欠驱动惯性轮摆系统全局滑模控制

针对欠驱动惯性轮摆的镇定控制问题,本文提出了一种新型的滑模鲁棒控制策略,可在系统受到不确定性与外界干扰影响的情况下,实现全局渐近镇定控制.区别于现有方法,本文方法无需切换,且能将无驱动的摆杆摇起至竖直向上位置的同时,确保惯性轮回到初始位置.具体而言,首先对惯性轮摆系统的非线性模型进行非奇异坐标变换,将其变为类积分器形式.随后,根据转换后系统的形式,构造了一种新型的滑模面;经严格分析知,当系统状态处于该滑模面上时,它们将渐近收敛于平衡点.在此基础之上,设计了滑模控制律以确保系统状态始终处于该滑模面上,以实现镇定控制.最后,通过仿真验证了所提控制方法的有效性与鲁棒性,并与现有方法进行了对比.     

基于级联型具有旋转激励的平移振荡器系统的滑模控制

针对欠驱动具有旋转激励的平移振荡器(TORA)系统的控制问题,本文首次提出一种全局滑模控制方法,使闭环系统在整个控制过程对外界干扰均具有鲁棒性.相比已有控制方法,本文所提方法结构简单,便于实现;而且放宽了对外界干扰的假设条件,可实现闭环系统的全局滑模控制.具体而言,本文首先将系统模型变换为由两个子系统组成的级联形式;随后,针对内环子系统设计了一种虚拟控制输入,在此基础上构造了一种新颖的滑模面并设计了相应的滑模控制器;最后,通过严格的数学分析证明了闭环系统的稳定性及系统状态的渐近收敛性,利用数值仿真测试检验了本文所提方法的控制性能.通过与已有方法进行仿真对比可知,本文方法在镇定控制与鲁棒性方面均表现出良好的控制性能.     

平面二级倒立摆的圆周行走与镇定控制

采用拉格朗日方程建立了平面二级倒立摆的非线性动力学模型, 将其在平衡位置线性化, 得到系统在两个正交控制方向解耦的近似模型. 针对每一个方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统所组成的六阶欠驱动系统, 设计了自适应滑模模糊控制器, 实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的镇定控制, 验证了该控制算法对欠驱动、不稳定、多变量耦合系统的有效性.     

欠驱动水面机器人变周期全局渐近镇定控制

为了实现欠驱动水面机器人的全局渐近镇定,首先借助微分同胚变换,将欠驱动水面机器人的镇定问题转化成对由两个串级子系统构成的二阶欠驱动系统的镇定问题.针对转换后的系统,本文提出一种光滑的变周期控制方法,以实现对该系统的全局渐近镇定.与已有文献中控制律使用常数周期的方法相比,本文方法根据系统状态实时调整控制律周期,从而提高系统在原点附近的收敛速率.随后,基于上述方法,给出了水面机器人变周期控制算法,实现原系统的全局渐近镇定.最后,仿真对比结果验证所提变周期控制方法的有效性.     

基于抗扰动补偿的转台伺服系统准滑模控制研究

针对飞行模拟转台伺服系统中存在的内部和外部扰动.在分析它们对转台伺服系统影响基础上,采用线性连续准滑模控制(LCPSM)和状态立方反馈准滑模控制(SCFPSM)两种方法对转台伺服系统进行了杭扰动补偿控制,通过与传统PID控制方法和常规滑模变结构控制方法的比较证明准滑模控制方法对于转台伺服系统中的参数摄动和外部摩擦等扰动因素具有良好的抑制和补偿作用,消除了常规滑模变结构控制中的抖振现象.     

级联RTAC系统动态神经网络辨识与分散镇定控制

针对含不确定关联项的级联RTAC系统的镇定控制问题, 提出了一种基于动态神经网络辨识的分散控制方 案. 应用拉格朗日方程建立起了考虑不确定非线性作用力的级联RTAC系统数学模型, 采用动态神经网络实现级 联RTAC系统中不确定关联项的在线辨识, 通过构造含神经网络权值矩阵迹的Lyapunov函数, 证明了辨识误差的一 致有界性. 通过动态神经网络辨识不确定关联项、补偿系统建模误差, 建立级联RTAC系统分层滑模控制算法, 以实 现级联RTAC系统的高精度分散镇定控制. 数值仿真验证了动态神经网络的引入对级联RTAC系统分散镇定控制系 统瞬态幅值抑制、稳态精度提升的效果.     

基于嵌套自适应观测器的 连铸结晶器振动位移系统有限时间容错控制

针对连铸结晶器振动位移系统存在伺服电机驱动单元等执行器故障和负载转矩扰动问题, 本文提出一种基于嵌套自适应观测器的有限时间容错策略. 首先, 设计一种嵌套自适应观测器在线估计由执行器故障和负载转矩扰动构成的综合不确定项; 其次, 采用分层设计与终端滑模相结合的方法, 分别对位移子系统和电流环子系统设计全阶滑模控制器(FOSMC)和终端滑模控制器补偿综合不确定项, 并通过引入一阶低通滤波器来提高控制信号的连续性. 理论分析表明, 本文所提容错控制策略能够保证闭环系统所有状态有限时间稳定; 最后, 通过仿真对比研究验证了本文所提控制策略的有效性.     

一类二阶非完整系统的镇定

研究一类二阶非完整系统的镇定问题. 通过状态和输入反馈变换将系统模型转换为二阶链式标准型, 并对标准型给出一种时变光滑指数镇定控制律. 所得结果应用于欠驱动平面刚体的镇定.     

不对称欠驱动水面机器人事件触发全局渐近镇定控制

本文研究了不对称欠驱动水面机器人事件触发全局渐近镇定控制问题.首先,引入坐标变换将系统全局渐近镇定控制问题转化为变换后模型欠驱动子系统的全局渐近镇定控制问题,利用周期时间函数构造时变辅助变量提出了一种时变连续的镇定控制律,并结合切换门限事件触发机制设计实际的事件触发推力与力矩控制输入使闭环系统全局渐近稳定.所提出的方法仅在系统满足触发条件时对控制器进行更新,能够节约系统资源以及减少执行器操纵次数,同时不会降低原有的控制品质.最后,通过仿真验证了所提出方法的有效性.     

平面倒立摆自适应滑模模糊控制

采用拉格朗日方程建立平面倒立摆的动力学模型，并将其在平衡位置进行线性化，得到了系统在X和Y两个正交控制方向解耦的近似模型．针对每一个控制方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统组成的欠驱动系统，设计了自适应滑模模糊控制器，实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的运动平衡控制．行走实验验证了所提出控制算法的有效性．     

Sliding Mode Control for Swing‐Up and Stabilization of the Cart‐Pole Underactuated System

This paper uses sliding mode control to accomplish the objectives of swing‐up and stabilization of the cart‐pole underactuated system. The features of underactuated systems prohibit direct application of conventional sliding mode control for fully‐actuated systems. In this paper, we design a novel sliding mode control for the cart‐pole underactuated system so that the control goals can be achieved. In addition, by simply changing the parameters of the sliding surface, we use only one sliding mode control scheme to swing up and to stabilize the cart‐pole system. Using the sliding mode dynamics and the internal dynamics, we show that the proposed sliding mode control can swing up the cart‐pole system from the stable equilibrium and can stabilize the system to the unstable equilibrium. Our simulation results on a cart‐pole system demonstrate the feasibility of the proposed sliding mode control. The proposed control schemes, the stability analysis, and the numerical simulation provide a useful guideline for designing the sliding mode control for the cart‐pole underactuated system.     

基于自适应滑模的欠驱动无人艇轨迹跟踪控制算法

针对欠驱动水面无人艇在航行过程中存在的海洋环境干扰、数学模型参数不确定、执行器故障等问题,提出了一种基于扰动观测器与神经网络技术的自适应滑模轨迹跟踪策略。在无人艇三自由度模型的基础上,结合视线制导率,提出了一种新的轨迹跟踪制导策略。采用自适应滑模控制技术设计了欠驱动无人艇轨迹跟踪控制器,有效地抑制了执行器衰减故障对无人艇控制系统的影响;同时运用了非线性扰动观测器和自适应径向基函数神经网络分别对无人艇受到的外界干扰和模型参数不确定性进行补偿和拟合,提高了控制系统的抗干扰能力。基于Lyapunov定理证明了所设计的控制系统的稳定性,并在MATLAB中进行了仿真测试。仿真结果表明,所提出的轨迹跟踪控制算法可以在较为复杂的环境下实现对欠驱动无人艇的精准控制;相较于对比算法,位置的平均跟踪误差减小了80%以上,具备较高的稳定性和鲁棒性。     

TORA系统基于自调节滑模干扰补偿器的解耦滑模控制

针对欠驱动TORA系统,提出一种基于自调节滑模干扰补偿器的解耦滑模控制方法。所提出的控制方法无需系统不确定性上界的先验信息,对于系统不确定性具有良好的适应性。该控制方法包括设计一种自调节滑模干扰补偿器和一种新型的双幂次趋近律,所设计的自调节滑模干扰补偿器能够利用切换增益自适应算法准确逼近上界未知的系统不确定性,所提出的新型双幂次趋近律能够保证系统状态的快速趋近并抑制控制器的高频抖动。采用Lyapunov稳定性理论证明闭环控制系统的稳定性,并通过数值仿真实验验证所提出的控制方法的有效性。     

Pd Control For Active Vibration Damping In An Underactuated Nonlinear System

A Lyapunov based control approach is proposed for the specification of the constant gains of an asymptotically stabilizing Proportional‐Derivative (PD) controller, devised to damp the oscillations of an underactuated nonlinear mechanical system. The system consists of a rigid beam, sliding on the interior of a spherical surface, and an actuated cart, located over the beam, which acts as an active vibration damping element.     

Vibration damping in manipulation of deformable linear objects using sliding mode control

In this paper, we proposed a position-based control strategy for eliminating the vibration at the end of deformable linear objects (DLOs) during its manipulation. Using Schur decomposition of matrices and linear transform of variables, actuated and underactuated parts of the DLO dynamic model are separated. Based on the decoupled dynamic model of a DLO system, a sliding mode control with exponential approach law is designed to force the state variables to converge to an equilibrium and to allow vibration at the end of the DLO to be damped quickly. The DLO system, subjected to control input saturation, is further studied to solve the input saturation problem. An adaptive sliding mode control law is designed to suppress the damping at the end of the DLO. Proposed control strategies are verified by numerical simulations. The simulation results show that proposed methods can effectively damp the vibration at the end of the DLO.     

水平欠驱动机械臂的反步自适应滑模控制

针对二自由度水平欠驱动机械臂系统,提出了基于分层滑模控制思想的反步自适应滑模控制方法．该方法能够在不对系统状态模型进行复杂坐标变换,并且没有约束方程限制的前提下实现对欠驱动系统的反馈滑模控制．仿真结果表明了该方法的有效性,而且优化后的控制器具有较好的适应性和控制效果．     

Reduced‐order sliding function design for a class of nonlinear systems

In this paper, the design of first order sliding mode control (SMC) and twisting control based on the reduced order sliding function is proposed for the robust stabilization of an class of uncertain nonlinear single‐input system. This method greatly simplifies the control design as the sliding function is linear, which is based on reduced order state vector. The nonlinear system is represented as a cascade interconnection of two subsystems driving and driven subsystems. Sliding surface and SMC are designed for only the driving subsystem that guarantees the asymptotic stability of the entire system. To show the effectiveness of the proposed control schemes, the simulation results of translational oscillator with rotational actuator are illustrated.     

基于免疫优化的平面Acrobot线性自抗扰鲁棒镇定

针对受不确定性影响的平面Acrobot机器人,提出一种基于免疫优化的线性自抗扰鲁棒控制设计方法,实现机器人末端点从任意初始位置到达并镇定在目标位置.首先,借助驱动关节与被动关节角度之间的状态约束获取机器人末端点位置与驱动关节角度的对应关系,使末端点的位置控制转换为驱动关节的角度控制;其次,为缩短运动路径加入最小角度位移限制条件,设计免疫算法求解目标位置所对应的驱动关节角度的最小期望值;再次,引入线性自抗扰控制技术,把机器人的模型不确定性、未知干扰等因素视为一个新的扩张状态变量,设计线性扩张状态观测器和基于状态误差的反馈控制器,在仅驱动关节角度可测的情况下实现Acrobot的鲁棒镇定;最后,通过仿真实验验证所提出方法具有更好的鲁棒控制性能.