基于扰动补偿的无微分模型参考自适应控制系统设计

针对一类含有参数不确定性和未知非线性扰动的系统,本文提出一种基于扰动补偿的无微分模型参考自适应控制方法,实现系统输出对参考模型输出信号的高精度跟踪.首先,利用被控对象模型信息设计扰动估计器,对系统非线性扰动进行在线估计;其次,基于非线性扰动估计值设计参考模型和无微分参数更新律,构建无微分模型参考自适应控制器,建立基于扰动补偿和状态反馈的自适应控制律,以消除参数不确定性和非线性扰动对系统输出的影响,保证系统输出对参考模型输出的准确跟踪;然后,给出闭环系统误差信号收敛条件和控制器参数整定方法;最后,通过数值仿真验证所提方法的有效性和优越性.     

带有海浪滤波器的船舶航向反步自适应输出反馈控制

针对复杂海况下船舶航向控制中的模型非线性、参数不确定和海浪扰动问题,提出了一种基于反步法的非线性自适应输出反馈控制算法.首先基于无源理论设计了一种状态观测器以实现海浪滤波和状态估计,这种观测器无需海浪扰动的方差信息从而减少了观测器参数数量.然后假定系统模型参数未知,基于反步法给出了非线性控制律和参数自适应律.利用Lyapunov理论证明了这种自适应输出反馈控制系统的稳定性.仿真结果表明本文所提控制器具有较好的控制性能,对不确定性模型参数具有良好的自适应性.     

基于RISE反馈的串联弹性驱动器最优控制方法

串联弹性驱动器（Series elastic actuator,SEA）是机器人交互系统中的一种理想力源.本文针对非线性SEA的力矩控制问题提出一种基于RISE（Robust integral of the sign of the error）反馈的最优控制方法,能够克服模型参数不确定和有界扰动,实现SEA输出力矩在交互过程中快速平稳地收敛到期望值.具体来说,首先对SEA的模型进行分析和变换;然后假设模型参数和扰动均已知,并在此基础上基于二次型指标设计最优控制律;之后基于RISE反馈重新设计控制律抵消模型参数不确定性和有界扰动,基于Lyapunov理论分析控制器的收敛性和信号的有界性,实验结果表明这种基于RISE反馈的最优控制方法具有良好的控制性能和对有界扰动的鲁棒性.     

不确定性大系统的分散变结构自适应控制

提出一种适用于存在变化的子系统关联、系统参数摄动和外界干扰的不确定性线性大系统的分散变结构自适应控制方法。在控制律中引入一种对系统不确定扰动与关联的界的简单自适应算法，增强了控制系统对不可知系统不确定扰动的鲁棒性。所提出的控制方法具有较强的工程实用性。     

含有参数不确定性的挠性航天器姿态跟踪滑模控制

对有不确定参数的挠性航天器姿态跟踪控制, 提出了一种基于滑模控制的姿态跟踪控制律. 挠性航天器动力学采用混合坐标法进行建模; 构造挠性模态观测器对挠性模态变量进行观测. 基于Lyapunov稳定性原理得到含有挠性模态观测器的滑模控制律, 并给出了全局渐近稳定性的证明. 对各个仿真结果进行比较, 显示出本文提出的滑模控制律针对航天器惯量阵不确定性具有良好的鲁棒性, 而且具有较强的扰动抑制能力.     

适应扰动的无人直升机姿态跟踪控制

无人直升机在实际飞行过程中,会受到阵风等外界因素的干扰,并且模型不确定性也会对控制效果带来不利影响.为应对这些挑战,本文设计了一种基于扩张状态观测器的自抗扰反步控制器.首先,建立了无人直升机姿态动力学模型.随后,引入扩张状态观测器,用以实时观测由外界扰动和模型不确定性组成的总和扰动.观测得到的总和扰动估计值与基于Lyapunov函数的反步法控制器控制算法相结合,用以消除总和扰动的影响,使得无人直升机在各种飞行条件下均能对运动指令进行快速和准确的跟踪.最后,仿真研究和飞行实验验证了该控制律的有效性.与同等条件下的PID控制器相比,该控制律表现出更优的飞行性能.     

基于DRFNN的共振频率自适应反推控制

针对共振破碎机频率控制系统的不确定性问题,提出基于动态递归模糊神经网络的自适应反推控制策略。建立了破碎机频率控制系统的数学模型,在忽略不确定性项的前提下,设计了基于自适应Back-stepping方法控制律。其次将电液系统中影响频率控制性能的不确定性因素定义为待估计项,采用动态递归模糊神经网络对其进行实时估计,给出了基于动态递归模糊神经网络的参数自适应律,并通过了Lyapunov的稳定性分析。仿真实验和车载测试结果表明,对于系统参数的不确定性,该方法具有较好地频率控制性能。     

陀螺仪系统同步控制的参数自适应滑模控制

针对带有内部不确定性及外部扰动的陀螺仪混沌系统的同步问题,提出了一种参数自适应滑模控制方法,并给出参数自适应律.该方法不依赖被控混沌系统的数学模型,可以快速跟踪主混沌系统.时域及复频域理论分析表明,由参数自适应滑模控制器组成的闭环控制系统是全局渐近稳定的,而且参数自适应滑模控制器具有良好的抗扰动鲁棒性.仿真结果表明该控制方法计算量小、响应速度快、控制精度高、抗扰动鲁棒性强,在非线性不确定系统控制领域具有广泛的应用价值.     

饱和输入下四旋翼无人机滑模轨迹跟踪控制

为解决四旋翼无人机在饱和输入下的轨迹跟踪控制问题,同时兼顾系统存在的参数不确定性和外部风力扰动影响,设计了一种改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制方法;基于六自由度架构,设计四旋翼无人机简化的系统模型,进而降低控制器设计的复杂程度;引入带有误差信号的滑模函数,设计带有误差信号的饱和补偿自适应控制律,同时增加鲁棒控制项,降低由于饱和输入问题带来的抖振影响,并减小参数不确定和外部风力扰动对系统稳定性的影响;系统模型与抗干扰自适应控制律相结合,形成了改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制策略,实现四旋翼无人机的位置轨迹和姿态轨迹的稳定跟踪;最后通过数值仿真与传统PD控制算法进行仿真比较,验证控制方法的有效性和优越性。     

考虑电磁铁故障的磁浮列车单悬浮模块的容错控制

本文针对参数具有不确定性的磁浮列车单模块悬浮系统,利用线性矩阵不等式(LMI)方法,设计了对执行器失效具有完整性的容错控制器.同时考虑到工程实际的需要,引入权重概念对控制律进行修改,并利用数值方法对新控制律作用下闭环系统的稳定性进行验证.对不同执行器故障模式下悬浮间隙的变化进行了仿真分析,结果表明该方法对闭环系统的参数不确定性具有鲁棒性,对部分执行器失效具有容错能力.     

离散时间系统的滑模控制器设计与仿真研究*

针对不确定性离散时间系统,分析和设计了一类变结构控制器。当存在外界干扰和不确定性时,系统状态也是全局有界稳定的。一个新的切换面作为系统的输出信号被提出,特别用来设计滑模控制器。系统状态一旦进入到准滑动模态,就对设备参数变化和外界干扰显示出强的鲁棒性,因为控制器的设计完全考虑了边界层的影响。外推法被用来估计不确定离散时间系统的不确定值。两种方法均有效地消除了系统的抖振,确保了系统的稳定性,且保证了变结构控制系统良好的品质。最后,仿真结果证实了所提出方法的有效性。     

Adaptive Variable Structure Control Design for Uncertain Time-Delayed Systems with Nonlinear Input

This paper presents a new robust control for uncertain dynamic time-delayed systems with series nonlinearities. It is implemented by using variable structure control. The proposed variable structure controller ensures the global reaching condition of the sliding mode of the uncertain time-delayed system. However, in the sliding mode, the investigated uncertain time-delayed system still bears the insensitivity to the uncertainties and disturbances as the systems with linear input. Furthermore, the proposed controller is achieved through adaptive variable structure control without the limitation of knowing the bounds of the uncertainties and perturbations in advance.     

非匹配的不确定时滞离散系统的滑模控制

针对一类不确定离散时滞系统，研究了其滑模控制问题。所考虑的系统是变时滞的，并且含有非匹配的时变参数不确定项。通过非奇异矩阵变换将其转化为两部分，一部分满足传统的匹配争件；另一部分是非匹配，但是满足范数有界的条件。利用变结构控制方法，设计了满足到达条件的滑模控制器，使系统状态在有限时间内到达滑模面。并且在控制器的作用下保持在滑模面上，从而使系统具有稳定的滑动模态，克服了传统滑模控制方法中不确定项需满足匹配条件的保守性。     

不确定离散时间系统的变结构控制

常规变结构控制用于不确定系统,须利用不确定性界确保系统的鲁棒性,控制器过于保宇且抖振变大本文把未知干扰和参数不确定性的影响等效为名义系统的外界干扰,利用时延技术对干扰进行在线估计,并将估计值引入到变结构控制中,从而抵消掉系统中的慢变不确定性,利用离散趋近律法,了准滑动模态的条件及其带宽,该方法克服了以往控制方法中须已知不确定性界的限制,且不泌满足匹配条件,用较低的控制增益保证了系统的鲁棒性,降低了     

Fast terminal sliding‐mode finite‐time tracking control with differential evolution optimization algorithm using integral chain differentiator in uncertain nonlinear systems

This paper presents a fast terminal sliding‐mode tracking control for a class of uncertain nonlinear systems with unknown parameters and system states combined with time‐varying disturbances. Fast terminal sliding‐mode finite‐time tracking systems based on differential evolution algorithms incorporate an integral chain differentiator (ICD) to feedback systems for the estimation of the unknown system states. The differential evolution optimization algorithm using ICD is also applied to a tracking controller, which provides unknown parametric estimation in the limitation of unknown system states for trajectory tracking. The ICD in the tracking systems strengthens the tracking controller robustness for the disturbances by filtering noises. As a powerful finite‐time control effort, the fast terminal sliding‐mode tracking control guarantees that all tracking errors rapidly converge to the origin. The effectiveness of the proposed approach is verified via simulations, and the results exhibit high‐precision output tracking performance in uncertain nonlinear systems.     

Continuous Finite‐Time Sliding Mode Control for Uncertain Nonlinear Systems with Applications to DC‐DC Buck Converters

This paper investigates the continuous finite‐time control problem of high‐order uncertain nonlinear systems with mismatched disturbances through the terminal sliding mode control method. By constructing a novel dynamic terminal sliding manifold based on the disturbance estimations of high‐order sliding mode observers, a continuous finite‐time terminal sliding mode control method is developed to counteract mismatched disturbances. To avoid discontinuous control action, the switching terms of a dynamic terminal sliding manifold are designed to appear only in the derivative term of the control variable. To validate its effectiveness, the proposed control method is applied to a DC‐DC buck converter system. The experimental results show the proposed method exhibits better control performance than a chattering free controller, such as mismatched disturbances rejection and smaller steady‐state fluctuations.     

Mini-max integral sliding-mode control for multimodel linear uncertain systems

An original linear time-varying system with matched and unmatched disturbances and uncertainties is replaced by a finite set of dynamic models such that each one describes a particular uncertain case including exact realizations of possible dynamic equations as well as external unmatched bounded disturbances. Such a tradeoff between an original uncertain linear time varying dynamic system and a corresponding higher order multimodel system containing only matched uncertainties leads to a linear multi-model system with known unmatched bounded disturbances and unknown matched disturbances as well. Each model from a given finite set is characterized by a quadratic performance index. The developed minimax integral sliding mode control strategy gives an optimal minimax linear quadratic (LQ)-control with additional integral sliding mode term. The design of this controller is reduced to a solution of an equivalent mini-max LQ problem that corresponds to the weighted performance indices with weights from a finite dimensional simplex. The additional integral sliding mode controller part completely dismisses the influence of matched uncertainties from the initial time instant. Two numerical examples illustrate this study.     

Static output feedback sliding mode control for time‐varying delay systems with time‐delayed nonlinear disturbances

In this paper, a robust stabilization problem for a class of linear time‐varying delay systems with disturbances is studied using sliding mode techniques. Both matched and mismatched disturbances, involving time‐varying delay, are considered. The disturbances are nonlinear and have nonlinear bounds which are employed for the control design. A sliding surface is designed and the stability of the corresponding sliding motion is analysed based on the Razumikhin Theorem. Then a static output feedback sliding mode control with time delay is synthesized to drive the system to the sliding surface in finite time. Conservatism is reduced by using features of sliding mode control and systems structure. Simulation results show the effectiveness of the proposed approach. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

不确定MIMO线性系统的全局快速终端滑模控制

针对一类不确定多输入多输出(MIMO)线性系统,提出一种全局快速终端滑模变结构控制方案.通过对系统进行特殊的非奇异状态变换,设计了相应的非线性终端滑模超曲面及变结构控制律,使得系统状态在有限时间内收敛到终端滑模面上,随后保持在滑模面上并按全局快速终端滑模规律运动,以较普通终端滑模更快的收敛速度在有限时间内到达平衡点.仿真结果证明了该方法的有效性.     

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.