一类非线性系统的Terminal滑模控制

首先结合Terminal滑模控制的基本思想,即突破以往的线性滑动面,将非线性项引入到滑动面设计中,使得系统处于滑动模态阶段时,状态变量能够在"有限时间内"收敛至平衡点,给出了适用于高阶非线性系统的Terminal滑动面设计方法,基于Lyapunov稳定性理论得出了相应的控制器.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Terminal滑模控制器.     

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.     

基于有限时间扰动观测器的四旋翼编队控制

针对复杂飞行环境下的多四旋翼飞行器系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的主从编队控制策略(FTESO-LFFC)。对于领航者子系统,提出一种积分滑模控制(ISM)策略,通过引入的积分项,消除了传统滑模控制中的趋近阶段,提高了系统的鲁棒性。对于跟随者子系统,提出一种非奇异终端滑模控制(NTSM)策略,该方法在解决了奇异性问题的同时也具有有限时间收敛特性,其控制效果更佳。针对外界扰动,提出一种有限时间扩张状态观测器(FTESO)实现了对扰动的准确观测。通过稳定性分析可知,所提出的控制策略可以实现闭环系统的有限时间稳定。仿真结果验证了该方法的可靠性与优越性。     

Terminal滑模自适应控制实现一类不确定混沌系统的同步

应用Terminal滑模控制技术和选择指数趋近律来综合滑模控制器，实现一类混沌系统的状态同步．在控制器中引入一类简单的自适应律，用以在线估计界参数．该设计方案消除了滑模控制的到达阶段，状态始终保持在滑模面上，并能在有限时间内趋近于原点．与一般滑模控制同步实现相比，具有更小的同步时间和鲁棒性．通过对Duffing—Holmes系统的同步仿真，验证了该方法的可行性．     

一类3阶非线性系统的非奇异终端滑模控制

针对传统非奇异终端滑模控制方法不适用于3阶系统的问题,提出一类具有不确定和外干扰的3阶非线性系统的新型非奇异终端滑模控制方法.该方案首先结合backstepping控制中的动态面方法和传统2阶非奇异终端滑模控制构造非奇异3阶终端滑模面,首次提出采用高阶滑模微分器估计值代替控制器中的负指数项.采用非线性干扰观测器任意精度地估计不确定和干扰,设计控制器中的补偿项.采用终端吸引子函数做趋近律避免抖振的同时能保证有限时间趋近滑模面.基于有限时间稳定李雅普诺夫定理证明了被控状态将在有限时间内收敛到任意小的闭球内.所提出方案快于传统的递阶线性滑模控制和其他非奇异终端滑模控制.仿真中与其他滑模控制方案对比,总误差减小18%以上,超调及收敛时间也显著下降.     

基于扩张状态观测器的二质量系统非奇异快速终端滑模控制

针对含未知负载信息的二质量伺服系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制方法.首先,利用电机侧位置信息设计有限时间扩张状态观测器估计系统的扰动,并将估计值融入到控制器中作为前馈项对系统的未知扰动进行补偿;然后,引入一种新型的滑模趋近律,该趋近律能够避免传统滑模控制中存在的奇异性问题,据此设计非奇异快速终端滑模控制器,保证系统状态在有限时间内收敛到原点,并根据李雅普诺夫稳定性理论分析闭环系统的稳定性;最后,通过仿真和实验验证所提出方法的优越性.结果表明,与传统的PID等控制相比较,所提出的基于扩张状态观测器的有限时间滑模控制方法能够提高系统的跟踪性能,并有效增强二质量伺服系统的抗扰动能力.     

Adaptive finite‐time attitude stabilization for rigid spacecraft with actuator faults and saturation constraints

The attitude stabilization problem for rigid spacecraft in the presence of inertial uncertainties, external disturbances, actuator saturations, and actuator faults is addressed in this paper. First, a novel fast terminal sliding mode manifold is designed to avoid the singularity problem while providing high control ability. In addition, fast terminal sliding mode control laws are proposed to make the spacecraft system trajectory fast converge onto the fast terminal sliding mode surface and finally evolve into small region in finite time, which cannot be achieved by the previous literatures. Based on the real sliding mode context, a practical adaptive fast terminal sliding mode control law is presented to guarantee attitude stabilization in finite time. Also, simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the control strategies. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

A NEW APPROACH TO TERMINAL SLIDING MODE CONTROL DESIGN

In this paper, terminal sliding mode control design is considered. A control method, different from many existing terminal sliding model control design methods, is proposed based on a new switching law and continuous finite‐time control ideas. Then terminal sliding mode control laws are constructed for some classes of nonlinear systems.     

一类具有参数不确定n阶多输入多输出非线性系统的Terminal滑模控制

针对一类具有参数不确定的n阶MIMO非线性系统,提出了一种Terminal滑模控制方案.该方案通过对滑模超平面的选取和Terminal滑模控制律的设计,不但确保了闭环系统滑模阶段的存在性,而且还保证了系统状态误差在有限时间内的收敛性,由于无论何种情况下系统的初始状态均在Terminal滑模面上,从而消除了其他滑模控制方法常有的到达阶段,使得闭环系统具有全局鲁棒性和稳定性.除此之外,重点克服了控制输入的系数函数矩阵与不确定参数的关联问题.仿真结果表明,该控制方案可消除外部扰动及参数不确定的影响,控制系统各状态变量有效地跟踪期望状态.     

Adaptive Terminal Sliding Mode Control for Motion Tracking of a Micropositioning System

This paper presents the design of a novel adaptive terminal sliding mode controller (ATSMC) and its application to motion tracking control of a piezoelectric‐driven micropositioning system. A nonsingular terminal sliding surface is used to achieve fast and finite‐time convergence for the trajectory tracking, and also to avoid the singularity phenomenon in traditional terminal sliding mode design. An adaptive gain law is developed to update the gain of the proposed controller and to provide stable and chattering‐free control action. The stability of the control system has been demonstrated in the sense of Lyapunov. The ATSMC scheme is established based on the output feedback only, which does not require a state observer and facilitates an easy implementation. The proposed controller is implemented on a field‐programmable gate array (FPGA) platform. Comparison study with three conventional controllers has been conducted. Experimental results show the feasibility and effectiveness of the proposed control strategy.