一种基于指数趋近律的非线性系统变结构轨迹跟踪控制新方法

针对多输入多输出二阶不确定非线性机械系统中轨迹跟踪控制的问题,提出一种新的基于指数趋近律的滑模变结构控制方法,用于提高系统的平稳性和快速性。在滑模变结构控制器设计过程中采用一种新的指数趋近律以改进闭环系统的暂态和稳态响应性能,使系统跟踪误差收敛速度加快,特别是减少轨迹跟踪误差到达滑模面的时间,同时提高了系统轨迹跟踪过程的平稳性。通过采用边界层方法消除滑模控制输入抖振问题,避免控制过程中执行器的频繁切换,进一步提高所提出滑模控制器在实际系统中的实用性。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性和跟踪误差的收敛性。数值仿真验证了所提出的控制方法的有效性。     

基于趋近律滑模的台车式倒立摆系统控制研究

本文设计了一种基于趋近律方法的滑模控制器。趋近律方法是滑模变结构控制的一种典型控制策略。这种控制方法不仅可以对系统在切换面附近或沿切换面的滑模运动段进行分析,而且可以有效地对系统趋近段的动态过程进行分析和设计,从而保证系统在整个状态空间内具有较好的运动品质。仿真结果表明,将两种典型的趋近律滑模控制方法应用到台车式倒立摆系统中,指数趋近律滑模变结构方法有更好的稳定性和抗干扰能力。     

飞机防滑刹车系统模糊滑模控制研究北大核心

针对现在飞机广泛应用的“PD+PBM”控制律难以对具有强非线性和不确定性的飞机防滑刹车系统进行高性能控制的问题,提出飞机防滑刹车系统基于模糊指数趋近律的滑模变结构控制律。先建立具有不确定扰动的飞机防滑刹车系统的地面动力学模型以消除模型误差所带来的不利影响,然后设计了基于指数趋近律的滑模变结构控制律以改善控制性能,并利用李雅普诺夫定理证明了系统的稳定性,最后基于模糊理论对滑模控制律进行优化以抑制抖振。仿真结果表明,基于模糊指数趋近律的滑模变结构控制律控制效果优于“PD+PBM”控制律和传统的滑模控制律,抑制控制器输出抖振效果良好,刹车效率高,控制方法合理有效。     

基于滑模控制的室内移动机器人路径跟踪

由于轮式移动机器人的运动受限性质,其轨迹跟踪成为控制领域的研究热点;Pioneer3-AT是一个高度灵活的差分驱动的机器人,具有良好的通用性和可靠性,特别适合于移动机器人学术研究;为解决一种可以在室内环境下执行任务的移动机器人的路径跟踪问题,以Pioneer3—AT移动机器人平台为原型机建立了移动机器人的数学模型;滑模变结构控制对被控系统的不确定性、外界扰动及参数摄动具有完全鲁棒性,利用特殊幂次函数构造一种新型滑模控制趋近律,采用该趋近律设计滑模控制律,进而提出一种新的滑模控制方法,利用李雅普诺夫定理证明了该方法的稳定性;采用所设计的滑模控制器对室内移动机器人进行路径跟踪实验,仿真结果验证了该方法的有效性。     

一种球形滚动机器人的路径跟踪控制器设计

对一种球形滚动机器人的路径跟踪问题进行研究,设计一种基于自适应滑模控制策略的路径跟踪控制器。所设计的路径跟踪控制器采用鲁棒滑模自适应增益控制律,能够有效实现带有扰动和不确定性的实际球形滚动机器人的路径跟踪。推导球壳纯滚动和无自转非完整约束下球形滚动机器人的运动方程,并在此基础上设计自适应滑模路径跟踪控制器。对于给定的参考几何路径,所设计的路径跟踪控制器能够确保路径跟踪误差在有限时间内收敛至很小的零邻域内。基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环控制系统的稳定性,数值仿真与样机实验结果进一步验证了所设计的路径跟踪控制器的有效性。     

永磁同步驱动电机的滑模控制研究北大核心CSCD

为了提高连续波泥浆脉冲器驱动电机调速系统转速响应的速度以及系统的鲁棒性,提出了一种改进变指数趋近律。此趋近律相比于传统指数趋近律没有增加新的参数,却达到了减小抖振和提高抗扰性能的目的,其可行性在理论上得到了证明。基于改进变指数趋近律设计了速度环滑模控制器,并进行了仿真分析与实验验证。结果表明,基于改进变指数趋近律的速度环滑模控制器可以有效提高电机的转速响应速度、抗扰性能,并减小了抖振。     

SCARA机器人模糊自适应滑模控制

为了提高SCARA机器人的轨迹跟踪控制性能,提出了一种基于非奇异终端滑模面和改进的快速趋近律的滑模控制策略。设计了一种非奇异的快速终端滑模面,可在任意初始状态下收敛到平衡点;改进滑模控制的趋近律,在保证快速趋近的同时可有效抑制抖振,并采用双曲正切函数代替传统的符号函数,有效地消除了高频抖振。采用模糊控制调节趋近律参数,改善初始状态误差过大时引起的力矩冲击问题;基于SCARA机器人模型仿真实验表明,实验结果跟踪性能良好,输出力矩平滑。     

水冷壁爬壁机器人路径跟踪研究

摘要：准确的直线运动是水冷壁爬壁机器人完成磨损检测工作的前提,为了保证其做直线运动,设计了一种水冷壁爬壁机器人路径跟踪控制律。本文通过建立爬壁机器人的运动学模型,用摄像机采集水冷壁图像,对图像处理并提取直线路径,实现对其位姿的反馈,再根据Backstepping跟踪算法设计路径跟踪控制律对机器人位姿进行控制,同时采用Lyapunov稳定理论对控制律的收敛性进行验证,最后通过MATLAB软件进行仿真实验,仿真结果验证了控制律的有效性。     

改进QPSO算法的移动机器人轨迹跟踪控制方法

分析了智能群体的决策机制,发现在智能群体决策过程中,个体粒子参与决策的权利根据个体的优劣程度是不同的,提出了在量子粒子群优化（QPSO）算法中引入线性权重算子进一步提高QPSO算法的搜索效率及优化性能。分析了移动机器人轨迹跟踪控制的滑模变结构控制器设计方法,并采用指数趋近律和幂次趋近律相结合的方法,设计了新的滑模跟踪控制律,使用PSO算法、QPSO算法和改进算法优化了滑模跟踪控制器中的参数,通过两个实例验证了优化后的跟踪控制器的设计效果;设计效果的分析和比较表明了设计的跟踪控制器能够控制机器人实现对既定轨迹的跟踪,仿真结果显示改进QPSO算法能够在轨迹跟踪控制器的参数优化中取得更好的优化效果。     

基于云模型的船舶航迹跟踪滑模控制

为解决船舶路径跟踪控制中存在的非线性问题,引入滑模控制实现船舶的轨迹跟踪。采用云模型与指数趋近律结合的方法,设计基于云模型的轨迹跟踪智能滑模控制器,以减少滑模控制中的抖振。仿真结果表明,通过云模型的不确定性推理,智能滑模控制器能够动态调整滑模控制的趋近速度,抑制抖振的产生,船舶动态轨迹跟踪性能良好,能够精确控制航迹。     

一种新型的移动机器人轨迹跟踪控制方法

主要是对非完整约束下移动机器人的轨迹跟踪控制进行了研究,提出了一种新型的基于移动机器人运动模型、具有全局渐近稳定性的跟踪控制方法。这种非线性控制方法主要分为前馈和反馈两个部分：前馈部分是一种滑模控制器,它是基于反演设计的思想设计了切换函数,采用指数趋近律,减少了滑模变结构控制的抖动,并使用Lyapunov第一法对控制系统进行了稳定性分析,证明了滑模跟踪控制器是稳定的;反馈部分是基于Lyapunov函数的方法设计的反馈控制器。通过前馈部分和反馈部分的相互作用,提高了移动机器人轨迹跟踪控制的精度。实验结果表明与一般的跟踪控制方法相比,控制效果明显改善,跟踪误差能在较短时间内收敛,具有很好的抗干扰性能。     

T-S 模糊模型变结构的机器臂轨迹跟踪控制

针对不确定性的机械臂轨迹跟踪问题,结合滑模变结构和T-S模糊模型的优点,给出一种基于T-S模糊模型的变结构轨迹跟踪的方法。首先采用T-S模型建模,得到机械臂的模糊模型;然后设计出保证机械臂全局渐近稳定的滑模控制器。仿真结果表明,所设计的模糊变结构控制器与普通变结构控制器相比,可使机械臂无论在计算时间、误差上都具有更大的优势和更强的鲁棒性。     

神经网络自适应滑模控制的不确定机器人轨迹跟踪控制

提出一种针对机器人跟踪控制的神经网络自适应滑模控制策略。该控制方案将神经网络的非线性映射能力与滑模变结构和自适应控制相结合。对于机器人中不确定项,通过RBF网络分别进行自适应补偿,并通过滑模变结构控制器和自适应控制器消除逼近误差。同时基于Lyapunov理论保证机器手轨迹跟踪误差渐进收敛于零。仿真结果表明了该方法的优越性和有效性。     

基于滑模变结构的轮式机器人运动误差控制器设计

面对当前使用的基于黎卡提微分方程、综合位姿误差控制优化仿真方法受到不确定性因素干扰,导致控制误差较大的问题,提出了基于滑模变结构的轮式机器人运动误差控制器设计。使用双框架陀螺仪,为控制器提供电力。采用FB900C/E 角位变送器,将交流信号转换为角位移输出。使用TMS320F2812的DSP控制器,负责控制整个控制器的数据传输以及电平转换。充分考虑相变量输入的n阶线形数据,设计滑模变结构控制律,计算滑模变结构控制滑动面。在滑模变结构模态控制阶段,构建滑模变结构模态控制阶段的运动方程矩阵。对滑模切换面强制状态点运动,通过控制目标实现稳定控制。对DSP程序控制流程进行设计,将基于滑模变结构的误差控制结果传递到电位器上,并将运行数据发送到主机,由此完成轮式机器人运动误差控制。由实验结果可知,该控制器通过自适应调整参数后,滑模抖振得到明显消除,且最大控制误差为0.01rad,具有精准控制效果。     

基于Sigmoid函数的机器人鲁棒滑模跟踪控制系统设计

为了保证机器人能够在保持稳定的情况下,按照规划轨迹执行工作任务,从硬件和软件两个方面,设计了基于Sigmoid函数的机器人鲁棒滑模跟踪控制系统。装设机器人传感器与状态观测器,改装机器人鲁棒滑模跟踪控制器,完成系统硬件设计;综合机器人结构、运动机理和动力机制3个方面,构建机器人数学模型;根据状态数据采集结果与规划轨迹之间的偏差,计算机器人跟踪控制量;依据滑模运动与切换方程,利用Sigmoid函数生成机器人鲁棒滑模控制律,将生成控制指令作用在机器人执行元件上,实现系统的鲁棒滑模跟踪控制功能;在系统测试与分析中,所设计控制系统的平均位置跟踪控制误差为0.93 mm,与设定轨迹目标基本重合,机器人姿态角跟踪控制误差为0.06 mm,具有较好的鲁棒滑模跟踪控制效果,能够有效提高机器人鲁棒滑模跟踪控制精度。     

Sliding mode variable structure control for visual servoing system

A visual servoing tracking controller is proposed based on the sliding mode control theory in order to achieve strong robustness against parameter variations and external disturbances. A sliding plane with time delay compensation is presented by the pre-estimate of states. To reduce the chattering of the sliding mode controller, a modified exponential reaching law and hyperbolic tangent function are applied to the design of visual controller and robot joint controller. Simulation results show that the visual servoing control scheme is robust and has good tracking performance.     

基于扩张状态观测器的SPMSM调速系统的滑模变结构反步控制

基于面贴式永磁同步电机(SPMSM)的数学模型,提出了反步控制与滑模变结构方法相结合的控制策略,增强了控制器的快速响应性和对外界扰动的抑制能力,滑模面中的积分作用可保证给定速度的无静差跟踪;同时设计了扩张状态观测器(ESO)以实时估计控制系统的外界负载扰动,及时调整控制量,有效减小滑模变结构中的趋近率参数.理论分析及仿真结果验证了该控制方法的有效性.     

小车位环境下的自动泊车路径规划与跟踪控制

针对小车位泊车路径设计不连续导致位姿调整不平滑的问题,提出一种回旋曲线、圆弧、直线组合的路径规划方法,并基于非时间参考量的跟踪偏差,设计滑模控制器。根据泊车要求和限制条件,规划出泊入路径与调整路径：泊入路径引导车辆以极限位姿进入车位;调整路径通过平滑的路径组合实现车位内的位姿调整。选用指数趋近率设计滑模控制器,利用连续函数代替趋近率中的符号函数,降低抖振影响。仿真结果表明,车辆能够连续、无突变地完成泊车操作,跟踪误差较小,抖振抑制效果较好。