一种基于齐次系统理论的二阶离散超螺旋控制算法

相比于传统滑模控制算法,超螺旋控制算法可以对系统的干扰进行精确估计并补偿,因此可以显著提高闭环系统的抗干扰能力.然而,对于采样控制系统,由于采样频率的限制,离散超螺旋控制算法在性能方面受到限制.本文基于齐次系统理论提出了一种改进的离散超螺旋控制算法.通过引入一个可自由调节的分数幂参数,基于齐次系统理论,证明了所提出的改进控制算法可以使得闭环系统具有更高的控制精度.仿真实例验证了理论的正确性.     

基于拟连续高阶滑模的高超声速飞行器再入姿态控制

考虑模型参数不确定和外界干扰对再入制导控制性能的影响,基于拟连续高阶滑模控制策略对高超声速飞行器的再入制导控制问题进行了研究.首先,给出再入制导指令的设计过程.其次,基于再入飞行特性对模型进行简化,获得面向控制的姿态模型,在此基础上,通过引入新的控制变量,设计解耦滑模面,实现姿态间的解耦.再次,为了削弱控制抖振,通过引入虚拟控制,对系统进行增广,基于齐次性理论设计拟连续三阶滑模再入姿态控制器,确保系统在有限时间实现对制导指令的稳定跟踪.最后,六自由度再入飞行器的制导控制一体化仿真结果表明,本研究给出的控制策略在不影响系统鲁棒性的同时,能够实现对标称轨迹和再入姿态的综合控制.     

桥吊时变滑模控制过程的优化建模仿真研究

利用传统方法对桥吊时变滑模控制策略中会产生收敛速度慢,控制作用不连续,误差大等诸多缺憾.针对这一问题,提出基于螺旋算法的桥吊时变滑模控制模型,在二阶超螺旋算法的基础上引入了新的高阶滑模控制律,跟踪了误差的高阶导数,建立滑动量,保证了控制的精度.仿真结果证明利用改进后的模型对桥吊时变滑模控制,具有控制过程收敛速度快、控制作用平滑连续等优势.     

再入飞行器姿控系统的准连续高阶滑模设计

针对存在参数不确定性和外扰的飞行器再入姿态控制问题,提出一种基于准连续高阶滑模的控制方案.首先基于奇异摄动理论将姿态控制系统分为快、慢两回路;随后在慢回路滑模控制系统设计中利用范数型切换函数代替符号函数以使虚拟控制量平滑连续;在快回路设计中,基于积分型快速终端滑模、反馈控制和准连续高阶滑模控制理论设计快回路控制系统.理论分析和仿真结果均表明,该控制方案在增强系统鲁棒性的同时能够有效削弱系统抖振.     

高阶滑模控制理论综述

滑模控制方法因其结构简单且对系统不确定及外部扰动具有良好的鲁棒性受到人们的广泛关注. 因此, 目前正处于飞速发展阶段. 首先, 本文回顾了滑模控制理论的起源, 简单介绍了传统一阶滑模控制方法的发展; 其次, 列举了几种常用的二阶滑模控制方法, 并介绍了其工作原理; 接着, 总结了高阶滑模控制理论的研究现状, 主要包括齐次性算法和继电–多项式算法的研究成果; 最后, 结合高阶滑模控制方法中需要克服的问题, 讨论了未来可能的研究方向.     

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。     

多输入多输出非线性不确定系统连续高阶滑模控制

针对一类MIMO非线性不确定系统,提出一种新的连续高阶滑模控制算法.引入状态反馈使得系统高阶滑模控制问题等效转换为多变量不确定积分链的有限时间稳定问题,首先针对标称系统设计有限时间到达连续控制律,实现系统状态快速收敛,然后采用多变量非解耦形式超螺旋算法克服系统不确定性,实现鲁棒性,最终使得系统控制作用连续、滑模抖振得以大大抑制.基于二次型Lyapunov函数证明系统的有限时间稳定性.针对三阶不确定系统有限时间稳定和气垫船圆形航迹跟踪问题分别进行了仿真,验证了所提算法的有效性、鲁棒性.     

基于准连续高阶滑模的可重复使用运载器再入姿态控制

针对可重复使用运载器再入段的姿态控制问题,提出一种基于准连续高阶滑模的控制方法。将姿态控制系统分为两个回路,分别为角度控制回路与角速度控制回路。角度回路作为外回路产生角速度指令,角速度回路作为内回路跟踪外回路产生的角速度控制指令。为了提高系统的鲁棒性,对两个回路分别设计滑模控制器。外回路中设计基于低通滤波的终端滑模控制方法,以获得平滑的控制量作为角速度指令。内回路设计增加系统相对阶的准连续高阶滑模方法,使控制律中不直接含有符号函数项,保证系统稳定的同时减弱控制器抖振。在具有外界干扰与参数不确定的情况下,使用本文提出的方法进行仿真试验,仿真结果证明了所提出方法的有效性。     

用于永磁同步电机的一种非奇异高阶终端滑模观测器

本文提出一种高阶非奇异终端滑模观测器,用来估计永磁同步电机控制系统的转子位置和转速．采用高阶非奇异终端滑模观测器,使得控制系统不必外加低通滤波器,就可获得平滑的反电动势估计值,进而,根据反电动势方程,求解出转子位置和转速．和传统滑模观测器相比,高阶非奇异终端滑模观测器避免了反电动势估计值的相位滞后,提高了转子位置和转速的观测精度．仿真结果表明,高阶非奇异终端滑模观测器具有快速收敛性及更高的跟踪精度,同时消除了系统的抖振．     

永磁同步电机的高阶终端滑模控制方法

提出一种基于高阶终端滑模的永磁同步电机转速控制方法, 提高了系统的鲁棒性和响应速度. 根据矢量控制原理, 设计了非奇异终端滑模面, 使得电机转速、直轴电流、交轴电流在有限时间内达到给定值. 同时, 采用高阶滑模消除抖振, 保证系统的稳定性. 仿真结果表明, 和PI控制方法相比, 电机转速能够更快地跟踪给定值, 并且, 系统对于负载扰动具有较强的鲁棒性.     

二阶滑模控制在直流无刷电机转速调节中的应用

针对受参数不确定和负载扰动影响的直流无刷电机的鲁棒速度控制问题,采用二阶滑模控制中的超螺旋算法设计速度控制器。控制器将不连续控制作用在滑模量的二阶微分上,不但保持了传统一阶滑模的性能,而且消弱了系统抖振。仿真结果表明,算法对负载和参数的变化具有很强的鲁棒性,有效地消弱了传统滑模的抖振现象。     

永磁同步直线电机的分数阶超螺旋滑模控制

为了提高永磁同步直线电机的跟踪性能,增强系统的鲁棒性,本文提出了分数阶超螺旋滑模控制策略.首先,针对外部扰动以及系统的未知状态设计广义超螺旋观测器,其能够精确估计永磁同步直线电机的速度和外部扰动.其次,将分数阶理论和终端滑模控制理论相结合,提出有限时间收敛的分数阶超螺旋滑模控制器,以实现永磁同步直线电机的跟踪控制.最后,通过仿真对比验证所提方案的有效性.     

新型有限时间收敛滑模扩张状态观测器研究

针对一类具有量测噪声的非线性不确定系统,设计了基于新型滑模扩张状态观测器的Terminal滑模控制方案．首先对系统进行两次状态扩张,然后设计一种新型滑模扩张状态观测器,通过采用特殊的滑模面保证观测误差在有限时间内收敛到零．在此基础上,设计Terminal滑模控制器,使系统状态也能在有限时间内收敛到零．严格的理论证明和仿真结果均证明了所设计新型滑模观测器及闭环控制方案的有效性和快速性．     

基于二阶滑模观测器的连续系统故障估计

针对传统的滑模观测器在实现故障估计时带来的抖振问题,设计基于super-twisting算法的二阶滑模观测器以稳定地估计出故障。针对以往利用几何或齐次性方法证明super-twisting算法稳定性过程繁琐的缺点,采用Lyapunov函数来证明稳定性。给出的故障估计结果克服了传统的滑模观测器在估计故障时带来的时延或引进新参数等缺点。最后,将所提出的方法应用于某型飞控系统,结果表明了所提出方法的有效性。     

永磁同步电动机混沌系统光滑二阶滑模控制

提出基于二阶滑模的控制方法控制永磁同步电动机（PMSM）中的混沌现象。利用Lyapunov函数构造了一种新的滑模面,能保证在滑模面上系统状态在有限时间内稳定到原点。控制器的设计采用了光滑二阶滑模方法,控制输入为光滑的函数,能有效消除抖振现象。仿真的结果也验证了控制方法的有效性。     

AN ASYMPTOTIC SECOND‐ORDER SMOOTH SLIDING MODE CONTROL

Presented is a method of smooth sliding mode control design to provide for an asymptotic second‐order sliding mode on the selected sliding surface. The control law is a nonlinear dynamic feedback that in absence of unknown disturbances provides for an asymptotic second‐order sliding mode. Application of the second‐order disturbance observer in a combination with the proposed continuous control law practically gives the second‐order sliding accuracy in presence of unknown disturbances and discrete‐time control update. The piecewise constant control feedback is “smooth” in the sense that its derivative numerically taken at sampling rate does not contain high frequency components. A numerical example is presented.     

大型空间飞行器的高阶滑模姿态控制律设计

针对大型空间飞行器的大角度姿态控制问题,考虑航天器惯量矩阵中的不确定性和外部扰动力矩,应用高阶滑模控制方法设计了姿态跟踪控制律.采用的二阶滑模控制方法改善了系统针对不确定性及外部扰动的鲁棒性,并减弱了振颤现象.针对所设计的控制器进行了仿真验证,并与一阶滑模控制进行了对比,仿真结果表明了所提出方法的有效性.