一类具有参数不确定n阶多输入多输出非线性系统的Terminal滑模控制

针对一类具有参数不确定的n阶MIMO非线性系统,提出了一种Terminal滑模控制方案.该方案通过对滑模超平面的选取和Terminal滑模控制律的设计,不但确保了闭环系统滑模阶段的存在性,而且还保证了系统状态误差在有限时间内的收敛性,由于无论何种情况下系统的初始状态均在Terminal滑模面上,从而消除了其他滑模控制方法常有的到达阶段,使得闭环系统具有全局鲁棒性和稳定性.除此之外,重点克服了控制输入的系数函数矩阵与不确定参数的关联问题.仿真结果表明,该控制方案可消除外部扰动及参数不确定的影响,控制系统各状态变量有效地跟踪期望状态.     

一类非线性不确定系统的非奇异Terminal滑模控制

针对一类二阶非线性系统提出新的Terminal滑模控制面以克服传统的Terminal滑模控制的奇异问题，同时确保系统从任何初始状态能在有限时间内收敛至平衡点．进一步考虑系统参数摄动和外界扰动等不确定性因素上界的未知性，用Lyapunov稳定性方法给出了一个带有未知性上界参数估计的自适应非奇异Terminal滑模控制（NTSM）控制．最后通过实例比较三种滑模控制方法，仿真结果验证了非奇异Terminal滑模控制能克服传统的Terminal滑模控制的奇异问题，并说明了自适应非奇异Terminal滑模控制的有效性和可行性．     

捕获目标卫星后组合体航天器模糊神经网络滑模控制

探讨了漂浮基空间机械臂系统在轨捕获参数未知目标卫星后组合体航天器的镇定控制问题.首先在耦合空间机械臂系统捕获目标卫星操作过程动量、冲量的传递的基础上,建立了适用于漂浮基空间机械臂系统在轨捕获漂浮卫星控制系统设计的组合体航天器数学模型.利用该模型,设计了一种基于模糊高斯基神经网络的非奇异Terminal滑模控制算法.提出的控制算法不仅不要求系统动力学方程关于惯性参数呈线性函数关系,而且也不需要预知系统惯性参数;由于利用神经网络的自学习能力修正模糊控制的控制规则和隶属函数,这样在系统参数识别中,模糊神经网络可减少模糊规则数,更适应于空间机械臂系统在轨捕获的实际应用.最后通过仿真试验对比结果验证了所提出的控制算法的有效性.     

漂浮基空间机械臂的反演滑模容错控制

讨论了载体位置不受控制的情况下,漂浮基三杆空间机械臂系统的滑模容错控制问题.选择合适的坐标系,利用拉格朗日第二动力学方程,结合系统质心定义,根据系统动量守恒原理,建立漂浮基三杆空间机械臂系统的动力学方程.依据非奇异滑模控制和积分滑模控制理论提出切换函数,基于反演的控制策略,结合高阶滑模控制理论,提出了一个新型的控制率,实现了对空间械臂系统的稳定控制.该控制方法同时具有了高阶滑模控制、非奇异滑模控制和积分滑模控制的特性,抖震小、非奇异并且响应速率快.为了实现在故障函数、故障大小未知的状态下,依旧能够实现稳定控制,提出了一个新的自适应率,该自适应率提高了系统对故障的容错能力.最后通过MATLAB仿真验证了所提出的控制方法的有效性,证明了在机械臂发生故障的情况下能够快速、稳定的实现轨迹控制,并且具有较高的精度.     

基于扰动和摩擦补偿的柔性机械臂系统非奇异快速终端滑模控制

本文针对系统中存在的关节摩擦、动力学参数不确定性和外部负载干扰等因素引起的柔性机械臂系统控制性能下降的问题,提出了一种基于扰动和摩擦补偿的非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC-DE-FC).首先,设计扰动估计器(DE)对系统未知动态参数和负载干扰进行估计.然后,针对扰动估计器不能精确估计的关节摩擦力矩进行辨识.最后,利用滑模控制技术设计非奇异快速终端滑模控制器,并将扰动估计值和摩擦力辨识值以前馈的方式进行补偿,实现对柔性机械臂系统给定参考轨迹跟踪的准确性以及对外界扰动的鲁棒性.值得注意的是,与传统只使用扰动估计器的方法相比,本文考虑到了摩擦力等非线性因素的影响,并利用辨识技术对摩擦力进行辨识,提高了控制精度.利用Lyapunov稳定性定理从理论上证明了所设计的控制器可以保证闭环系统的稳定性.实验结果表明,相较于非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC)和基于扰动估计器的非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC-DE),所提方法提高了柔性机械臂系统的轨迹跟踪性能.     

有限时间收敛的Terminal滑模控制设计

讨论了一类SISO非线性系统的滑模变结构控制有限时间收敛问题,提出一种新的Terminal滑动模态及相应控制的设计方法,可用于带有外部扰动的二阶非线性系统。研究结果表明,系统状态在滑模面上能以较快的速度达到平衡点,在滑模面上到达平衡点的时间均是有限的,并且与普通的Terminal滑模相比,在滑模面上能以更短的时间到达平衡点。仿真结果表明了所提方法的有效性。     

自适应时变Terminal滑模控制研究

针对Terminal滑模控制到达阶段鲁棒性不强的问题,提出了时变Terminal滑模控制方法。分析Terminal滑模面的设计参数对系统性能的影响,提出一种非线性时变Terminal滑模面的设计方法。为了消除多输入多输出(MIMO)非线性系统的不确定,构建动态干扰观测器系统,根据干扰观测误差在线调节参数,从而在线逼近外部干扰,证明了逼近误差一致最终有界。采用倒立摆系统进行仿真验证,提出的自适应时变Terminal滑模控制方法比传统的PID控制镇定时间缩短80%,且无超调。仿真结果表明,所提方法可以用于MIMO非线性系统的控制。     

不确定扰动分数阶混沌系统自适应Terminal滑模同步

针对带扰动不确定分数阶混沌系统的同步问题,基于自适应Terminal滑模控制,设计了一种分数阶非奇异Terminal滑模面,保证误差系统沿着滑模面在有限时间内稳定至平衡点,在系统外部扰动和不确定性的边界事先未知的情况,设计了自适应控制率,在线估计未知边界,使得同步误差轨迹能到达滑模面。最后,以三维分数阶Chen系统和四维分数阶Lorenz超混沌系统为例,利用所设计的自适应Terminal滑模控制器进行同步仿真,验证了所给方法是有效性和可行性。     

双臂机器人协调轨迹滑模鲁棒控制算法研究

双臂机器人控制时,受模型精度、外界扰动、关节柔性等因素影响严重,为了降低内外部因素对双臂协调控制性能的干扰,提出了一种关节轨迹滑模鲁棒控制算法.由于滑模控制善于求解非确定系统,因此适用于难以获得精确模型,且外界扰动未知的机械臂协调控制.在机械臂动力模型与偏差分析的基础上,把关节惯性、离心和重力表示为轨迹控制时的预期输出量,控制力矩表示为鲁棒因子,并根据角位置偏差设计滑模变量与指数趋近律.为避免滑模控制产生抖振,引入自整定边界层,使滑模控制机械臂轨迹收敛于边界层,计算得到最终的控制量与扰动量.基于与构造双臂机器人仿真模型,实验结果验证了关节轨迹滑模鲁棒控制算法能够抑制双臂机器人动作时受到的内外部扰动,避免发生系统抖振现象,有效提高机械臂的控制准确性与稳定性,获得更加协调稳定的双臂运动轨迹.     

空间柔性机械臂高阶滑模干扰观测器轨迹跟踪

在空间漂浮状态时机械臂载体姿态均不受控的条件下,针对机械臂在关节空间内轨迹跟踪及振动抑制等问题,提出了一种基于空间机械臂改进高阶滑模干扰观测器控制策略。利用拉格朗日方程及动量守恒定律建立机械臂运动学数学模型,对误差估计值进行修正,设计干扰观测器,根据机械臂末端轨迹设计合理的高阶滑模面及滑模函数。针对设计的观测器进行模拟仿真实验,并改变理想轨迹,使其在复杂曲线中运行。仿真结果表明:高阶滑模干扰观测器可应用于更为复杂的工作空间中,并更有效、精确地实现了轨迹跟踪任务。     

漂浮基空间机器人自适应RBF 网络终端滑模控制

主要研究漂浮基空间机器人对工作空间连续轨迹跟踪控制问题．针对系统动力学模型中非线性项未知，以及参数不确定性和外界扰动无法估计的情况，提出了基于自适应RBF网络终端滑模控制方法．该方法结合了非线性滑动流形与径向基函数特性，利用自适应RBF网络在线学习系统中的不确定性，使得无需精确的动力学模型亦能保证系统在有限时间内快速稳定．根据Lyapunov方法设计的自适应增益保证闭环控制系统具有全局稳定性，并且有效抑制抖振现象．针对6关节空间机器人的轨迹跟踪控制仿真表明，提出的自适应RBF网络终端滑模控制方法能够基于不完整动力学模型实现高精度轨迹跟踪，且误差在有限时间内快速收敛，系统抖振也得到了有效抑制．     

基于混沌遗传算法的柔性机械手滑模控制器优化设计

针对柔性机械手动力学方程的非最小相位特点,本文提出一种柔性机械手的终端滑模控制方法,将关节电机转角和柔性模态变量的线性组合定义为柔性机械手系统的输出.通过输入输出线性化,将系统分解为输入输出子系统和零动态子系统.设计终端滑模控制策略,使输入输出子系统在有限时间收敛到零;利用混沌遗传算法优化控制器的设计参数,使零动态了系统在甲衡点附近渐近稳定,从而保证整个系统的渐近稳定.本文提出的方法设计过程简单,易于实现.仿真结果证明了设计的有效性.     

参数不确定柔性机械手的终端滑模控制

针对参数不确定双臂柔性机械手系统, 提出一种基于遗传算法的终端滑模控制方法, 以实现其末端控制.基于输出重定义方法, 通过输入输出线性化, 将系统分解为输入输出子系统和内部子系统. 设计终端滑模控制策略,使输入输出子系统有限时间内收敛到零, 内部子系统变为零动态子系统; 采用遗传算法优化零动态子系统参数, 使其在平衡点附近渐近稳定. 根据Lyapunov稳定性理论算出末端输出位移的误差范围. 仿真结果证明该方法有效性.     

柔性臂漂浮基空间机器人建模与轨迹跟踪控制

利用拉格朗日法和假设模态方法建立了末端柔性的两臂漂浮基空间机器人的非线性动力学方程．通过坐标变换,推导出一种新的以可测关节角为变量的全局动态模型，并在此基础上运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法得到关节相对转角与柔性臂的弹性变形部分解耦形式控制方程．最后，讨论了柔性臂漂浮基空间机器人的轨迹跟踪问题，并通过仿真实例计算,表明该模型转换及控制方法对于柔性臂漂浮基空间机器人末端轨迹跟踪控制的有效性．     

Adaptive control of free-floating space manipulators using dynamically equivalent manipulator model

In this paper, adaptive control of free-floating space manipulators is considered. The dynamics based on the momentum conservation law for the free-floating space manipulator has non-linear parameterization properties. Therefore, the adaptive control based on a linear parameterization model cannot be used in this dynamics. In this paper, the dynamics of the free-floating space manipulator system are derived using the Dynamically Equivalent Model (DEM) approach. The DEM is a fixed-base manipulator system and allows us to linearly parameterize the dynamic equations. Using this linearly parameterized dynamic equation, an adaptive control method is developed to control the system in joint space. Parameter identification and torque calculations are done using the DEM dynamics. Simulations show that the tracking errors of the manipulator joints to a given desired trajectory become zero when the calculated torques act on the joints of the space manipulator system.     

对带有死区的机械臂系统的快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制

针对带有死区的机械臂系统轨迹跟踪问题,提出了一种快速非奇异终端滑模控制方法。首先,选取基于非奇异终端滑模框架的快速非奇异终端滑模,保证了系统状态能够在有限时间内收敛到零,并且在没有添加任何辅助措施的情况下避免了控制律的奇异问题;其次,通过将原控制律中的符号函数替代成饱和函数而获得连续的控制信号,消除了抖振;最后,仿真结果验证了所提出的方法的有效性。     

柔性机械手的鲁棒控制器设计

针对柔性机械手的动力学方程具有非最小相位的特点，运用重新定义的柔性机械手系统的输出，通过输入输出线性化，将系统分解为输入输出子系统和零动态子系统．考虑到柔性机械手系统存在的不确定性，设计终端滑模控制器，使输入输出子系统在有限时间内收敛到零．最优组合输出系数采用混沌遗传算法优化，以保证零动态子系统在平衡点附近渐近稳定，从而保证整个系统渐近稳定．仿真结果证明了设计方法的有效性．     

A scheme for robust trajectory control of space robots

This paper presents a scheme for robust trajectory control of free-floating space robots. The idea is based on the overwhelming robust trajectory control of a ground robot on a flexible foundation and robust foundation disturbance compensation presented elsewhere. No external jets/thrusters are required or used in the scheme. An example of a three-link robot mounted on a free-floating space platform is considered for demonstrating the efficacy of the control scheme. Bond graph technique has been used for the purpose of modeling and simulation. Robustness of the control scheme is guaranteed since the controller does not require the knowledge of the manipulator parameters.     

A Robust Adaptive Terminal Sliding Mode Control for Rigid Robotic Manipulators

In this paper, a robust adaptive terminal sliding mode controller is developed for n-link rigid robotic manipulators with uncertain dynamics. An MIMO terminal sliding mode is defined for the error dynamics of a closed loop robot control system, and an adaptive mechanism is introduced to estimate the unknown parameters of the upper bounds of system uncertainties in the Lyapunov sense. The estimates are then used as controller parameters so that the effects of uncertain dynamics can be eliminated and a finite time error convergence in the terminal sliding mode can be guaranteed. Also, a useful bounded property of the derivative of the inertial matrix is explored, the convergence rate of the terminal sliding variable vector is investigated, and an experiment using a five bar robotic manipulator is carried out in support of the proposed control scheme.