介绍了3个加权函数的双重意义及其对系统特性的影响,说明了H∞控制器的设计方法... 针对主动电磁悬浮球系统的鲁棒性问题,探讨了H∞控制器在该系统上的应用。首先建立了主动电磁悬浮球系统的线性化数学模型;然后对应H∞混合灵敏度框架,重点介绍了3个加权函数的双重意义及其对系统特性的影响,说明了H∞控制器的设计方法;并对一套实际系统设计了H∞控制器,对系统的性能进行了仿真和实验研究。研究结果表明,基于H∞控制器的主动电磁悬浮球系统具有较高的抗干扰性能和鲁棒稳定性。 展开更多

关键词 主动电磁悬浮球系统 H∞控制 混合灵敏度框架

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于等价输入干扰滑模观测器的磁悬浮球系统模型预测控制 被引量：17

6

作者 王军晓 陈林杰 俞立 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期137-146,共10页

本文针对系统不确定性和外部干扰引起的磁悬浮球系统控制性能下降的问题,提出了一种基于等价输入干扰滑模观测器的模型预测控制(MPC+EIDSMO)方法.首先将原系统转化为EID系统,采用等价输入干扰滑模观测器对EID系统状态变量及等价输入干... 本文针对系统不确定性和外部干扰引起的磁悬浮球系统控制性能下降的问题,提出了一种基于等价输入干扰滑模观测器的模型预测控制(MPC+EIDSMO)方法.首先将原系统转化为EID系统,采用等价输入干扰滑模观测器对EID系统状态变量及等价输入干扰进行估计;然后基于状态估计值设计模型预测控制器,并将等价输入干扰估计值以前馈的方式补偿后得到最终的复合控制律,实现对参考位置跟踪的快速性,准确性以及对总扰动的鲁棒性.值得注意的是,与传统EID结构中的龙伯格观测器相比,等价输入干扰滑模观测器中增加的非线性观测误差反馈项有助于提高状态估计的快速性和精确性.从理论上证明了该系统是全局一致毕竟有界的.仿真和实验结果表明,相较于基于EID观测器的模型预测控制方法和基于龙伯格观测器的积分模型预测控制方法,所提方法提高了磁悬浮球系统的跟踪性能,并且有效的抑制了系统不确定性和外部干扰. 展开更多

关键词 磁悬浮球系统 模型预测控制 滑模观测器 等价输入干扰 扰动抑制

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于状态反馈控制的磁悬浮球系统 被引量：8

7

作者 刘翊馨 钟志贤 +2 位作者 祁雁英 王家园 段一戬 《桂林理工大学学报》 CAS 北大核心 2019年第4期973-977,共5页

将磁悬浮球系统作为研究对象,建立磁悬浮球实验系统的数学模型,采用极点配置法设计一种基于跟踪的状态反馈控制器,基于Matlab/Simulink建立磁悬浮球控制系统的仿真模型,结果表明,与PID控制器相比,采用状态反馈控制方法能使悬浮球系统更... 将磁悬浮球系统作为研究对象,建立磁悬浮球实验系统的数学模型,采用极点配置法设计一种基于跟踪的状态反馈控制器,基于Matlab/Simulink建立磁悬浮球控制系统的仿真模型,结果表明,与PID控制器相比,采用状态反馈控制方法能使悬浮球系统更快趋于稳定。在GML2001磁悬浮球实验台上进行了悬浮实验,结果表明,基于跟踪的状态反馈控制器在波动幅度、悬浮精度及系统的动态性能适应性等方面明显优于PID控制。 展开更多

关键词 磁悬浮球系统 跟踪 状态反馈控制 PID控制

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于干扰观测器的磁悬浮球系统全局快速终端滑模控制 被引量：5

8

作者 魏静波 罗浩 关子津 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期836-844,共9页

为解决磁悬浮球系统模型不确定性和易受外部干扰影响的问题,提出一种基于终端滑模干扰观测器的全局快速终端滑模控制(GFTSMC)方法.首先,分析了磁悬浮球系统的数学模型并建立动态方程;然后,设计终端滑模干扰观测器(TSMDO),用以观测和估... 为解决磁悬浮球系统模型不确定性和易受外部干扰影响的问题,提出一种基于终端滑模干扰观测器的全局快速终端滑模控制(GFTSMC)方法.首先,分析了磁悬浮球系统的数学模型并建立动态方程;然后,设计终端滑模干扰观测器(TSMDO),用以观测和估计系统所受到的扰动,经证明,该观测器对扰动的估计误差能在有限时间内收敛;其次,为克服系统不确定性和外部干扰的影响,设计了基于终端滑模干扰观测器的全局快速终端滑模控制器,可以实现系统的全局快速收敛,所设计的控制律不含切换项,能削弱抖振,以提高系统的抗干扰性和鲁棒性;最后,对所提出的TSMDO-GFTSMC进行了仿真验证,结果表明:与基于扩张状态观测器的连续滑模控制方法相比,采用本文方法,磁悬浮小球的起浮响应时间缩短0.38 s,位移偏差减小90%,跟踪误差由0.420 mm减小为0.032 mm;本文方法提高了对干扰的观测精度,优化了磁悬浮球系统的控制效果,增强了系统的鲁棒性. 展开更多

关键词 磁悬浮球系统 全局快速终端滑模控制 干扰观测器 抗干扰性 鲁棒性

在线阅读 下载PDF 职称材料

磁悬浮球控制系统的仿真研究 被引量：3

9

作者 王玲玲 王宏 梁勇 《兵器装备工程学报》 CAS 2017年第4期122-126,共5页

针对磁悬浮球系统的本质不稳定性,设计PID控制算法实现系统的稳定控制。建立磁悬浮球系统的动力学模型,并对其中的非线性部分进行平衡点处的线性化,采用根轨迹校正设计超前滞后控制器。最后采用PID控制设计,并使用根轨迹校正中零极点对... 针对磁悬浮球系统的本质不稳定性,设计PID控制算法实现系统的稳定控制。建立磁悬浮球系统的动力学模型,并对其中的非线性部分进行平衡点处的线性化,采用根轨迹校正设计超前滞后控制器。最后采用PID控制设计,并使用根轨迹校正中零极点对系统性能影响的思想去调整PID参数,使系统的稳定性、动态性能和稳态性能满足要求。 展开更多

关键词 磁悬浮球系统 PID 根轨迹法 校正

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于多类别满意优化控制的磁悬浮球控制系统 被引量：8

10

作者 王晓乐 付小利 +2 位作者 崔宸昱 赵立峰 赵勇 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1928-1936,共9页

在磁悬浮球控制系统中,针对现有在不同信号输入情况下控制参数优化满意度量化程度低,以及控制系统性能评价指标缺乏针对性的问题,提出多类别满意优化控制算法。即采用基于遗传算法的PID控制器,得到全局中的最满意解,然后选择Kp、Ki、Kd... 在磁悬浮球控制系统中,针对现有在不同信号输入情况下控制参数优化满意度量化程度低,以及控制系统性能评价指标缺乏针对性的问题,提出多类别满意优化控制算法。即采用基于遗传算法的PID控制器,得到全局中的最满意解,然后选择Kp、Ki、Kd为系统的待优化变量,分别在阶跃、正弦、方波、锯齿以及随机信号的输入下,通过预设的性能评价指标和满意度函数进行分类评价,最终得出满意的优化结果。仿真与实验结果表明,通过多类别满意优化控制算法,不同类别的输入信号都可以在全局中获得控制参数Kp、Ki、Kd的最满意解,最终实现稳定悬浮及动态跟踪的同时给出系统性能评价的量化指标。 展开更多

关键词 磁悬浮球控制系统 多类别 满意优化 性能评价指标

在线阅读 下载PDF 职称材料

磁悬浮球的鲁棒控制器设计 被引量：20

11

作者 李群明 朱伶 徐震 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期922-927,共6页

为了掌握磁浮支承的设计和控制原理,设计一种新型的磁悬浮球实验装置,建立其动力学模型。应用H∞混合灵敏度控制理论,通过合理选取加权函数,设计该实验装置的H∞鲁棒控制器,并采用数字控制方法,对其离散化后用DSP系统实现了其稳定控制... 为了掌握磁浮支承的设计和控制原理,设计一种新型的磁悬浮球实验装置,建立其动力学模型。应用H∞混合灵敏度控制理论,通过合理选取加权函数,设计该实验装置的H∞鲁棒控制器,并采用数字控制方法,对其离散化后用DSP系统实现了其稳定控制。仿真和实验结果表明:与传统的PID控制方法相比,基于H∞控制理论设计的磁悬浮球控制器具有更好的动态性能,如系统起浮时的超调量从0.8 mm降低到0.4 mm,稳态偏差从原来的0.35 mm降低到0.10 mm,且具有更快的响应速度和更强的鲁棒性。 展开更多

关键词 磁悬浮球系统 鲁棒控制 H∞混合灵敏度 数字信号处理器

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于扩张状态观测器的磁悬浮球连续滑模控制 被引量：6

12

作者 赵磊 王军晓 +2 位作者 黄光普 徐彬彬 俞立 《高技术通讯》 EI CAS 北大核心 2020年第5期480-486,共7页

针对磁悬浮球系统具有非线性、模型不确定性和易受干扰影响的特点,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的连续滑模控制方法(CSMC)。该控制方法采用ESO对系统的扰动进行观测和估计,再将扰动估计值作为连续滑模控制器的补偿量,以克服不确... 针对磁悬浮球系统具有非线性、模型不确定性和易受干扰影响的特点,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的连续滑模控制方法(CSMC)。该控制方法采用ESO对系统的扰动进行观测和估计,再将扰动估计值作为连续滑模控制器的补偿量,以克服不确定性和外界扰动的影响,进一步提升了连续滑模控制器的控制性能。仿真和实验验证了所提方法的有效性。结果表明,与连续滑模控制方法(CSMC)相比,ESO-CSMC具有更强的抗干扰性能。 展开更多

关键词 磁悬浮球系统 连续滑模控制(CSMC) 扩张状态观测器(ESO) 抗干扰性能

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于模糊神经网络的磁悬浮球位置控制研究 被引量：6

13

作者 沈昕璐 莫鑫 周亚南 《农业装备与车辆工程》 2018年第5期59-64,共6页

为了实现磁悬浮球系统高精度位置控制,提出一种基于模糊神经网络补偿PID控制的磁悬浮球系统位置控制新方法,该控制系统由模糊神经网络辨识器、PID控制器和模糊神经网络控制器组成。模糊神经网络辨识器基于PID控制器所提供的训练数据,建... 为了实现磁悬浮球系统高精度位置控制,提出一种基于模糊神经网络补偿PID控制的磁悬浮球系统位置控制新方法,该控制系统由模糊神经网络辨识器、PID控制器和模糊神经网络控制器组成。模糊神经网络辨识器基于PID控制器所提供的训练数据,建立控制系统误差与控制量之间的动态模型并将网络辨识参数实时传递至模糊神经网络控制器,模糊神经网络控制器基于实时辨识模型计算得到当前周期的补偿控制量,实现对PID控制的在线动态补偿,避免了离线训练过程,且无需建立精确的数学模型。方波信号仿真和实验结果表明:模糊神经网络补偿控制精度分别由PID控制的0.014 2 mm和0.221 1 mm提升至0.006 8 mm和0.073 9 mm,控制系统具有良好动态性能。 展开更多

关键词 模糊神经网络 PID 磁悬浮球系统 位置控制 硬件在环控制实验

在线阅读 下载PDF 职称材料