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．     

变速风力发电机组的自适应滑模变桨距控制

在风力发电系统稳定性优化控制的研究中,针对不确定性的变速风力发电机组的变桨距控制方式系统稳定性差的问题,提出了一种自适应全局快速Terminal滑模控制方法.建立变桨距风力发电机组动力学模型,针对模型中的未知环节,设计了自适应模糊逼近系统.采用由Terminal滑动模态和线性滑动模态组成的滑模模态,采用了自适应Terminal滑模变桨距控制器.根据Lyapunov稳定性理论证明了系统稳定性,并给出了具体的自适应律和不确定项边界的估计算法.对自然风下的机组变桨距控制情况进行了仿真,结果表明系统稳定且输出功率平稳.     

混沌系统的快速收敛有限时间滑模自适应控制

在分析传统终端滑模面的基础上,构造了一种新的指数型终端滑模面。新的滑模面比传统滑模控制同步具有更小的同步时间。考虑到系统外界扰动等不确定性,在假设不确定性上界已知的条件下,设计同步控制器,进而给出了带有未知上界参数估计的自适应律,最终给出了一种新的终端滑模自适应控制器。通过对多涡卷混沌系统的同步仿真,验证了该方法的有效性。     

具有未知参数的不确定分数阶Sprott-C系统的Terminal滑模同步

基于滑模控制的优良性能,探讨了利用Terminal滑模控制实现分数阶混沌系统的有限时间同步问题,给出了滑模控制实现具有未知参数和扰动的分数阶Sprott-C驱动—响应系统(阶数0<α<1)的同步结论。通过构造合适的滑动模态曲面,针对系统未知参数上界已知和未知两种情况,设计了合适的分数阶控制器和参数自适应率,结合分数阶微分方程相关理论和有限时间稳定性定理,证明了实现该系统的同步控制结论,并对未知参数和扰动上界进行了准确估计。最后选取适当参数,通过数值仿真,验证了所给结论的有效性和可行性。     

基于神经网络的多机械臂固定时间同步控制

针对动力学模型未知的多机械臂系统,提出了一种基于神经网络的固定时间终端滑模的位置同步控制器。首先结合相邻交叉耦合同步控制策略,设计固定时间终端滑模面与控制器,保证系统的跟踪误差与同步误差在固定时间内收敛,且收敛时间上界与初始状态无关。其次,设计RBF神经网络权值更新律估计系统多机械臂未知非线性动力学模型,该方法无需对系统模型参数的先验知识。利用Lyapunov函数证明系统的固定时间收敛性与稳定性。最后,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

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。     

一类不确定广义时滞系统的H∞自适应控制

针对一类具有外部扰动的不确定广义时滞系统,首先,设计一个积分型滑模面函数,基于Lyapunov稳定性理论,并结合线性矩阵不等式等技术,给出该滑动模态方程鲁棒渐近稳定的一个充分性判据;然后,通过设计一个新型的自适应滑模控制器,使得该闭环系统的状态可在有限时间内到达滑模面并作滑动运动;最后,通过一个数值仿真例子验证所提出的方法是有效可行的.     

一类切换系统基于观测器的滑模降阶控制

针对一类状态不可测的切换系统, 研究了其基于观测器的滑模控制问题. 设计了一类降阶观测器, 并用观测到的状态设计了滑模面函数以及滑模控制器, 使得闭环系统的状态能够到达滑模面上, 产生滑动模态. 并应用Lyapunov函数的方法给出了切换系统的滑动模态可达条件以及确保闭环切换系统渐近稳定的离散切换律. 最后,数值仿真验证了本文所提方法的有效性.     

一类不确定非线性系统自适应模糊滑模控制

针对一类带有未知外部扰动的不确定非线性系统,建立自适应模糊滑模控制器。基于Lyapunov稳定性理论,设计系统可调参数的自适应规则,控制器的设计过程中无需知道系统的具体模型及未知非线性函数的先验知识。数值仿真的结果也验证了该方法的有效性。     

未知不确定非线性系统的直接自校正滑模控制

针对一类具有未知不确定性的非线性系统,提出一种参数直接自校正滑模控制方法.将系统的非线性、参数变化和外部干扰都视作系统不确定性,控制器的设计无需不确定项的上下界等信息:为改善跟踪性能与减小输入抖振,控制器设计中引入可调边界层厚度的双极性sigmoid函数与可变滑模切换增益,推导出控制增益和边界层厚度的直接自校正律,并基于Lyapunov判据给出了闭环系统稳定性证明.仿真实例证明了该方法的有效性和正确性.     

高阶终端滑模控制在稳定平台中的应用

针对稳定平台伺服系统中干扰对跟踪精度的影响,提出一种高阶终端滑模控制算法。首先,提出一种基于super-twisting算法的高阶滑模干扰观测器的设计方法,实现对系统中干扰的快速估计与实时补偿。其次,提出一种基于Lyapunov函数的高阶终端滑模控制器,由到达条件推导而得,高阶终端滑模控制将不连续的切换项作用于变量的高阶微分,使系统在保持滑模控制强鲁棒性的同时又能较大程度地削弱滑模控制中的抖振,实现对未估计干扰的精细化补偿。通过Lyapunov稳定理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明了控制策略的有效性。     

Design of an adaptive terminal sliding‐function controller for nonlinear multivariable systems

This paper presents an adaptive terminal sliding‐function controller approach for controlling a class of nonlinear multivariable systems with uncertainty. An appropriate terminal sliding function (TSF) is designed and then applied to the control law. Based on the Lyapunov stability theory, the adaptive terminal sliding‐function controller for nonlinear multivariable systems guarantees that the TSF is asymptotically convergent. Different from classical terminal sliding mode control, which uses a discontinuous switching control law, the TSF control uses a continuous TSF and thus avoids the chattering problem. The simulation results demonstrate that the proposed method achieves satisfactory stability. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

High‐order sliding mode control design based on adaptive terminal sliding mode

High‐order sliding mode control techniques are proposed for uncertain nonlinear SISO systems with bounded uncertainties based on two different terminal sliding mode approaches. The tracking error of the output converges to zero in finite time by designing a terminal sliding mode controller. In addition, the adaptive control method is employed to identify bounded uncertainties for eliminating the requirement of boundaries needed in the conventional design. The controllers are derived using Lyapunov theory, so the stability of the closed‐loop system is guaranteed. In the first technique, the developed procedure removes the reaching phase of sliding mode and realizes global robustness. The proposed algorithms ensure establishment of high‐order sliding mode. An illustrative example of a car control demonstrates effectiveness of the presented designs. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

具有强鲁棒性的滑模变结构控制

针对一类高阶不确定非线性系统,基于指数型快速终端滑模的良好特性,提出了一种新的滑模变结构控制．系统状态变量能以较快的收敛速度在有限时间内到达各级滑模面的邻域,并最终收敛到平衡点附近很小的区域．使用李亚普诺夫稳定性理论证明了系统的渐近稳定性,并推导出各级邻域和系统不确定环节的数学关系．Matlab仿真验证了系统的强鲁棒性．     

Anti-synchronization of four-wing chaotic systems via sliding mode control

Sliding mode control is an important method used in nonlinear control systems. In robust control systems, the sliding mode control is often adopted due to its inherent advantages of easy realization, fast response and good transient performance as well as its insensitivity to parameter uncertainties and disturbances. In this paper, we derive new results based on the sliding mode control for the anti-synchronization of identical Qi three-dimensional (3D) four-wing chaotic systems (2008) and identical Liu 3D four-wing chaotic systems (2009). The stability results for the anti-synchronization schemes derived in this paper using sliding mode control (SMC) are established using Lyapunov stability theory. Since the Lyapunov exponents are not required for these calculations, the SMC method is very effective and convenient to achieve global chaos anti-synchronization of the identical Qi four-wing chaotic systems and identical Liu four-wing chaotic systems. Numerical simulations are shown to illustrate and validate the synchronization schemes derived in this paper.     

机械臂自适应反演超螺旋全局终端滑模控制

针对机械臂系统存在的系统参数摄动、非线性摩擦及外部干扰等不确定问题,提出一种自适应反演超螺旋全局终端滑模轨迹跟踪控制方法。该方法基于反演法、Lyapunov理论和全局快速终端滑模理论设计控制器,保证系统稳定性及全局收敛性,增强系统的鲁棒性。为解决系统集总扰动上界未知的问题,采用自适应技术设计切换控制律,抵消不确定性的影响,同时引入超螺旋算法抑制滑模控制固有的抖振现象。最后,通过理论分析和仿真算例验证了该控制器的有效性与可行性。     

Adaptive Nonsingular Terminal Sliding Mode Control Design for Near Space Hypersonic Vehicles

This paper presents an adaptive nonsingular terminal sliding mode approach for the attitude control of near space hypersonic vehicles (NSHV) in the presence of parameter uncertainties and external disturbances. Firstly, a novel nonsingular terminal sliding surface is developed and its finitetime convergence is analyzed. Then, an adaptive nonsingular terminal sliding mode control law is proposed, which is chattering free. In the proposed approach, all parameter uncertainties and external disturbances are lumped into one term, which is estimated by an adaptive uncertainty estimation for eliminating the boundary requirement needed in the conventional control design. Subsequently, stability of the closed-loop system is proven based on Lyapunov theory. Finally, the proposed approach is applied to the attitude control design for NSHV. Simulation results show that the proposed approach attains a satisfactory performance in the presence of parameter uncertainties and external disturbances.      

A third-order sliding mode controller for nonlinear multivariable systems

This paper proposes a third-order sliding mode controller for nonlinear multivariable systems with uncertain parameters and subject to external disturbances. The controller achieves fast convergence rate, high tracking accuracy, and a reduced level of chattering. The stability of the controller and its global ultimately uniform convergence is proved by the Lyapunov stability theory. Simulation results on a single inverted pendulum system are given to illustrate the effectiveness of the proposed control scheme by comparing it with methods such as a second-order supertwisting controller, a third-order supertwisting controller, and an integral terminal third-order sliding mode controller.     

基于自组织小波小脑模型关节控制器的不确定非线性系统鲁棒自适应终端滑模控制

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,以良好的跟踪性能及强鲁棒性为目标,提出基于自组织小脑模型(self-organizing wavelet cerebellar model articulation controller,SOWCMAC)的鲁棒自适应积分末端(terminal)滑模控制策略.首先,将小脑模型、自组织神经网络和小波函数各自优势相结合,给出一种SOWCMAC,以保证干扰估计方法具有快速学习能力和更好的泛化能力.其次,设计两种改进的terminal滑模面构造方法,并分别给出各自的收敛时间.然后,基于SOWCMAC和改进的积分terminal滑模面,给出不确定非线性系统鲁棒自适应非奇异terminal控制器的设计过程,其中通过构造自适应鲁棒项抑制干扰估计误差对系统跟踪性能的影响,并利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性.最后,将该方法应用于近空间飞行器姿态的控制仿真实验,结果表明所提出方法有效性.