无人驾驶飞行器姿态的非线性扰动抑制控制

本文研究了无人驾驶飞行器(unmanned aerial vehicle,UAV)的姿态跟踪控制问题.针对在飞行器姿态跟踪时存在的系统模型不确定性和外界扰动,提出了一种基于四元数的姿态跟踪控制方法,基于UAV的姿态误差模型分别设计系统的观测器和控制器.首先,以四元数为姿态参数建立系统的非线性误差模型;在此基础之上,设计一种非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDOB)用以在线估计误差模型中的复合扰动,并在控制输入端进行相应的补偿.然后通过设计非线性广义预测控制律设镇定误差系统,实现姿态跟踪.最后基于频域理论分析了非线性干扰观测器的扰动抑制性能.仿真与实验结果表明本文提出的方法在系统存在复合扰动的情况下能使系统姿态有效的跟踪期望值.     

基于神经网络干扰观测器的动态逆飞行控制

对新一代歼击机提出了基于神经网络干扰观测器的动态逆飞行控制器设计方案.首先采用RBF神经网络设计干扰观测器,使其输出能够逼近动态逆误差;然后基于干扰观测器的输出设计动态逆飞行控制系统,该系统能克服动态逆误差对飞行控制带来的不利影响;最后将所设计的飞行控制系统用于新一代歼击机的机动飞行仿真,仿真结果表明该飞行控制系统是有效的.     

基于改进型非线性干扰观测器的爬壁机器人轨迹跟踪

针对爬壁机器人建模不准确及容易受外部扰动的影响造成位置及姿态误差的问题,提出了一种基于改进型非线性干扰观测器的轨迹跟踪控制方案.首先通过反演控制设计了一个运动学控制器为机器人动力学控制提供参考质心速度与角速度.其次应用改进型非线性扰动观测器作为前馈控制对建模误差及外部扰动进行估计,并保证扰动误差以指数形式收敛.最后针对引入干扰观测器的动力学模型设计了滑模控制器.该方案对外界干扰进行了快速补偿,并通过Lyapunov定理证明了其稳定性.仿真结果表明该控制方法对于克服建模误差及外界干扰具有较好的效果.     

基于干扰观测器的高超音速飞行器鲁棒反步控制

针对高超音速飞行器严格反馈不确定非线性MIMO系统,提出一种基于干扰观测器的鲁棒反步控制方法。该方法采用超扭曲算法设计干扰观测器以估计系统复合干扰,观测误差有限时间收敛。设计非线性反步控制律,引入鲁棒项使得系统满足干扰到性能输出的L2增益不超过设定的正实数,满足耗散不等式,使闭环系统跟踪误差一致最终有界稳定。仿真结果表明,所设计的控制律可以有效抑制系统复合干扰的影响,设计方法可行。     

基于干扰观测器的不确定线性多变量系统控制

针对不确定线性多变量系统,提出一种基于干扰观测器(Disturbance observer,DOB)的保证系统内部稳定性的控制策略.以简单的结构和少量的计算代价实现鲁棒的控制效果,补偿外界干扰以及内部模型误差.通过引入一个闭环稳定性等价系统,辅助分析基于干扰观测器的多变量控制系统的内部稳定性,探讨在存在外部扰动及内部模型不确定性的情况下系统保证内部稳定的充分条件,指导外环控制器及内环干扰观测器中Q滤波器的设计.通过数值模型上的仿真验证了提出的控制方法的有效性.     

基于干扰观测器的一类不确定仿射非线性系统有限时间收敛backstepping控制

针对一类不确定仿射非线性系统的跟踪控制问题,提出一种基于干扰观测器的有限时间收敛backstepping控制方法.为增强小脑模型(CMAC)泛化和学习能力,将非对称高斯函数和模糊理论相结合,给出非对称模糊CMAC结构,设计干扰观测器实现系统未知复合干扰在线准确逼近;基于非对称模糊CMAC干扰观测器,给出有限时间收敛backstepping控制器设计步骤,利用Lyapunov稳定理论证明闭环系统稳定性,其中采用非线性微分器获取虚拟控制量滤波和微分信息以避免backstepping设计中的微分“膨胀问题”,设计辅助系统修正因微分器带来的误差对系统跟踪性能影响,引入基于障碍型函数的自适应滑模鲁棒项抑制复合干扰估计偏差对跟踪误差的影响;将所提方法应用于无人机飞行控制仿真实验,结果表明所提方法的有效性.     

轮式移动机器人固定时间轨迹跟踪控制

针对存在外部干扰的轮式移动机器人轨迹跟踪控制问题,提出一种固定时间轨迹跟踪控制方案.首先,对于轮式移动机器人的运动学误差模型,基于一种新颖的积分滑模面设计固定时间运动学速度控制器,使跟踪误差在固定时间收敛到原点所在的邻域内;其次,对于轮式移动机器人的动力学模型,设计固定时间干扰观测器对外部干扰信息进行估计,提出一种固定时间轨迹跟踪控制器,以确保动力学系统的固定时间稳定性,实现轮式移动机器人的高精度轨迹跟踪控制;最后,通过仿真结果验证所设计的轨迹跟踪控制方案的有效性.     

基于观测器的非线性系统神经网络鲁棒控制

提出一类不依赖于模型的状态观测器，通过分析其根轨迹和极点要求配置合适的参数，该观测器本身是一个能提取高阶微分的高阶微分器．基于Lyapunov稳定性理论设计了使闭环系统渐近稳定，对模型变化和扰动具有鲁棒性的神经网络自适应控制器．该控制器不仅考虑了闭环系统的输出和设定输入误差的微分，而且考虑了误差的高阶微分，从而提高了控制品质．最后通过仿真例子验证了所提出理论的正确性．     

基于ESO的BTT导弹自动驾驶仪滑模反演设计

针对BTT导弹非线性动力学模型中的参数不确定性及系统存在未知外部干扰的问题,提出了一种基于扩张状态观测器的反演滑模控制设计方法。将系统参数不确定性和未知外界干扰作为系统的复合干扰,采用扩张状态观测器估计系统的复合干扰,并实时补偿。利用Lyapunov方法证明系统的稳定性。设计的控制器算法简单、计算量小,更易于实际工程应用。仿真结果表明,设计的控制器对导弹控制系统受到的复合干扰具有较强的鲁棒性和稳定性,满足导弹姿态快速机动和高稳定度的控制要求,性能指标明显优于滑模反演控制器。     

基于super-twisting算法的多航天器姿态有限时间 分布式协同控制

针对受外界干扰和执行器故障影响的多航天器姿态协同控制问题,本文设计了一种基于干扰观测器的分布式协同supper-twisting滑模控制器.首先,将各航天器的外界干扰和执行器故障看作一个集总干扰,设计自适应滑模干扰观测器对其进行估计.其次,将supper-twisting算法和积分滑模面相结合,设计一种基于多航天器姿态一致性误差的分布式协同控制器,并由Lyapunov稳定性理论证明了所设计的多航天器姿态可以在有限时间内收敛到平衡点附近的邻域内.最后的仿真研究及比较结果表明,所设计的控制器可以加快系统的收敛速度,并提高系统的控制精度.     

基于神经网络干扰观测器的一类不确定非线性MIMO系统H_∞跟踪控制

针对一类具有未知外部干扰及内部不确定性的非线性MIMO系统,提出了基于神经网络干扰观测器的鲁棒跟踪控制方法,用于降低控制器对干扰的要求.设计了基于神经网络的干扰观测器,以逼近由外部干扰、内部不确定性和子系统的交叉耦合组成的复合干扰.根据Lyapunov稳定性理论的参数更新律及所设计的控制器,保证了系统中所有信号的最终一致有界性,并获得了给定的跟踪性能指标.仿真结果证明了该方法的有效性.     

事件触发策略下多AUV抗干扰固定时间编队控制

针对多AUV编队控制的模型参数不确定及未知海流干扰的问题, 提出基于固定时间模糊干扰观测器的事 件触发编队控制方法, 该方法可保证编队控制在固定时间内收敛. 首先, 构造了固定时间模糊干扰观测器处理系统 的集总扰动, 实现固定时间内对扰动的精确估计. 在扰动观测器的基础上, 将指令滤波器与反步法结合, 消除了多次 求导产生的计算爆炸问题; 其次, 为了降低网络传输资源能耗, 将事件触发机制引入多AUV编队控制中, 设计具有 固定时间收敛性能的分布式编队控制器, 且系统收敛时间仅取决于控制器设计参数, 并经理论证明无Zeno行为; 最 后通过多AUVs编队仿真实验, 证明了所提出算法的有效性和合理性.     

一种基于前馈－反馈复合控制方式的制动稳定性控制方法

设计了一种前馈—反馈复合控制结构，将直接横摆力矩控制和主动前轮转向控制相结合以提高制动稳定性．控制器将前轮转向角视为输入，将外部侧向干扰力和力矩作用视为扰动，通过前馈校正补偿转向角引起的状态变化；同时建立扰动状态观测器，采用反馈控制校正消除外部扰动引起的状态误差．仿真试验证实这种控制方法在提高制动稳定性方面有良好的效果．     

基于扰动观测器补偿的机械臂非奇异快速终端滑模控制

针对机械臂系统在实际应用中存在的建模误差及未知扰动问题, 设计了一种基于扰动观测器的改进型非 奇异快速终端滑模控制策略. 通过扰动观测器准确估计系统存在的总扰动, 并设计恰当的非线性增益函数使扰动观 测误差指数收敛, 实现了对控制器的前馈补偿. 考虑到终端滑模存在的奇异性问题, 结合扰动观测器设计了非奇异 快速终端滑模控制器, 在保证跟踪误差有限时间收敛的同时抑制了滑模控制固有的抖振现象. 同时在控制器设计过 程中, 用fal函数代替sig函数有利于削弱滑模控制抖振, 提高系统稳定性及跟踪精度. 最后, 利用MATLAB软件进行 实验仿真, 验证了所设计控制器的有效性.     

基于滑模干扰观测器的直流电机系统复合控制

随着直流电机设备在农林业、制造工业和航空航天领域应用得越来越广泛,实际工程对其性能的要求也越来越高。针对直流电机系统控制中面临的建模误差、参数摄动以及摩擦力矩干扰问题,提出一种滑模干扰观测器(SMDOB,sliding mode disturbance observer),其输出可作为控制系统中干扰补偿的设计依据。基于所设计的内环SMDOB,并利用不变性原理,提出一种外环复合控制方案,从而实现直流电机系统的位置跟踪能力。仿真结果表明,相比传统的控制方案,该控制方案下电机系统的跟踪性能更好,对建模误差、参数摄动以及摩擦力矩干扰的鲁棒性更高。而且,该控制方案的结构较为简单,易于工程实现。     

Vertical manoeuvring and rotor speed robust control for mini-helicopter

A robust control approach is presented for vertical manoeuvring helicopters with aerodynamics acting on the main rotor. An induced inflow observer is applied which only requires the measured values of the vertical accelerator in the body frame. The controller consists of three parts: a feedback linearisation controller, a nominal controller and a robust compensator. Feedback linearisation is applied to decouple the vertical motion dynamics and the rotor speed dynamics; the nominal controller aims to achieve desired performances for the nominal system without external disturbances or uncertainties; and the robust compensator is designed to restrain the effect of the external disturbance and the uncertainties. It is proven that all the states involved are bounded and the tracking error of the actual system can converge into an arbitrary specified boundary in a finite time for any given initial state. The results of outdoor flight experiments show that the robust tracking performances are consistent with the theory analysis conclusions.     

基于扰动观测器的水面无人船自适应模糊控制器设计

为了使水面无人船(USV)获得更好的跟踪性能,本文设计了基于扰动观测器和命令滤波器的自适应模糊控制器.对于该系统存在建模不确定性和外部环境的扰动,采用模糊逻辑系统(FLS)和一个新的扰动观测器对其进行逼近和补偿.在扰动观测器和控制器中加入了一个新的自适应参数,用来改善控制精度.基于此,本文设计了命令滤波反步控制方法,可以保证系统在所有状态下都是有界的,且跟踪误差在有限时间内小于规定的精度.仿真结果显示该方法有效,且可以满足给定的控制精度.