摘要：扭矩传感器通常安装于机械设备的旋转关节处,用于扭矩的测量。电容式扭矩传感器需要配备专门的数据采集系统才能使用,且数据采集系统的性能直接影响传感器的精确测量。针对实验室自主研制的电容式扭矩传感器的应用需求,设计了一种基于Modbus/TCP协议的数据采集系统。系统以STM32为主控芯片,通过控制电容数字转换芯片AD7147实现电容信号采集与转换,然后由W5500以太网芯片将数据上传到自主开发的上位机软件中进行处理、显示与存储。实验测试表明:系统最大测量误差为1.47%,数据输出频率为1000 Hz。

摘要：为解决一类存在未知建模误差、外部扰动的非线性系统控制在快速性、准确性、鲁棒性方面的问题,提出变增益固定时间动态面Backstepping控制器。首先,为每一层子系统设计具备新型结构的固定时间Backstepping控制器和固定时间动态面滤波器,使系统状态跟踪误差和滤波误差可在固定时间内完成收敛,收敛时间上界仅与设计参数有关。然后,为控制器和滤波器设计变增益函数,兼顾了大误差阶段的收敛快速性与小误差阶段的收敛准确性。仿真结果表明,所提方案可使系统在1.76 s内完成收敛,快于对比方案的5.51 s和3.68 s,证明了所提方案的优越性和有效性。

摘要：针对固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cells,SOFCs)中的气体供应系统进行自适应滑模控制研究,实现氢气与氧气的分压恒定且相等来保护电解质不受损伤,从而达到延长电池寿命、保护电堆、稳定输出电压的目的。建立了考虑系统内部参数摄动与外部不确定干扰等因素的SOFCs气体分压动态模型,并针对该模型中干扰上界未知的情况设计了自适应滑模控制器。将遗忘因子和修正算法引入对干扰上界的估计中,解决了传统自适应滑模控制器中参数估计值恒增的问题。通过引入边界层,在控制律中用饱和函数替代符号函数以减小抖振。仿真结果表明,设计的自适应律在干扰上界存在较精确的先验信息时能够达到较好的控制效果,对干扰的抑制作用明显,加入边界层后系统抖振得到削弱。

摘要：首先,证明最新的fal函数趋近律第2项慢于普通幂次项,整体性能弱于普通幂次趋近律,而多幂次项趋近律存在抖振,且在输入受限约束下,不论如何选择初始状态和参数,趋近速度总是慢于单幂次项趋近律;然后,提出输入受限约束下的变指数幂次趋近律,满足无抖振、有限时间趋近到滑模面、提高收敛速度3项指标要求;最后,推导其收敛时间的上界解析式,证明其收敛速度快于现有5种趋近律,并给出参数选择所需的充分条件.仿真结果表明了改进方案的优越性.

摘要：针对控制输入受限的非线性系统,分6种情况证明有限时间稳定控制器(finite time stable controller,FTSC)作用下的系统状态收敛速度在论域空间中每一点必快于非有限时间稳定控制器(non-FTSC,NFTSC)作用下的系统状态收敛速度,并给出每一类情况下设计参数应满足的充分性约束条件,同时证明这些条件的存在性.在此基础上,提出全控制利用率控制器(CCUC)的定义,证明CCUC必然引起抖振,进而提出准全控制利用率控制器(QCCUC)设计的思想,并证明控制输入受限条件下,FTSC的控制利用率必优于任意快速FTSC(FFTSC),即具有更优的控制性能,从而得到一系列关于参数优化的结论.理论证明的结论通过图表、数例和仿真得到了验证.所得结论对终端滑模控制、加幂积分控制、有限时间稳定backstepping控制等多种FTSC均广泛适用.

摘要：首先分析现有fal函数和传统非线性扩张状态观测器中存在的6类问题,提出一种固定时间收敛的fal函数,其收敛速度快于传统fal函数,且收敛时间上界与初始误差无关;然后,分别设计基于新型fal函数的非线性扩张状态观测器、指数收敛非线性扩张状态观测器和全新结构的固定时间收敛非线性扩张状态观测器;最后,通过仿真验证这3种新型的非线性扩张状态观测器的估计总误差相对于传统非线性扩张状态观测器分别减少15.4%、16.9%和93.8%,对应的被控状态总误差分别减少13.6%、30.4%和78.3%.

摘要：针对Buck变换器这类具有强非线性与负载随机突变等特点的系统,考虑数字控制实现的工程需求,在传统终端滑模控制的基础上,提出了一种离散终端滑模控制策略。首先,在完成离散终端滑模控制器设计的基础上,进行了系统稳定性分析。随后,对离散终端滑模控制和离散线性滑模控制这2种控制器作用下的输出跟踪误差进行了分析。最后,将提出的方法应用于Buck变换器输出电压稳定控制上并进行仿真,从输出电压的稳态误差,稳定时间和控制器输出抖振等方面与传统离散线性滑模控制的效果进行了对比。结果表明:离散终端滑模控制能有效提高系统的动静态特性及抗扰能力。

摘要：针对传统非奇异终端滑模控制方法不适用于3阶系统的问题,提出一类具有不确定和外干扰的3阶非线性系统的新型非奇异终端滑模控制方法.该方案首先结合backstepping控制中的动态面方法和传统2阶非奇异终端滑模控制构造非奇异3阶终端滑模面,首次提出采用高阶滑模微分器估计值代替控制器中的负指数项.采用非线性干扰观测器任意精度地估计不确定和干扰,设计控制器中的补偿项.采用终端吸引子函数做趋近律避免抖振的同时能保证有限时间趋近滑模面.基于有限时间稳定李雅普诺夫定理证明了被控状态将在有限时间内收敛到任意小的闭球内.所提出方案快于传统的递阶线性滑模控制和其他非奇异终端滑模控制.仿真中与其他滑模控制方案对比,总误差减小18%以上,超调及收敛时间也显著下降.

摘要：首先采用Terminal吸引子函数代替原不连续函数,以避免滑模微分器的抖振;然后针对现有文献中高阶滑模微分器设计参数选取苛刻这一问题,放宽了设计参数选择范围,并分不同情况证明了高阶滑模微分器的稳定性.在此基础上,给出了高阶滑模微分器估计误差的上界与设计参数和滑模微分器阶次的关系式;通过对设计参数的选取和系统整体结构的分析,提出了高阶滑模微分器减小估计误差且更适于工程应用的设计方法,并给出所需条件.仿真结果表明了所得结论的正确性和有效性.

摘要：针对Sawyer电机驱动的平面定位台的多轴精密定位问题(X、Y和θz轴),提出了一种新的部分无传感控制方法。用激光干涉仪检测定位台一个方向上的平移运动和摆动,并构建相应的闭环控制;同时,应用滑模观测器估计另一个方向上的平移运动并构建对应轴的闭环控制。在此基础上,通过实验从开环控制、多轴全闭环控制及部分无传感控制三方面对比了定位性能。实验结果表明:采用部分无传感控制,多轴平面定位台的重复定位精度达到亚微米(0.25μm)级;部分无传感控制下的动子行程与开环控制相同(X轴300mm、Y轴300mm),远大于基于多轴位置传感的全闭环控制下的动子行程(X轴100mm、Y轴100mm);获得的结果可满足应用设计要求。