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基于模糊滑模的月球车驱动控制

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第!!卷第!期!""#年$月飞行力学%&’()*+,-./’012345!!-35!6789:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::!""#

收稿日期;!""<="#=>?@修订日期;!""<=>!="#

基金项目;国防基础科研基金资助项目A6>$""B"">C

作者简介;居鹤华A>D$D=CE男E江苏高邮人E博士E研究领域为智能控制F自主机器人及飞行器控制G

文章编号;>""!="H?

基于模糊滑模的月球车驱动控制居鹤华>E!E崔平远>E崔祜涛>

A>5哈尔滨工业大学深空探测基础研究中心E黑龙江哈尔滨>?""">@!5北京工业大学电控学院E北京>"""!!C

摘要;研究了运行于自然环境F具有小滑移率及小失配角F六轮独立驱动的摇臂式月球车驱动控制问题G针对以月球车车轮滑移率F方向轮失配角为输入及以月球车车体平动速度F转动速度为输出的动力学方程E利用模

糊滑模控制方法设计月球车车轮滑移率F方向轮失配角的控制律E实现月球车的跟踪控制G理论分析及仿真结果表明E基于模糊滑模的月球车动力学系统驱动控制方法是可行的E在实际应用中是有效的G

关键词;模糊滑模控制@滑移率@月球车@机器人中图分类号;*J!#@2#I$K;.

引言文献L>M分析了运动控制过程G对于运行于室内环境的自主车辆多数采用简单刚体动力学模型L#M$NE并忽略车轮带来的影响G本文研究具有六轮摇臂转向架月球车驱动控制问题E目的是使月球车在<"O坡面上E在地形力学特性具有较大不确定性条件下E使月球车按控制指令进行跟踪驱动控制G以小滑移率F小失配角的六轮独立驱动的摇臂式月球车为控制对象E运用模糊滑模控制方法设计该月球车的驱动控制律E

并进行仿真研究G该控制方法的特点是;考虑月球车车轮质量及转动惯量F车轮滑移对月球车动力学特性的影响E实现月球车车轮滑移率及失配角的控制E

从而达到对月球车车轮的驱动力进行自动分配G

>摇臂月球车动力学方程

摇臂月球车车架如图>F图!所示G它在坡面上行驶时E六个车轮与地面接触E其泥土推力A摩擦力C

作用点可视为在同一平面上A因车轮陷入坑中的深度小于车轮半径的>P度相同E并用左F右侧车轮滑移率L#NQR>EQR!表示E两个

转向前轮失配角L#N相同E记为SE从而达到消除六轮驱动的冗余控制目的G月球车相对重力方向的俯仰角与侧滚角分别记为TEUG车体前进平动速度与侧向滑动速度记为VWEVXE其转动速度记为YG车体质量及Z向转动惯量分别记为[E\]ZG车轮质量及X向转动惯量分别记为^E_ZG第‘个车轮的支撑力为a‘G车体质心在WX平面内的坐标记为b]WEb]XG

车轮

轴支撑点在车体坐标系中的几何参量记为c]

‘d

Ac]‘WEc]‘XCG第‘个车轮的泥土力学特性参数有;e

‘

为

泥土变形模量Ef@g‘为泥土粘滞常数E-Pf!@]为车轮与地面接触宽度Ef@h为车轮与地面接触长度E

f@i‘为在面磨擦角EAOC@j‘

为与地面特性有关的常

数E>PAOCG

图>摇臂式月球车车架万方数据图!坐标系及基本参数运用拉格朗日法建立六轮独立驱动的摇臂式月球车动力学方程如下"

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同时Q月球车载荷a车体几何参数及力学特性参

数不确定性范围如下"O7LMb;McdQP7McdQR

S

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7@b@e!fQRS&7@b@e!fQTS;&7@fQTSC&7@fQ

TS;’7@eKfQTS;’7H@eKfQ^S_7NbMcdgf!Q‘_7

@eKcdgf!QU7;eM!fh2!QA7@e!Mb@e;MQSW7@e@;b@e@Jf!QVD7@e!Mb@e;MQ[D7!Mib;MiQjD7@e@Lb@e@!fQ]D7@e@Mb@e@K=i>H;QED7;CbJkQW7@e;fl俯仰角与侧滚角变化范围为"HL@im3mL@iQ

HL@im6mL@iQ其可精确检测Q即动力学模型相对俯仰角与侧滚角是精确的Q并认为是慢时变的=因月球车运动速度很慢Q为@n!@0fh2>l

控制目标为"在上述不确定因素影响下Q使月球车车体前进平动速度$&与侧向滑动速度$’及绕_

轴的转动速度(分别跟踪控制指令$o&Q@Q(

ol

!基于模糊滑模月球车驱动控制月球车驱动控制分为两种情形"月球车以较快速度在相对平整的且小于L@i的坡面上行驶a月球车以较慢的速度爬过高度=深度>小于车轮半径的凸台及大坑l对于前者Q摇臂变化角度很小Q其对月球车动力学系统的影响可视为扰动Q此时月球车可视为在平面运动l后者以空间动力模型为基础Q车体应视为在同面上的运动Q而车轮保持与地面接触l本文只考虑前一种情况l

peq模糊滑模控制下面将文献4IQJ5中的模糊滑模控制方法以定理形式表达如下"

定理q"考虑名义非线性系统"

NI第!期居鹤华等r基于模糊滑模的月球车驱动控制!"#$"%&’&()*+&((,-"%&’&()*+#."%&’&(’&(()*+式中’&/01)23%&’&4)*+56$"%&’&4)*+6235)23为正

数)$"/01)-"/0171)!"/81)23%&’&4)*+为正定函数9

而实际系统为:

!#$%&’&()*+&((,-%&’&()*+#.%&’&(’&(()*+且系统模型误差为:

;<.%&’&(’&((=)*+;6>%&’&(’&((=)*+?@若:记&44=#&44A3BCD43CBD’&A为系统控制目

标’&44=为参考加速度’系统误差为D#&3&A’广义误

差为E#D(,FD,GH*IDJ*’滑模超平面为E4#D44,FD4

,GD#I’取滑模系统为临界阻尼’F#BC’G#CB’其中C为171正定对角阵’KL为其对角元素9滑模边界厚度为MN’OL为由初始状态到滑模边界所需时间9

滑模邻域为PL%QL’RL+#S&L/0:TQLT6M

LU’

系统由初

始状态到滑模面的运动过程满足VWXYZ[\]^_‘ab稳

定’即:NBJJ*%EcE+63d1L#NOL%TQLT3ML+’式中’MNe

I)OLeI9同时记!"A#$"%&’&()*+&((=,-f%&’&()*+#.f%&’&(’&((=)*+9则要求系统控制律满足:

!#!"A,!g%B+当QLeI时’要求:

hgL?3i23%>j23,OL+323OLMLjTQLTk%l+当QL?I时’要求:

hgLe23%>j23,OL+323OLMLjTQLT%m+hgL

连续单调:

hgL%I+#I%n+式中’hgL可由模糊控制器来实现9

针对建立的月球车动力学模型’可以运用上述模糊滑模方法进行控制’但是该月球车模型中车轮支撑力o几何参数o泥土动力学参数根据地质条件o

重力分量及其产生的力矩分别以名义值给定’因为它们难以精确实时地检测9车体有效载荷及泥土动力学参数对系统的影响由鲁棒控制律来消除’并通过鲁棒控制律实现对月球车平动速度o转动速度的跟踪控制9模型中含月球车相对重力方向的俯仰角与侧滚角’分别为p’q’它们变化时’重力分量及其产生的力矩的名义值也是已知的’相应的控制律也做出相应变化9如图l所示’&A#irAs’I’tAkc’而实际运动位置矢量&#irs’ru’tkc及速度矢量&4被反馈用于调整由月球车车轮滑移率及方向轮的失配角组成的矢量v’v#iKQN’KQB’wkc9从而控制车体作用力o力矩的大小’以控制月球车的位移o转动角度及

其速度9

图l月球车动力学系统控制框图hgL

采用模糊规则如下:

xyQL为z{’则hgL为|{)xyQL为|{’则hgL

为

z{)xyQL为z}’则hgL为|})xyQL为|}’则hgL

为

z})xyQL为z~’则hgL为|~)xyQL为|~’则hgL

为

z~)xyQL为!"’则hgL为!"9

#$#月球车驱动控制仿真运用定理N’由$"#%3N&’得23’NB’23

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KL#N’ML#B’OL#N’由;<.%&’&4’&44=)*+;6>%&’&4’

&44=)*+?@’得>’BI9对系统式%N+按式%B+(式%n+确定控制律hgL’由!"A#$"%&’&4)*+&44=,-"%&’&4)*+#.

"

%&’&4’&44=)*+得!"A9基于模糊滑模的月球车驱动控制方法使得月球车动力学模型在存在较大不确定性时’能保证月球车的运动位置o速度对控制指令进行跟踪9仿真结果如图mo图n所示%图m中泥土动力学参数在其不确定范围内随机分布+9仿真结果表明’在月球车平动加速度小于I$I)*j+Bo转动角加速度小于I$N,

-XJj+B时’月球车平动速度及转动速度的跟踪相对误差小于B.9同时’闭环控制计算时间很短’能够满足月球车实时控制的需求9

图m真实环境下的行走仿真图n在当地坐标系下的仿真

I,飞行力学第BB卷万方数据

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基于转矩观测器的模糊滑模控制交流伺服驱动系统

基于转矩观测器的模糊滑模控制交流伺服驱动系统

基于转矩观测器的模糊滑模控制交流伺服驱动系统
王成元;徐展
【期刊名称】《电气传动》
【年(卷),期】1998(028)001
【摘要】本文从滑模变结构理论出发，结合智能控制，针对磁理控制的电主轴永磁同步电机伺服驱动系统设计了带负载转矩观测的模糊滑模变结构控制器。

仿真结果表明该方案能使系统获得优良的动静态性能，对负载扰动具有很强的抑制能力，证明了模糊滑模变结构控制方法的合理和优越。

【总页数】4页(P17-20)
【作者】王成元;徐展
【作者单位】沈阳工业大学;沈阳工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM921.541
【相关文献】
1.基于负载转矩观测器的永磁同步电动机模糊滑模控制 [J], 杨渭滨;吕帅帅
2.基于高阶干扰观测器的自适应模糊滑模控制 [J], 孙明;徐颖秦
3.基于降维负载转矩观测器的永磁同步电机转矩前馈补偿策略 [J], 庄佳磊
4.基于模糊滑模控制器和两级滤波观测器的永磁
同步电机无位置传感器混合控制 [J], 赵峰;罗雯;高锋阳;余佳乐
5.基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略 [J], 赵峰;罗雯;高锋阳;余佳乐
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基于模糊控制的电动汽车动力传动系统控制

基于模糊控制的电动汽车动力传动系统控制

基于模糊控制的电动汽车动力传动系统控制电动汽车作为新能源汽车的一种重要类型，其动力传动系统的控制技术一直是汽车工程领域研究的热点之一。

基于模糊控制的电动汽车动力传动系统控制技术，具有较强的适应性和鲁棒性，能够有效提高电动汽车的性能和节能环保性能。

本文将从动力传动系统的控制原理、模糊控制技术的应用以及电动汽车动力传动系统的控制优势等方面进行分析和讨论。

一、动力传动系统的控制原理电动汽车的动力传动系统包括电机、变速器、电池和控制单元等部件。

其控制原理主要包括电机速度控制、扭矩控制和能量管理控制等方面。

电机速度控制是指控制电机旋转的转速，实现车辆的加速和减速，提高行驶的平顺性和舒适性。

扭矩控制是指根据车辆的行驶状态和司机的需求，通过电机控制单元调节电机的输出扭矩，实现灵活的动力输出和高效的能量利用。

能量管理控制是指根据电池的电量和车辆的行驶路况，对动力传动系统进行智能控制，保证车辆在实际行驶过程中的动力需求和能量消耗之间的平衡。

三、电动汽车动力传动系统控制的优势基于模糊控制的电动汽车动力传动系统控制技术，具有以下优势：1.较强的适应性。

模糊控制技术可以充分利用模糊的控制规律和经验知识，对电动汽车的动力传动系统进行智能化的控制，适应复杂的行驶环境和多变的驾驶需求。

2.较强的鲁棒性。

模糊控制技术能够有效处理系统的非线性和模糊性，对噪声和干扰具有较强的抑制能力，提高系统的稳定性和可靠性。

3.较好的性能表现。

通过模糊化的控制规则和智能化的控制策略，可以实现电动汽车动力传动系统的动态响应和能量利用的最优化，提高车辆的性能和节能环保性能。

模糊滑模控制算法研究综述

模糊滑模控制算法研究综述

模糊滑模控制算法研究综述作者：米文鹏蒋奇英郭刚来源：《读写算·教研版》2014年第14期摘要：模糊控制及滑模控制作为两种先进的控制方法，有着非常好的优势，但也存在着缺点，结合两者的优点，互补其缺点，从而形成了模糊滑模控制律，本文主要概述研究了模糊控制的一些基本算法。

关键词：模糊控制；滑模控制；复杂系统中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）14-094-01随着控制理论实践的不断深入，被控对象的结构及数学模型也越来越复杂，呈现出时变性、多输入多输出、高度复杂性、非线性、不确定性等特点。

面对这些复杂特征，传统的基于精确数学模型的控制理论的局限性日趋明显，于是出现了诸如变结构控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制以及智能控制等新的控制手段。

本文就模糊滑模控制的产生及发展现状做简单介绍。

滑模控制因其独特的优势在伺服机构、飞行器控制等领域有着广阔的发展前景。

但是，实际系统由于切换装置不可避免地存在惯性，变结构控制在不同的控制逻辑中来回切换，会导致实际滑模运动不是准确地发生在切换面上，容易引起系统的剧烈抖动。

这一缺点使其在实际应用中受到了很大的限制。

抖动不仅影响控制的精确性，增加能量消耗，而且系统中的高频未建模动态很容易被激发起来，破坏系统性能，甚至使系统产生振荡或失稳，损坏控制器部件。

而将模糊控制与滑模变结构控制结合应用来克服变结构控制所带来的抖动便成为很多专家学者的研究重点。

一、常规模糊滑模控制模糊控制和滑模变结构控制各有优缺点，有某种相似之处，又有互补之处。

90年代以后专家学者把二者结合，构成模糊滑模控制，实现两者之间的取长补短。

同时还可在一定程度上削弱或克服滑模变结构控制的抖动现象。

目前，模糊控制与滑模变结构控制的结合运用主要有以下三种方式[1]。

1、通过模糊控制规则自适应地调节符号函数项的值，可以在保证趋近速度和减小抖动的前提下较好地选择和。

2、通过模糊控制规则直接确定滑模控制量，即直接把切换函数及其微分作为输入量，通过模糊推理获得滑模控制的控制量。

变参数趋近率的滑模模糊控制方法

变参数趋近率的滑模模糊控制方法

Vol. 43 No. 1Feb.2021第43卷第1期2021年2月探测与控制学报Journal of Detection & Control变参数趋近率的滑模模糊控制方法李艳波S 赵宇健S 刘维宇S 白 璘1，惠 萌S 黄伟峰2(1.长安大学电子与控制工程学院，陕西西安710064；2.中航电测一零一航空电子设备有限公司，陕西汉中723000)扌商要：针对永磁同步电机传统滑模控制系统中的输出超调大、受外界因素干扰大、滑模抖振等问题,提出变参数趋近率的滑模模糊控制方法。

该方法在速度环控制过程中引入模糊控制，通过模糊规则来适当地调节趋近率参数，实现变参数滑模结构控制。

仿真实验结果表明，与传统滑模指数趋近率相比,本文所设计的控制方 法能在电机启动和电机受到负载时增强系统抗干扰能力、降低超调量，在系统受到外部干扰时能够更快地趋于 稳定值，有效地降低了滑模抖振，验证了所设计的控制方法的有效性。

关键词：变参数趋近率;滑模控制;模糊控制;永磁同步电机中图分类号:TM341文献标识码：A 文章编号:1008-1194(2021)01-0056-05Sliding Mode Fuzzy Control Method of Variable Parameter ApproachLI Yanbo 1，ZHAO Yujian 1，LIU Weiyu 】，BAI Lin 1，HUI Meng ，HUANG Weifeng?(1. School of Electronic and Engineering ，Chang 5an University ，Xi'an 710064，China ；2. Avic Zemic 101 Aviation Electronic Equipment CO. LTD. , Hanzhong 723000，China )Abstract ： Aiming attheproblemsinthetraditionalslidingmodecontrolsystemofpermanentmagnetsynchro-nousmotor $suchasoutputovershooting $largeinterferencefrom externalfactorsandcha t eringofsliding mode $a sliding mode fuzzy control method of variable parameter approach wasdesignedSThismethodintro-ducedfuzzycontrolinthespeedloopcontrolprocess $andadjuststheapproachrateparametersappropriatelythroughfuzzyrulestorealizevariableparameterslidingmodestructurecontrolSSimulationexperimentalresults showedthat $comparedwiththetraditionalslidingmodeindexnearrate $thecontrolsystemdesignedcoulden- hancetheanti-interferenceabilityandreducetheovershootwhenthemotorwasstartedandthemotorwasload-ed $when the system was subjected to external interference $it tended to the stable value more quickly and e f ec-tivelyloweredtheslidingmodecha t ering $whichverifiedthevalidityofthedesignedcontrolstrategySKey words ： variable parameter rate ； sliding mode control ； fuzzy control ； PMSM0引言永磁同 步电机(permanent magnet synchro ­nous motor ，PMSM )因其具有体积小、重量轻、功 率高以及电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优 点而得到广泛应用口*。