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。     

基于干扰观测器的非线性不确定系统自适应滑模控制

本文研究了一类基于非线性干扰观测器的多输入多输出非线性不确定系统的边界层自适应滑模控制方法并应用于近空间飞行器高精度姿态控制.考虑系统存在不确定性和外部干扰上界未知的情况,设计了基于干扰观测器的边界层自适应滑模控制器,以消除传统滑模控制中的"抖振"现象,使跟踪误差趋近于零.同时,利用李雅普洛夫方法严格证明了闭环系统的稳定性.最后将所研究的自适应滑模控制方法,应用于某近空间飞行器的姿态控制中,仿真结果表明在不确定性和外部干扰作用下能保证姿态控制的稳定性,对参数不确定具有较好的鲁棒性.     

一种基于反步法的鲁棒自适应终端滑模控制

针对不确定严格反馈块控非线性系统, 提出了一种基于反步法的鲁棒自适应终端滑模变结构控制方法. 系统的未知不确定及外界干扰由模糊系统在线逼近, 利用反步法设计了变结构控制的终端滑模面, 并由此得到了鲁棒自适应终端滑模控制器, 使系统的跟踪误差在有限时间内趋于给定轨迹的任意小的邻域内. 通过Lyapunov定理证明了闭环系统所有信号最终有界. 对某战斗机6自由度机动仿真结果表明, 该方法具有强鲁棒性.     

一类高阶非线性系统的终端滑模复合控制

研究干扰观测器的控制与自适应终端滑模控制思想相结合,针对调整非线性系统跟踪误差,为了提高控制性能,提出一种适用于一类岛阶非线性系统的复合控制策略.通过引入干扰观测器对系统中存在的不确定进行估计,并利用估计结果对滑模控制输出进行补偿.根据干扰观测器的估计值设计自适应律,实现终端滑模控制器中的切换增益,根据系统扰动的大小进行自适应调节,从而改善由于固定切换增益所造成的滑模控制器输出量过大以及抖振等现象.基于Lyapunov理论证明了复合控制的稳定性,最后通过仿真进一步验证了控制策略的可行性及有效性.     

飞行模拟转台非线性干扰观测器反步滑模控制器设计

本文针对考虑不确定性的飞行模拟转台伺服系统,提出了一种基于非线性干扰观测器的反步全局滑模补偿控制方法。该方法采用反步控制方法设计转速期望虚拟控制,然后利用非线性干扰观测器观测系统不确定干扰,进而对引入非线性干扰观测器的系统设计自适应全局滑模控制器,实现了飞行模拟转台伺服系统期望转角信号的鲁棒跟踪控制,仿真结果表明,该方法控制效果良好,具有很好的工程应用价值。     

MIMO非仿射非线性系统的自适应模糊控制

针对一类多输入多输出非仿射非线性系统,设计了一种自适应模糊H∞控制方案,该方案把自适应模糊控制和高增益观测器结合起来.利用多变量的隐函数定理,证明了非仿射系统控制器的存在性.通过设计高增益观测器,解决了系统的状态不可测量问题,实现系统的输出反馈控制,模糊自适应控制增强了系统在线逼近干扰及处理系统不确定的能力.仿真结果表明了控制方案的有效性及优越性.     

基于Backstepping的倒立摆鲁棒跟踪控制

针对内部参数不确定及存在外部干扰的非线性倒立摆系统,提出了基于Backstepping方法的滑模变结构控制律,并且采用RBF神经网络逼近系统不确定非线性函数,同时引入滑模误差对其神经网络权值进行在线自适应调整,使神经网络的逼近速度加快,改善了动态性能.该控制律能保证倒立撰轨迹跟踪误差的快速收敛性以及对外部扰动和内部参数不确定的不敏感性,最后给出的仿真实例证明了该理论分析结果的正确性,控制效果良好.     

一类不确定非线性系统的鲁棒自适应轨迹线性化控制

针对一类不确定非线性系统,研究了一种新的鲁棒自适应轨迹线性化控制方案.利用径向基神经网络的在线逼近能力以及被控对象分析模型的有用信息设计一种径向基神经网络干扰观测器来估计系统中存在的不确定性.观测器输出用于设计补偿控制律抵消不确定性对系统性能的影响,鲁棒自适应控制律用于克服逼近误差.采用Lyapunov方法严格证明了在自适应调节律作用下闭环系统所有误差信号最终有界.最后利用倒立摆系统验证了新方法的有效性.     

基于干扰观测器的不确定非线性系统终端滑模控制器设计

考虑系统遭受复合干扰影响,针对一类不确定非线性系统的控制问题展开研究.首先,提出一种n阶超螺旋干扰观测器,对系统干扰进行估计;然后,结合系统的结构特点和滑模控制理论构造积分滑模面,并与二阶快速终端滑模控制理论相结合,设计基于干扰观测器的滑模控制器,通过引入反曲函数降低抖振,利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性;最后,将该方法应用到磁悬浮系统的稳定性控制并进行仿真实验,结果表明了所提出方法的有效性.     

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.     

Second-order terminal sliding mode control for hypersonic vehicle in cruising flight with sliding mode disturbance observer

This paper focuses on the design of nonlinear robust controller and disturbance observer for the longitudinal dynamics of a hypersonic vehicle (HSV) in the presence of parameter uncertainties and external disturbances. First, by combining terminal sliding mode control (TSMC) and second-order sliding mode control (SOSMC) approach, the secondorder terminal sliding control (2TSMC) is proposed for the velocity and altitude tracking control of the HSV. The 2TSMC possesses the merits of both TSMC and SOSMC, which can provide fast convergence, continuous control law and hightracking precision. Then, in order to increase the robustness of the control system and improve the control performance, the sliding mode disturbance observer (SMDO) is presented. The closed-loop stability is analyzed using the Lyapunov technique. Finally, simulation results illustrate the effectiveness of the proposed method, as well as the improved overall performance over the conventional sliding mode control (SMC).     

非线性不确定系统的非奇异快速终端滑模控制

针对存在非匹配干扰的非线性系统,设计了一种基于干扰观测器和反步法的非奇异快速终端滑模控制.引入非线性干扰观测器估计系统的不确定性,利用反步的思想处理高阶非线性系统,从而可以将非线性干扰观测器估计的干扰值引入反步法的虚拟控制量中,同时设计一种新颖的非奇异快速终端滑模控制律保证系统的收敛速度和精度.利用Lyapunov函数从理论上证明了所设计的控制器可以保证闭环系统的有限时间收敛.最后通过数值仿真验证了所设计的控制方法的有效性.     

带有干扰观测器的高超声速飞行器滑模控制

针对高超声速飞行器非线性和易受干扰影响的特点,提出了带有扩张状态干扰观测器的连续滑模控制方法.在对飞行器非线性模型做线性化处理的基础上,设计了一种连续时间滑模控制器.该控制器在对不确定性和未知动态保持鲁棒性的基础上,消除了传统滑模中存在的抖振现象.对系统中存在的外加干扰,设计了扩张状态干扰观测器.将外加干扰作为系统的一个状态变量被估计出来,再将估计值用作滑模控制器的补偿量,进而达到消除外干扰的目的.在高超声速飞行器巡航飞行状态的基础上进行了仿真.仿真结果表明,所提出的方案能够满足控制要求.     

基于干扰观测器的一类不确定非线性系统自适应二阶动态terminal滑模控制

针对一类不确定非线性系统的跟踪控制问题,在考虑建模误差、参数不确定和外部干扰情况下,以其拥有良好的跟踪性能以及强鲁棒性为目标,提出基于回归扰动模糊神经网络干扰观测器(recurrent perturbation fuzzy neural networks disturbance observer,RPFNNDO)的鲁棒自适应二阶动态terminal滑模控制策略.将回归网络、模糊神经网络和sine-cosine扰动函数各自优势相结合,给出一种回归扰动模糊神经网络结构,提出RPFNNDO设计方法,保证干扰估计准确性;构造基于带有指数函数滑模面的二阶快速terminal滑模面,给出其控制器设计过程,避免了滑模到达阶段、传统滑模的抖振问题,采用具有指数收敛的鲁棒项抑制干扰估计误差对系统跟踪性能的影响,利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性;将该方法应用于混沌陀螺系统同步控制仿真实验,结果表明所提方法的有效性.     

Nonsingular terminal sliding mode based finite-time control for spacecraft attitude tracking

This paper studies finite-time attitude tracking control problem of a rigid spacecraft system with external disturbances and inertia uncertainties. Firstly, a new finite-time attitude tracking control law is designed using nonsingular terminal sliding mode concepts. In the absence and presence of external disturbances and inertia uncertainties, this controller can drive the attitude and angular velocity tracking errors to reach zero in finite time. Secondly, a finite-time disturbance observer is introduced to estimate the disturbance, and a composite controller is developed which consists of a feedback control based on nonsingular terminal sliding mode method and compensation term based on finite-time disturbance observer. Finite-time convergence of attitude tracking errors and the stability of the closed-loop system is ensured by the Lyapunov approach. Numerical simulations on attitude control of spacecraft are also given to demonstrate the performance of the proposed controllers.     

Fast terminal sliding mode tracking control of hypersonic vehicles based on non-homogeneous disturbance observer

The tracking control problem of hypersonic vehicles is studied and analyzed in this paper using terminal sliding mode control method (TSMC) and non-homogeneous disturbance observer(NHDO) considering parametric uncertainty and external disturbances. Non-singular terminal sliding mode controller is provided based on NHDO. The key idea is that the NHDO is adopted to estimate the aerodynamic uncertainties and external disturbances simultaneously, which can enhance the robustness of the system and lower the gain of the switch controller. Rigorous stability analysis for the closed-loop system is given via Lyapunov stability theory, which proves that the system states are always bounded even during the estimation process when the estimation error is not zero. The sliding manifold can be reached in finite time and the tracking errors can converge to zero asymptotically. Numerical simulations are conducted with the longitudinal nonlinear dynamic model of hypersonic vehicles to verify the effectiveness and robustness of the designed controller.     

基于非线性干扰观测器的下肢外骨骼上楼梯滑模控制

针对下肢外骨骼在轨迹跟踪时对内部参数扰动和外界干扰较为敏感的特性,设计一种基于非线性干扰观测器的下肢外骨骼机器人滑模控制策略。首先建立下肢外骨骼上楼梯的动力学模型,分析其动力学特性;其次设计非线性干扰观测器,对下肢系统的不确定性和外部干扰进行观测;在此基础上,为保证系统轨迹跟踪误差的收敛性和减弱抖振,设计了低通滤波的滑模控制器,根据李雅普诺夫稳定性理论证明了下肢系统的稳定性;最后通过仿真与实验验证,该控制策略能够有效克服多种因素引起的干扰,改善系统的控制性能,提高系统的稳定性。     

基于干扰观测器的解耦快速终端滑模控制

针对一类欠驱动系统跟踪控制问题,提出了一种基于非线性干扰观测器的全局解耦快速终端滑模控制(NDODGFTSMC)策略.将欠驱动系统分解成两个子系统分别设计全局快速终端滑模面,利用其中一个子系统滑模面的符号函数来构造中间变量,并将该变量引入到另一个子系统的滑模面中,构造出整个系统的滑模面,采用等效控制法和模糊双幂次趋近律...     

基于扰动观测器的机械臂自适应反演滑模控制

机械臂的动力学模型通常包含一定的结构不确定性,并受到外界未知干扰的影响。针对现有模型的不确定性特点,提出了一种基于非线性扰动观测器的自适应反演滑模控制方法,解决机械臂的轨迹跟踪控制问题。对于外界干扰,利用非线性扰动观测器进行观测补偿,无需上界先验知识;对于结构不确定性,引入反演滑模控制,同时设计自适应律,保证闭环系统的稳定性并增强系统的动态适应性。仿真结果证明,所提出的方法可以有效克服系统不确定性,降低控制输入信号的抖振,最终实现期望轨迹的快速精确跟踪。     

输入饱和的充液航天器抗干扰有限时间滑模控制

研究三轴稳定充液航天器姿态控制过程中存在外部未知干扰、参数不确定和输入饱和的问题,提出一种抗干扰有限时间滑模控制的姿态机动控制方法.将部分充液贮箱内液体燃料晃动等效为球摆模型,采用动量矩守恒定律推导出充液航天器耦合动力学方程.首先,设计有限时间积分滑模干扰观测器,保证控制系统中集总干扰可以在有限时间内被估计;然后,基于所设计的干扰观测器,提出一种抗干扰有限时间快速终端滑模控制策略,并且证明在该控制律的作用下闭环系统的状态是有限时间稳定的,而且收敛到指定的快速终端滑模面上.此外,通过引入辅助变量补偿控制输入超调量,克服输入饱和的约束.仿真结果验证了该控制策略的有效性和鲁棒性.