The direct yaw-moment control system can significantly enhance vehicle stability in critical situations. In this paper, the direct yaw-moment control strategies are proposed for in-wheel electric vehicles by using sliding mode (SM) and nonlinear disturbance observer (NDOB) techniques. The ideal sideslip angle at the center of gravity and the yaw rate are first calculated based on a linear two degree of freedom vehicle model. Then, the actual sideslip angle is identified and estimated by constructing a state observer. On this basis, a traditional discontinuous SM direct yaw-moment controller is designed to guarantee that the sideslip angle and the yaw rate will approach the ideal ones as closely as possible. To tackle the chattering problem existing in the traditional SM controller, a second-order sliding mode (SOSM) controller is further designed by taking the derivative of the controller as the new control, which implies that the actual control can be an integration of the SOSM controller. Finally, to avoid the large gains in the derived controllers, by combining the NDOB with the derived controllers, the composite control schemes are also proposed. In comparison with the discontinuous first-order SM controller, the proposed SOSM controller is shown to be more effective.

A new approach to the design of nonlinear disturbance observers (DOBs) for a class of nonlinear systems described by input-output differential equations is presented in this paper. In contrast with established forms of nonlinear DOBs, the most important feature of this new type of DOB is that only measurement of the output variable is required, rather than the state variables. An inverse simulation model is first constructed based on knowledge of the structure and parameters of a conventional model of the system. The disturbance can then be estimated by comparing the output of the inverse model and the input of the original nonlinear system. Mathematical analysis demonstrates the convergence of this new form of nonlinear DOB. The approach has been applied to disturbance estimation for a linear system and a new form of linear DOB has been developed. The differences between the proposed linear DOB and the conventional form of frequency-domain DOB are discussed through a numerical example. Finally, the nonlinear DOB design method is illustrated through an application involving a simulation of a jacketed continuous stirred tank reactor system.

A second-order sliding-mode (SOSM) control method is developed for the regulation problem of a dc-dc buck converter. By taking into account the model uncertainties and external disturbances in the mathematical model, a sliding variable with relative of degree 2 is first constructed. Then, a new SOSM controller is developed such that the output voltage will well track the desired reference voltage. Theoretical analysis shows that the resulting closed-loop system is globally finite-time stable, while similar SOSM control results only give the proof for finite-time convergence. The way on how to implement the proposed SOSM algorithm is also presented. The theoretical findings are verified by extensive simulations and experiments.

This paper aims to improve the performance of the permanent magnet synchronous motor (PMSM) speed regulation system by combining a novel disturbance observer (DOB) with the super-twisting sliding mode (STSM) technique. First, a STSM controller is constructed to eliminate the adverse effects of the lumped disturbance in the PMSM speed regulation system. A novel DOB is introduced to estimate and compensate the lumped unknown disturbance, which constitutes a composite controller with a feedforward compensation term and a state-feedback control. As a result, the gain of the composite sliding mode controller can be significantly reduced, which will improve the performance of the closed-loop PMSM speed regulation system. The validity and robustness of the proposed composite control scheme are fully verified by simulation and experimental results.