一类非线性不确定系统的高阶积分自适应滑模控制

为有效改善传统积分滑模在一类非线性不确定系统的应用中存在的抖振问题,结合有限时间收敛理论、高阶积分滑模理论和自适应控制理论,提出了一种高阶积分自适应滑模控制方法;该方法通过选取有限时间收敛反馈量和设计高阶积分滑模面,不仅确保了系统状态误差在有限时间内的收敛性,而且还保证了系统具备对不确定性干扰的抑制能力;同时,当系统的不确定项的边界范围无法预先确定时,采用自适应方法对滑模控制的趋近速率进行估计;仿真结果表明所提方法能够有效抑制非线性不确定系统的抖动,并具有较高的控制精度.     

基于拟连续高阶滑模方法的AGC系统控制

针对自动厚度控制(Automatic Gauge Control, AGC)系统存在外部干扰的鲁棒稳定性问题,根据传统积分滑模和高阶滑模理论,设计基于拟连续高阶滑模控制方法的厚度控制器。利用Lyapunov稳定性理论,证明所设计控制器的稳定性。将该厚度控制器应用在某板带轧机自动厚度控制系统进行仿真,并与传统滑模控制方法进行对比分析。仿真结果表明:该控制器可以在有限时间内实现对期望厚度的稳定跟踪,并有效减小滑模控制的抖振问题,具有强鲁棒性,其控制效果优于传统滑模控制。     

高超声速飞行器有限时间饱和跟踪控制

针对高超声速飞行器纵向模型存在外界干扰和模型参数不确定性情形下的有限时间跟踪问题进行了研究分析.针对外界干扰上界已知,基于快速积分滑模理论,设计了有限时间快速积分滑模控制器.当外界干扰上界未知时,结合具有低通滤波器性能的自适应算法,通过引入辅助系统设计了实际有限时间自适应快速积分滑模控制器,能够处理输入饱和问题.对所设计的两个控制器利用李雅普诺夫理论给出了严格理论证明,得到整个闭环系统分别为有限时间稳定的、实际有限时间稳定的,并能够保证系统其它状态变量在较短的时间内趋于稳态值.对不同类型参考信号进行了数字仿真,进一步验证了所设计两个控制器的有效性和鲁棒性.     

基于积分滑模控制的非理想变时滞 神经网络有限时间同步

研究一类非理想变时滞神经网络的有限时间同步问题.首先,利用驱动-响应概念推导误差系统,并运用同步误差构造一个合适的积分滑模流型,若误差系统的状态轨迹在有限时间内到达滑模面,则同步误差将随其后在有限时间内收敛于零.然后,结合神经元激活函数的约束条件,设计一种合适的滑模控制器,根据所设计的控制器和Lyapunov稳定性理论,误差系统的状态轨迹能够在有限时间内到达滑模面,从而非理想变时滞神经网络的有限时间同步能够实现.最后,通过数值仿真结果验证所提出设计方法的有效性.     

基于有限时间的一类时滞非线性切换系统滑模控制

研究一类时滞非线性切换系统的有限时间滑模控制问题.针对所研究的系统模型,构造每个子系统对应的积分滑模面,基于滑模控制理论,设计带有状态时滞的滑模控制器使得每个子系统能在有限时间内到达相应的滑模面上,并对系统中存在的非线性项采用Lipschitz条件进行处理.根据多李亚普诺夫函数、平均驻留时间方法以及分割策略引理,给出滑模趋近段和滑模动态有限时间有界的充分条件,并通过对线性矩阵不等式的求解得到控制器增益.最后,通过一个数值仿真例子验证该设计方法的有效性.     

双积分器的有限时间积分滑模设计及应用

针对带有加性扰动的双积分器,本文结合嵌套饱和控制与积分滑模控制原理,设计一种带分数指数项的积分滑模面.运用Haimo有限时间稳定原理,证明了所设计的积分滑模不会产生奇异性.相应的控制设计由两部分组成:理想控制和不连续控制,可实现滑模面上动态的有限时间稳定,并消除加性扰动的影响.用直流电机角速度控制系统作为例子,说明了算法的有效性.     

基于积分滑模的航天器有限时间姿态容错控制

针对存在执行机构故障和外部干扰的刚体航天器姿态稳定系统,本文提出了基于积分滑模的容错控制策略,实现了姿态有限时间稳定.首先,利用齐次系统相关理论,设计了一类饱和有界的基础控制律,保证了不存在执行机构故障和干扰情况下的姿态有限时间稳定.在此基础上,利用积分滑模和自适应技术设计了一种有限时间姿态鲁棒容错控制方案,对执行机构故障和干扰进行有效的补偿;该方案能够快速地实现姿态高精度稳定,并抑制系统抖振现象.最后,将本文提出的姿态容错控制方案进行数值仿真与对比,验证了方案的有效性与优越性.     

混沌系统的有限时间滑模同步控制

采用滑模控制的方法,研究了两个不同的带有不确定性和外部扰动的混沌系统之间的同步问题。基于Lyapunov稳定性理论和有限时间滑模控制方法,设计了终端滑模控制器来实现两个混沌系统的同步。在设计控制器过程中提出了一个新的非奇异的终端滑模面,并证明它能在有限时间内收敛于零平衡点。通过数值仿真验证了所设计的控制器的有效性。     

基于滑模控制的不确定中立型系统有限时间稳定

针对一类不确定中立型时滞系统,利用滑模控制理论研究其有限时间稳定问题。首先构造了适当的滑模面及状态反馈控制器,使得系统的状态轨线能够在有限时间内到达滑模面并维持滑动模态。然后利用李雅普诺夫稳定性理论和不等式放缩技巧,研究了闭环系统状态在滑动模态段的有限时间稳定问题,得到了该系统是有限时间稳定的充分条件,该条件以线性矩阵不等式的形式给出,易于求解。最后通过一个数值仿真算例,验证了所得结论的有效性。     

基于干扰观测器的航天器非奇异终端二阶滑模控制

为了消除干扰力矩和结构不确定性对卫星姿态控制性能的影响,本文提出了一种基于新型干扰观测器的非奇异终端二阶滑模控制方法.首先,文章设计了一种基于跟踪微分器的干扰观测器,来对卫星系统中的不确定项进行估计,利用估计值进行补偿,并保证估计误差在有限时间内收敛.在此基础上,文章设计一个非奇异终端滑模面,当系统到达滑模面时,姿态误差可以在有限时间内收敛,并利用二阶滑模趋近律设计控制器,保证系统在有限时间到达滑模面.在干扰观测器误差未完全收敛时,滑模控制器可以对存在的扰动进一步抑制,实现姿态跟踪系统的有限时间稳定,并通过李雅普诺夫方法严格证明了其稳定性.最后,仿真结果表明,干扰估计值误差可以在有限时间内收敛,证明了该控制方法对存在的干扰是具有较好的鲁棒性.     

滑模变结构有限时间收敛制导律

针对末端有入射角度约束的制导系统,基于滑模变结构控制思想设计了一种有限时间收敛的滑模制导律,使制导系统的视线角速率快速收敛到零,并令弹道倾角收敛到期望的入射角度.通过非线性控制系统的有限时间稳定性理论对该制导律进行了分析,给出了制导系统有限收敛时间的数学形式,证明了制导系统的有限时间收敛性.最后通过仿真进一步验证了该制导方法的有效性和鲁棒性.     

线性电机伺服系统的自适应鲁棒控制

通过对一类音圈电机直驱式精密伺服系统运动控制问题的研究,在只考虑系统标称模型的情况下,采用分数阶形式的趋近律,得到了一种有限时间滑模控制算法;与此同时,当系统存在参数不确定和外界干扰的情况下,将有限时间滑模控制方法和自适应控制理论相结合,构造了一种自适应滑模控制律.另一方面,本文还考虑了系统具有输入饱和约束的情况,通过引入一个辅助系统,进而设计了一种自适应抗饱和控制律.而且,文中对闭环系统的稳定性进行了证明.最后,仿真和实验对所提出控制策略的有效性和伺服精度进行了对比、分析和验证.     

Event-triggered finite-time consensus of multiple Euler Lagrange systems under Markovian switching topologies

Finite-time consensus problem for multiple Euler Lagrange systems under Markovian switching topologies is investigated through an event-triggered control protocol. First, instead of the general stochastic topology, the graph of the entire system is governed by some Markov chains to the edge set, which can recover the traditional Markovian switching topologies in line with the practical communication environment. Then, by utilising an integral sliding-mode control strategy, rigorous analysis of finite-time consensus is performed through the graph theory and Lyapunov stability theory. An event-triggered communication law is delicately carried out for each agent, and Zeno behaviour of triggering time sequences is excluded absolutely. Finally, several simulation results on six two-link manipulators are given to verify the effectiveness of the designed control strategy.     

具有未知参数的不确定分数阶Sprott-C系统的Terminal滑模同步

基于滑模控制的优良性能,探讨了利用Terminal滑模控制实现分数阶混沌系统的有限时间同步问题,给出了滑模控制实现具有未知参数和扰动的分数阶Sprott-C驱动—响应系统(阶数0<α<1)的同步结论。通过构造合适的滑动模态曲面,针对系统未知参数上界已知和未知两种情况,设计了合适的分数阶控制器和参数自适应率,结合分数阶微分方程相关理论和有限时间稳定性定理,证明了实现该系统的同步控制结论,并对未知参数和扰动上界进行了准确估计。最后选取适当参数,通过数值仿真,验证了所给结论的有效性和可行性。     

基于分数阶滑模控制技术的永磁同步电机控制

针对传统整数阶滑模控制系统中存在的抖震问题,本文提出了分数阶滑模控制策略并应用到永磁同步电机的速度控制.传统滑模控制器中的开关函数由作用在切换流型或其整数阶导数面推广到其分数阶导数面,利用分数阶系统的特性,缓慢地传递系统的能量,有效地削减抖震.本文采用模糊逻辑推理算法,实现软开关切换增益的自整定.仿真和实验证明,本文提出的分数阶滑模控制系统不但能有效地削减抖震,而且能保持滑模控制器对系统参数变化和外部扰动的鲁棒性.     

Adaptive uniform finite-/fixed-time convergent second-order sliding-mode control

ABSTRACT

This paper presents an adaptive gain algorithm for second-order sliding-mode control (2-SMC), specifically a super-twisting (STW)-like controller, with uniform finite/fixed convergence time, that is robust to perturbations with unknown bounds. It is shown that a second-order sliding mode is established as exact finite-time convergence to the origin if the adaptive gain does not have the ability to get reduced and converge to a small vicinity of the origin if the adaptation algorithm does not overestimate the control gain. The estimate of fixed convergence time of the studied adaptive STW-like controller is derived based on the Lyapunov analysis. The efficacy of the proposed adaptive algorithm is illustrated in a tutorial example, where the adaptive STW-like controller with uniform finite/fixed convergence time is compared to the adaptive STW controller with non-uniform finite convergence time.     

Buck型变换器自适应有限时间降压控制算法研究

针对负载未知情况下Buck型DC-DC变换器系统, 基于有限时间控制技术和自适应控制技术, 提出了一种新的快速降压控制算法.首先, 基于时间尺度变换, 对系统的平均状态空间方程进行变换; 然后, 利用饱和有限时间控制理论设计出一类新的快速降压控制算法, 以实现输出电压在有限时间内收敛到参考电压.由于控制器设计过程中考虑了饱和约束条件, 使得变换器的占空比函数满足0到1之间的约束条件.对于负载未知情况, 设计了有限时间观测器以估计未知负载, 最终得到自适应式的有限时间控制算法.与PI控制结果进行了仿真对比, 验证了所提出的控制算法既具有快速的调节性能, 又具有较强的抗负载变化性能.     

一类机械臂系统自适应有限时间有界H∞跟踪控制

考虑一种电机驱动的单连杆机械臂系统在受到输出约束时的自适应有限时间H∞跟踪控制问题.一个有限时间有界H∞性能的新概念被提出,并结合障碍Lyapunov函数(BLF)、神经网络自适应技术、有限时间控制理论和H_∞控制理论,提出了一种该系统在输出受限条件下的自适应神经有限时间有界H_∞跟踪控制器设计方法,避免了许多有限时间控制文献中控制器设计时出现的奇点问题,实现了该机械臂系统的有限时间有界H_∞轨迹跟踪控制.所设计的控制器保证了系统跟踪误差能够被约束在预先给定的范围内,并且所有状态能在有限时间内收敛到平衡状态的邻域内,同时对外部扰动具有H_∞性能.仿真结果验证了所设计控制器的有效性和优越性.