小卫星执行机构故障鲁棒容错姿态跟踪控制

针对小卫星在轨运行中存在干扰力矩与执行器故障姿态跟踪控制问题,提出一种反步自适应滑模变结构鲁棒容错控制方法.将反步控制和滑模变结构控制相结合,利用自适应算法估计执行器故障失效因子最小值、偏差型故障最大值和干扰值,在不进行故障检测和分离情况下,实现系统的容错控制和干扰抑制.基于Lyapunov方法从理论上证明系统的稳定性.将该方法用于小卫星的状态跟踪控制,仿真结果表明,控制器对部分失效和偏差型故障具有较强的容错能力和鲁棒性.     

卫星姿态调节的滑模PID控制器设计

针对刚体卫星的姿态调节问题,提出了一种滑模PID控制器设计方法.根据李亚普诺夫方法,推导出了采用PID形式的切换面的滑模PID控制器.在卫星转动惯量参数存在不确定性和存在外干扰时,该控制律也具有全局稳定性和鲁棒性.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究.结果表明,所设计的控制方案在实现姿态调节控制的同时,对于卫星转动惯量的摄动及外部扰动力矩是鲁棒的.     

卫星姿态调节的自适应滑模控制器设计

针对刚体卫星的姿态调节问题,提出了一种自适应滑模控制器设计方法.在卫星转动惯量参数存在不确定性时,设计了基于李亚普诺夫方法的自适应滑模控制律,实现了对惯量参数的实时辨识.同时为克服滑模控制中控制量存在的固有的抖振问题,又提出了采用双曲正切函数代替符号函数的控制方案.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究.结果表明,所设计的控制方案在实现姿态调节控制的同时,完成了对卫星转动惯量的辨识,并有效地抑制了外部扰动.     

改进型自适应变结构的挠性卫星姿态机动控制

针对带有输入非线性的挠性卫星的姿态机动问题,提出一种仅利用输出信息的变结构输出反馈控制方法.首先,采用拉格朗日方法建立挠性卫星的动力学模型.然后,在基于非线性和低阶模态的动力学模型基础上,给出滑模存在条件以及变结构输出反馈控制器设计的方法;另外,为了避免确定不确定性和外干扰界函数上界的困难,又给出一种改进型自适应变结构输出反馈控制器的设计方法,通过增加一负反馈项,防止了不确定界函数的参数过大而导致控制过大及系统失稳,从而使对不确定界函数的参数的估计达到更好的效果.最后,将本文提出的控制方法应用于三轴稳定挠性卫星的姿态机动控制,并进行数值仿真研究.仿真结果表明:在反作用飞轮的控制受限条件下,完成姿态机动的同时,有效地抑制挠性附件的振动.     

刚体航天器预设时间预设精度姿态跟踪控制

为研究刚体航天器在上界已知的外部扰动力矩作用下的姿态跟踪控制问题,提出了一种可以指定跟踪精度的预设时间姿态跟踪控制策略。首先,设计了一种预设时间扰动观测器,此观测器可以在指定的时间以内实现对有界外部扰动的高精度在线估计,利用其估计值可以对外部扰动力矩进行补偿。然后,在此扰动观测器的基础上,运用终端滑模控制方法,设计了一个（准）终端滑模面并构造了一个连续非奇异终端滑模姿态跟踪控制器。Lyapunov理论分析表明,本研究所提观测器、滑模面和控制器的收敛时间上界以及收敛完成以后姿态跟踪的误差上界均显式存在于观测器、滑模面和控制器的有关参数中,因而可以在控制器设计过程中很方便地对其进行调节,且不受初始条件的制约。最后,通过数值仿真验证了所提控制策略的性能。仿真结果表明,无论是收敛速度还是跟踪精度,预设值都是一个比较宽松的上界,实际性能有可能远远优于预设值,并且此算法对系统的建模不确定性也有比较好的鲁棒性。     

多刚体滑模姿态协调控制

本文研究了多刚体分布式姿态协调控制问题．基于图论和滑模控制理论,针对修正罗德里格参数描述的姿态跟踪控制系统,设计了滑模姿态协调控制律．首先引入图拉普拉斯矩阵,采用Lyapunov稳定性分析方法设计了滑模面．然后在干扰存在时设计了滑模姿态控制算法,并在转动惯量不确定存在时研究了控制算法的鲁棒性．最后对给出的算法进行了数值仿真,其结果验证了所提出的多刚体滑模姿态协调控制算法的可行的、有效的．     

基于PD方法的不确定机器人神经网络变结构控制

针对不确定机器人轨迹跟踪控制,提出基于PD方法自适应神经网络变结构控制律,利用RBF神经网络补偿系统参数不确定性,用滑模变结构控制器消除神经网络的逼近误差.仿真结果表明,该控制律能保证轨迹跟踪误差的快速收敛性及对参数不确定性和外部扰动的鲁棒性.     

改进滑模变结构控制光伏系统最大功率点跟踪

由光伏电池的光伏特性知,随着光照强度和环境温度的变化,其最大功率点也随之改变.为了能够实时监测跟踪到光伏系统最大功率点,采用一种改进的滑模变结构控制方法进行最大功率点跟踪.该方法在传统滑模变结构控制的滑模面选择基础上加入积分运算,并且把指数趋近律与等效控制相结合.最后,通过仿真可以看出,相比传统的滑模变结构控制,该方法减小了稳态误差,使系统更加稳定,同时,加快了跟踪速度,使跟踪时间缩短了0.025 s.     

航天器姿态跟踪有限时间自适应积分滑模控制

针对刚体航天器存在模型参数不确定性和外界干扰情况下的姿态跟踪控制问题,该文提出了一种有限时间自适应积分滑模控制方法。建立了用四元数表示的航天器姿态跟踪数学模型;在不考虑参数不确定性和干扰的情况下,基于非线性系统齐次性方法设计了一种有限时间控制算法,保证航天器姿态在有限时间内跟踪上期望姿态;当扰动存在时,为提高闭环系统的鲁棒性,结合有限时间控制和滑模控制,将有限时间控制算法应用到滑模面的设计中,设计出一种有限时间积分滑模面;最后用自适应方法设计了动态滑模切换函数增益。理论分析表明该方法兼具有限时间控制和滑模控制的优点,可使闭环系统状态有限时间收敛并具有很好的鲁棒性。仿真结果说明了该方法的有效性。     

机器人前馈补偿滑模鲁棒控制

本文针对机器人轨迹跟踪控制问题,基于滑模变结构控制的基本理论,提出了一种具有前馈补偿的滑模变结构鲁棒控制器。通过引入顺馈控制（对滑模切换函数的ＰＩ控制）来改善滑动模态的动特性,并消弱或消除常为结构控制所存在的“颤振”现象：应用前馈补偿来提高跟踪精度,仿真结果验证了该方法有效性。     

五自由度气浮台位置和姿态的分数阶控制

针对五自由度气浮台星体模拟器的姿态平台和位移平台,分别设计分数阶滑模控制器和分数阶PDμ控制器.首先,针对具有重力不平衡力矩和执行机构安装偏差的姿态平台模型,设计了模糊参数自整定的分数阶滑模控制器.利用分数阶微分算子的信息记忆性与遗传特性,在传统滑模控制中引入分数阶微分算子,利用模糊推理机制进行开关增益参数的自整定,使新型控制器具有模糊控制、分数阶微分和滑模控制等多重优点.利用分数阶Lyapunov稳定性定理,证明了系统的稳定性.其次,针对与姿态平台有耦合效应的位移平台模型,设计了分数阶PDμ控制器;最后,在仿真过程中考虑执行机构的实际运行特性,以数值仿真的形式进一步说明了所提出控制器的有效性和良好的控制性能.     

AGV建模和自适应模糊滑模跟踪控制研究

介绍了自动导引小车AGV的跟踪控制技术的研究现状;建立了AGV跟踪误差系统运动学和动力学的混合模型;针对AGV的初始位存在误差或给定轨迹不连续时,传统PID轨迹跟踪控制器会使其初始速度产生一个较大跳变的问题,将滑模变结构控制技术与自适应模糊控制技术相结合,提出了一种基于模糊滑模的AGV自适应模糊路径跟随和轨迹跟踪控制器。仿真和实验结果表明,给出的自适应模糊滑模控制器不仅有较好的轨迹跟踪控制效果,而且具有较强的鲁棒性。     

基于微粒群算法的模糊滑模控制

针对一类非线性控制系统,提出一种新的基于微粒群算法的模糊滑模控制方法。将模糊控制和滑模控制相结合,利用滑模控制使系统的跟踪误差进入给定的边界层内,启用模糊控制取代切换控制;同时为保证模糊滑模控制系统的全局稳定性,加入监督控制以柔化控制输入;最后基于微粒群算法对滑模面系数和不均匀隶属度函数因子寻优,不仅加快了系统到达滑模面的速度,减小了误差,而且有效地消除了高频抖振。仿真结果表明了该方法的有效性。     

应用滑动模态和时间尺度分离的航天器姿态控制

研究了基于时间尺度分离和滑动模态的航天器姿态控制问题．利用时间尺度分离的方法将航天器状态分成对应于姿态角的慢子系统和对应于姿态角速度的快子系统，从而构成内外两个控制回路，外回路跟踪给定的姿态角，内回路跟踪设计的姿态角速度．针对每个子系统分别设计PI型的滑动平面，在Lyapunov稳定性分析的基础上，推导出两个回路的变结构控制律．仿真结果证明了所提控制方法能够克服大幅值、高频率的外部干扰，比传统控制方法具有更高的精度和鲁棒性．     

应用滑动模态和时间尺度分离的航天器姿态控制

研究了基于时间尺度分离和滑动模态的航天器姿态控制问题.利用时间尺度分离的方法将航天器状态分成对应于姿态角的慢子系统和对应于姿态角速度的快子系统,从而构成内外两个控制回路,外回路跟踪给定的姿态角,内回路跟踪设计的姿态角速度.针对每个子系统分别设计PI型的滑动平面,在Lyapunov稳定性分析的基础上,推导出两个回路的变结构控制律.仿真结果证明了所提控制方法能够克服大幅值、高频率的外部干扰,比传统控制方法具有更高的精度和鲁棒性.     

考虑性能约束的航天器近距离悬停控制

本文主要研究了考虑预设性能的航天器交会对接中的近距离悬停控制问题.针对追踪航天器近距离悬停控制问题,首先基于追踪航天器的姿轨耦合模型设计了线性滑模控制器实现了近距离悬停任务.在此基础上,为对系统收敛过程中系统状态的暂态性能进行约束,设计了基于预设性能的滑模控制器.同时,为减少系统状态的收敛时间,针对预设性能中的性能函数,采用了一种有限时间收敛的性能函数代替传统的性能函数,并改进了滑模控制器的结构.最后通过仿真进行验证,并对比三种控制策略,结果表明所设计的航天器交会对接预设性能滑模控制律具有理想的控制性能.     

多缸电液调平系统相邻交叉耦合同步控制

针对某导管架平台电液调平系统多缸运动同步控制问题,引入最小相关轴数控制思想,基于相邻交叉耦合控制和滑模变结构控制理论,设计了多缸运动同步控制器,该同步控制器由1个单通道跟踪误差控制器和2个相邻同步误差控制器构成.对单通道子系统中由于长管路存在导致的时延问题,提出了一种具有滑模预估结构的误差跟踪控制器,并以四缸运动同步控制系统为例进行了仿真研究,结果表明该同步控制方法具有较好的控制效果和较强的鲁棒性,证明了方法的有效性.     

A new robust fuzzy method for unmanned flying vehicle control

A new general robust fuzzy approach was presented to control the position and the attitude of unmanned flying vehicles(UFVs). Control of these vehicles was challenging due to their nonlinear underactuated behaviors. The proposed control system combined great advantages of generalized indirect adaptive sliding mode control(IASMC) and fuzzy control for the UFVs. An on-line adaptive tuning algorithm based on Lyapunov function and Barbalat lemma was designed, thus the stability of the system can be guaranteed. The chattering phenomenon in the sliding mode control was reduced and the steady error was also alleviated. The numerical results, for an underactuated quadcopter and a high speed underwater vehicle as case studies, indicate that the presented adaptive design of fuzzy sliding mode controller performs robustly in the presence of sensor noise and external disturbances. In addition, online unknown parameter estimation of the UFVs, such as ground effect and planing force especially in the cases with the Gaussian sensor noise with zero mean and standard deviation of 0.5 m and 0.1 rad and external disturbances with amplitude of 0.1 m/s2 and frequency of 0.2 Hz, is one of the advantages of this method. These estimated parameters are then used in the controller to improve the trajectory tracking performance.