滑模观测器和比例积分的超机动动态逆控制

电动汽车IPMSM滑模观测器速度控制方法杨喜峰;王耀南;贾林【摘要】增程式电动汽车在实际运行中容易产生驱动电机内部参数不确定性和外部扰动的问题,制约了控制系统性能的进一步提升,针对此问题开展电动汽车内置式永磁同步电机速度跟踪控制的研究.为电动汽车驱动电机设计了常规的基于扰动上下界的滑模速度控制器.为了抑制抖振,采用滑模观测器对扰动进行观测,将观测结果前馈至控制器内部,对驱动电机中扰动进行补偿,以降低滑模控制器中的抖振.在ECE 工况下对基于上下界的滑模控制和基于观测器的控制方案进行了仿真和实验,对速度的跟踪性能和抖振的削弱性能进行了对比,结果显示负载不发生变化时速度跟踪误差由±0.08 km/h缩小到±0.01 km/h,负载发生变化时,速度跟踪误差由11.3 km/h缩小到1.6 km/h.%The performance of the driving system of Range Extender Electric Vehicles(REEV)is restricted by the inter-nal parameter uncertainty and external disturbance in the driving process. The speed tracking problem is investigated for REEV driven by the Interior Permanent Magnet Synchronous Motors(IPMSM). Firstly, the sliding mode speed controller based on the upper bounds of the disturbance is proposed. Then, in order to reduce chattering phenomenon, the sliding mode disturbance observer is investigated. Through disturbance estimation for feed-forward compensation, the sliding mode controller may take a smaller gain for switching functions without sacrificing disturbance rejection performance. Both simulation and experimental results in different maneuvers are demonstrated based on the ECE driving cycle to vali-date the control design. The high-level vehicle speed trackingperformance, low-level sliding mode chattering in the test maneuvers are compared between the proposed observer based and disturbance upper bounds based control scheme, the speed tracking error can be decreased from±0.08 km/h to ±0.01 km/h with constant load and from 11.3 km/h to 1.6 km/h with time varying load.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2017(053)023【总页数】7页(P217-223)【关键词】内置式永磁同步电机;滑模观测器;增程式电动汽车【作者】杨喜峰;王耀南;贾林【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,机器人视觉感知与控制技术国家工程实验室,长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,机器人视觉感知与控制技术国家工程实验室,长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,机器人视觉感知与控制技术国家工程实验室,长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】TP391本文依托国家863计划项目“里程延长式电动轿车开发”展开研究。

自从2006年12月博士毕业至今，虽然没有留在高校从事教学工作，但是一直也没有停止和年轻的工程师以及在校学生的交流往来，有时候还会指导他们的科研和学习，分享一些自己的心得和经历。

也许是中国人的民族性格问题，也许是一贯的填鸭式教学方法问题，我常常发现很多的年轻朋友，虽然他们都经过本科、硕士甚至博士的多年培养，但都未能找到、更未形成一套适合自己的研究和学习方法，加之缺乏足够的主动性，因而在提出问题、分析问题和解决问题方面能力欠缺。

对于这种情况，我经常会把自己博士期间在小木虫等论坛中留心收集到的科研方法、科研经验，分享给这些朋友。

一个偶然的触动，引发我反思自己博士期间的经验和教训。

我想郑重的声明：写此博文，只是希望和朋友一起分享一下我的经验和体会，而不是想吹嘘自己。

因为，我觉得只有自己的切身体会，才最深刻，才最有发言权。

我是从2001年9月至2006年12月，在南京航空航天大学自动化学院，完成硕博连读，取得了工学博士学位。

2001年9月至2003年3月是我的硕士阶段，这段时间我的主要任务就是上课，修学分，具体不去说它了。

自2003年3月开始，我进入博士阶段，当时我的导师指派给我的项目是国家自然基金《空天飞行器飞控系统的强稳定、强鲁棒自适应的全自主智能控制研究》。

我可能不是当时国内最早从事空天飞行器控制问题研究的人员，但也是相当早的研究人员，而在我的实验室，我则绝对是最早进入这个研究领域的。

对于这个项目，我主要做了三方面的工作：第一，全自主智能控制系统研究。

我做这个研究不是因为自愿，而是因为课题申报中就有相关的研究内容，我当时花了相当多的精力去研究了所谓的基于Agent的自主控制，但事实上这部分研究对于我来说是走了弯路的，因为它既不是我实验室的强项，也不是整个项目的研究重点，所以详情不去多说；第二，建立空天飞行器的数学模型。

当时国内进行空天飞行器（后来称高超声速飞行器）控制理论和方法研究这块儿，一个重要的瓶颈是没有被控对象数学模型，特别是没有6自由度、非线性、能够反映高超声速飞行器气动特征的被控对象数学模型。

基于改进型滑模观测器的永磁同步电机分数阶微积分滑模控制张文宾;缪仲翠;余现飞;韩天亮【摘要】为了提高永磁同步电机调速系统的控制性能,结合滑模控制与分数阶微积分理论,设计了分数阶积分滑模转速控制器和改进型滑模观测器.针对转速控制器,采用基于反双曲正弦函数的新型趋近律削弱系统抖振,同时分数阶控制为系统提供了更多的控制余度,可以增强系统鲁棒性并进一步减小系统抖振.针对观测器,设计了采用新型趋近律fal函数的滑模观测器来获取反电动势估计值,利用分数阶锁相环技术提取反电动势中的转速和位置信息,有效提高了转子速度和位置的估计精度.通过仿真验证了所提出方法的可行性与有效性.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2018(045)007【总页数】8页(P8-14,22)【关键词】分数阶微积分;滑模控制器;滑模观测器;锁相环;新型趋近律;永磁同步电机【作者】张文宾;缪仲翠;余现飞;韩天亮【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】TM301.20 引言永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因运行可靠、效率高等优点，在加工制造业、新能源汽车和家电等领域被广泛应用，但电机在运行过程中，内部参数变化和负载扰动等因素会影响电机的控制性能[1-2]。

滑模控制对系统参数变化与外部扰动具有强鲁棒性，为实现电机的高性能控制提供了一个新的思路[3-5]。

滑模控制存在的抖振现象不仅会加剧系统的机械磨损，还可能影响系统的稳定性。

目前，常用来削弱抖振的方法有：边界层内的正侧化方法，缺点是系统不是真正意义上的变结构控制，而且边界层厚度的选取比较困难[6]；高阶滑模控制算法较复杂，且抖振现象仍然存在。

1 滑模控制概述变结构系统，广义地说，是在控制过程(或瞬态过程)中，系统结构(或模型)可发生变化的系统。

这种控制方法的特点就在于系统的“结构力不是固定的，而是可以在动态过程中，随着系统的变化，根据当前系统状态，系统的各阶导数和偏差等，使系统按照设计好的“滑动模态”的状态轨迹运动。

由于滑动模态可以进行设计并且与对象参数及扰动无关，这就使得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点。

这种方法的缺点是当系统状态运行到滑模面后，难于严格地沿着滑模面向平衡点滑动，而是在滑模面两侧来回穿越，从而产生抖动。

滑模变结构控制是一种先进的控制方法，文献[34-51]讲述了这种控制方法是20世纪50年代，前苏联学者Emelyanov 首先提出了变结构控制的概念之后，UtkinE 等人进一步发展了变结构理论。

具有滑动模态的变结构系统不仅对外界干扰和参数摄动具有较强的鲁棒性，而且可以通过滑动模态的设计来获得满意的动态品质。

在这种控制方法的初始阶段研究的对象为二阶及单输入的高阶系统，采用的分析方法为相平i 酊法来分析系统特性。

20世纪70年代以来研究对象转变为状态空问的线性系统，使得变结构控制系统设计思想得到了不断丰富，并逐渐成为一个相对独立的研究分支，成为自动控制系统的一种设计方法，适用于线性与非线性系统、连续与离散系统、确定性与不确定性系统、集中参数与分布参数系统、集中控制与分散控制等。

并且在实际工程中逐渐得到推广应用，如电机与电力系统控制、机器人控制、飞机控制、卫星姿态控制等。

这种控制方法通过控制量的切换使系统状态沿着滑模面滑动，使系统在受到参数摄动和外干扰时具有不变性，正是这种特性使得变结构控制方法得到了越来越广泛的应用。

2 滑模控制的基本思想考虑一般的情况，在系统)(.x f x = nR x ∈的状态空间中，有一个切换面是0),,,()(321=⋯⋯=n x x x x s x s 它将状态空间分成上下两部分S>0及S<0。

专利名称：基于滑模干扰观测器的战斗机大迎角动态逆控制方法
专利类型：发明专利
发明人：季雨璇,甄子洋,姜斌,陈谋,盛守照,张柯
申请号：CN201911172527.1
申请日：20191126
公开号：CN111610794A
公开日：
20200901
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于滑模干扰观测器的战斗机大迎角动态逆控制方法，涉及航空控制技术领域，针对大迎角飞行状态，采用“时标分离”方法，把飞机状态变量分解为两组基于不同时间标尺的子系统，分别利用动态逆法求解控制律。

再结合超螺旋滑模干扰观测器对动态逆设计方法的不确定性进行补偿，设计战斗机受扰姿态系统稳定控制器，并通过Lyapunov方法证明。

通过合理选择控制器参数，误差可以稳定有界。

本发明保证了战斗机大迎角下飞行控制系统良好的跟踪性和稳定性，确保及时改出深失速、尾旋等危险状态，对工程实际应用有良好参考意义。

申请人：南京航空航天大学
地址：210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
国籍：CN
代理机构：南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：孟捷
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第38卷第2期___________________________计算机仿真_____________________________2021年2月文章编号：1006 -9348(2021 )02 -0160 -04基于比例积分微分的电机滑模变结构同步控制陈红红，任立胜(内蒙古农业大学，内蒙古呼和浩特010018)摘要:针对电机滑模变结构同步控制存在超调量较大、调节耗时长、导致滑模变结构脉动过大的问题，提出基于比例积分微 分的电机滑模变结构控制方法。

根据电机的物理模型与负载模型，获取P ID 控制器传递函数，并分析影响控制性能的参数；在积分增益、微分增益基础上改进P ID ,结合抗积分饱和算法,改善误差反应速度和灵敏度，确定最后P I 控制方式。

仿真结 果证明，所提方法的超调量较小，调节耗时短，可以较好控制电机的滑模变结构波动，滑模变结构的脉动较小，响应速度得到 提髙，有望更好地实现对电机滑模变结构的同步控制。

关键词：比例积分与微分;控制器；电机滑模变结构；比例增益;误差方程 中图分类号:TP931文献标识码：BSimulation of Motor Torque Control Based on PIDImproved Integral and DifferentialCHEN Hong - hong，REN Li - sheng(Inner Mongolia Agricultural University , Hohhot Inner Mongolia 010018, China )A B S T R A C T ： Currently , there are some defects in sliding mode variable structure synchronous control of motor , such as large overshoot and long adjustment time - consuming , thus leading to excessive pulsation of sliding mode variable structure control . In this regard , a control method for sliding mode variable structure of motor based on PID i s pro ­posed . The transfer function of PID controller was obtained via the physical model and load model of the motor , and the parameters affecting the control performance were analyzed . PID was improved according to integral gain and d if ­ferential gain . The error response speed and sensitivity were improved by the combination of the anti - integral satura ­tion algorithm , thus the final PI control mode was determined . The simulation results show that this method has small overshoot , short regulation time , small pulsation of sliding mode variable structure , and fast response speed . There ­fore , i t i s facile to realize synchronous control for sliding mode variable structure of motor .K E Y W O R D S ： P I D ； Controller ； Variable structure of motor sliding m o d e ； Proportional gain ； Error equation文献[i ]提出一种改进的滑模观测器，采集电机位置信号，通过电机的转速构建滑模观测器。

导弹积分型滑模过载控制稳定性研究顾文锦雷军委冯国虎(海军航空工程学院自动控制系 山东烟台 264001)摘要针对导弹过载控制系统，考虑了导弹舵机的一阶动态特性，引入一类积分型滑模面，设计变结构控制律，对导弹的过载和角加速度进行控制。

然后构造Lyapunov函数证明其稳定性，并举例进行仿真研究，仿真结果表明了该方法比文献[6]中方法有更好的鲁棒性和快速性。

在此基础之上，考虑工程应用的需要，提出了一种形式简单的控制规律，减少了控制信号的计算量。

文末仿真结果表明了该方法的优良控制效果。

关键词过载控制变结构控制滑模面稳定性近年来，随着武器装备的发展，高性能的导弹倍受人关心。

导弹的高性能主要体现在机动性上，而导弹的机动性则取决于导弹的大过载跟踪能力。

因此导弹的过载控制引起了越来越多研究者的重视。

而导弹大空域机动时，特别时超音速导弹，为提高导弹射程，而进行高低空混和弹道飞行时，气动参数相差悬殊高达5－8倍，因此控制器的鲁棒性在设计中尤为重要[1]。

常规PID控制难以满足鲁棒性需要，而变结构控制由于滑动模态的存在，使系统对参数的变化和外界干扰具有很强的鲁棒性，特别适用于时变系统及非线性系统。

因此不少学者尝试将变结构控制应用于导弹控制系统设计当中。

对于尾控型导弹，从控制舵偏到导弹加速度之间的动力学存在非最小相位特性[2-6]。

因此，如何解决非最小相位问题是当前控制领域研究的一个热点。

文献[2]采用了基于状态反馈的逆控制方法设计控制器对攻角进行控制。

文献[3]采用了输出重定义技术和逆控制方法来稳定零动态。

Lee and Ha [4] 采用了部分线性化和奇异摄动技术，实现了输入输出的精确线性化。

Chwa and Choi [5] 采用了函数近似技术和反馈线性化方法设计控制器，将导弹动力学模型转化为参数仿射模型。

这些方法尽管解决了非最小相位问题，但由于引入了姿态量的控制会类似于传统的姿态控制方法，使导弹机动性能变差，失去了加速度控制的意义。

具有扰动观测器的汽车主动悬架滑模控制
汽车悬架系统是汽车重要的组成部分之一，它直接影响着汽车的行驶稳定性和乘坐舒
适度。

汽车悬架系统的作用是通过提供恰当的阻尼和弹性，减小车身的振动，使驾乘人员
获得更加舒适的行驶感受。

近年来，主动悬架系统得到了广泛的研究和应用。

与传统的被动悬架系统相比，主动
悬架系统能够实时地根据路面状况和驾驶行为进行调节，从而提高了悬架系统的性能和控
制精度。

滑模控制是一种常用的控制方法，它可以在系统存在参数变化和扰动的情况下实
现稳定的跟踪控制效果。

实际的悬架系统中，存在各种不确定性和扰动，例如摩擦力、气阻力、扭矩随机变化等，这些因素会对系统的控制效果产生较大的影响。

为了克服这些问题，可以引入扰动观
测器来估计和补偿系统中的扰动信号。

扰动观测器是一种基于滑模控制的辅助控制器，它的作用是将系统的扰动信号进行测
量和估计，并与滑模控制器协同工作，从而确保控制系统对扰动具有一定的鲁棒性。

扰动
观测器通常由扰动估计器和扰动补偿器组成，其中扰动估计器用来估计实际扰动信号，扰
动补偿器用来根据估计值对系统进行补偿控制。

在汽车主动悬架系统中，扰动观测器的引入可以有效地提高系统的控制精度和稳定性。

通过对扰动信号的测量和估计，可以将扰动信号的影响最小化，从而使系统跟踪指令信号
更加准确和稳定。

扰动观测器还具有较强的实时性和自适应性，能够根据系统的实际情况
对扰动信号进行动态调节和补偿，从而进一步提高系统的控制性能。