We propose a new scheme to control the coexisting attractors in a bistable piezomagnetoelastic power generator. Coexisting periodic or chaotic attractors frequently occur in nonlinear energy harvesters. For effective performance of the energy harvester, the system is desired to operate on the high-energy periodic orbit. Therefore, a controller may be used to force the system to operate on the high-energy orbit. In the present research, a disturbance observer–based terminal sliding mode control with input saturation is proposed to push the system from low-energy periodic and chaotic attractors to high-energy periodic attractors. Furthermore, to minimize the energy required for the controller, a genetic algorithm optimization is employed to determine the bound of the input saturation and parameters of the controller. A major advantage of the proposed control technique is tracking control while control input limitations, significant concerns for energy harvesting purpose, are present. The Lyapunov stability theorem of the closed-loop system is proven in the presence of control input saturation and external disturbance. In addition to the primary resonance, superharmonic resonance is considered. The numerical results show that the proposed method can successfully control and shift the vibration energy harvesting system between different attractors in the presence of uncertainty and with minimal control energy budget.

中文翻译：

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基于扰动观测器的终端滑模控制以提高非线性振动能量收集器的有效性能

我们提出了一种新方案来控制双稳态压电弹性发电机中的共存吸引子。非线性能量收集器中经常出现共存的周期性或混沌吸引子。为了能量收集器的有效性能，系统需要在高能周期轨道上运行。因此，可以使用控制器强制系统在高能轨道上运行。在目前的研究中，提出了一种基于干扰观测器的输入饱和终端滑模控制，将系统从低能周期和混沌吸引子推向高能周期吸引子。此外，为了最小化控制器所需的能量，采用遗传算法优化来确定输入饱和度和控制器参数的界限。所提出的控制技术的一个主要优点是跟踪控制，同时存在控制输入限制，即能量收集目的的重要问题。闭环系统的李雅普诺夫稳定性定理在存在控制输入饱和和外部扰动的情况下得到证明。除了初级共振之外，还考虑了超谐波共振。数值结果表明，所提出的方法可以在存在不确定性和最小控制能量预算的情况下成功地控制和转移不同吸引子之间的振动能量收集系统。闭环系统的李雅普诺夫稳定性定理在存在控制输入饱和和外部扰动的情况下得到证明。除了初级共振之外，还考虑了超谐波共振。数值结果表明，所提出的方法可以在存在不确定性和最小控制能量预算的情况下成功地控制和转移不同吸引子之间的振动能量收集系统。闭环系统的李雅普诺夫稳定性定理在存在控制输入饱和和外部扰动的情况下得到证明。除了初级共振之外，还考虑了超谐波共振。数值结果表明，所提出的方法可以在存在不确定性和最小控制能量预算的情况下成功地控制和转移不同吸引子之间的振动能量收集系统。