信息与控制

作者：刘宏杰, 周红军

关键词：液体晃动, 等效单摆模型, 输入整形, 滑模控制, 粒子群优化算法

针对以钢水运输过程为代表的欠驱动系统中，系统参数的不确定性及外界干扰等因素严重影响了系统的稳定性和安全性的问题，提出了一种基于输入整形与粒子群优化（PSO）滑模控制相结合的复合控制策略，以有效抑制液体晃动并增强系统的鲁棒性。首先，将液体晃动现象建模为单摆系统，推导出其等效动力学模型，为准确刻画晃动特性提供理论依据。然后，设计输入整形器，优化输入信号以减少系统的过渡振荡，从而改善瞬态性能。在此基础上，引入滑模控制，设计鲁棒控制器，以增强系统对非线性特性、模型不确定性及外部扰动的抗干扰能力。为进一步提升控制器性能，采用粒子群优化算法对控制器参数进行整定，确保系统在不同工作条件下的稳定性和控制精度。通过与传统PID控制、超螺旋滑模控制的仿真对比，输入整形PSO滑模控制实现了系统的快速平稳响应，稳定时间从PID控制的20 s缩短至1.5 s（缩短了约92.5%），且最大晃动幅度从PID控制的0.083 m减小到0.026 m，相比于超螺旋滑模控制的0.072 m也有明显改善，从而验证了所提出的复合控制策略在抑制晃动、提高系统的稳定性方面具有显著优势。

来源：2026年第1期

《信息与控制》期刊编辑部

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