基于双幂次趋近律的滑模控制方法

针对滑模控制中传统趋近律存在抖振、收敛速度慢的问题, 提出一种基于特定双幂次趋近律的滑模控制方案. 双幂次趋近律具有全局快速的固定时间收敛特性, 收敛时间存在与滑模初值无关的上界. 当系统存在有界集总扰动时, 双幂次趋近律能使滑模及其一阶导数在有限时间收敛到稳态误差界内. 仿真分析验证了所提出方法的有效性.

     

非匹配不确定性下连铸结晶器振动位移系统准滑模控制

以伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统为研究对象,针对系统中同时存在的匹配建模误差和非匹配外界时变扰动不确定系统,提出一种基于干扰补偿器的鲁棒准滑模控制方案.首先,针对非匹配外界时变扰动不确定系统,采用一种改进的解耦干扰补偿器,保证估计误差有界收敛;其次,采用一种新型的混合趋近律,将幂次趋近律与等速趋近律相结合,减小滑模面趋近时间;再次,基于切换函数设计扩张状态观测器用于观测系统不确定项(包括干扰补偿器估计误差及系统的匹配不确定性),并构建趋近律参数与不确定项的定量关系,以降低抖振,提高系统的控制性能和鲁棒性;最后,通过理论分析证明了闭环系统离散准滑动模态的稳定可达性.仿真分析结果表明了所提出控制方案的有效性.     

一种新型滑模控制双幂次趋近律

针对滑模控制中传统趋近律存在收敛速度慢、时间长和抖振严重等不足,提出一种利用双幂次趋近律提高系统状态收敛速度的设计方案.该双幂次趋近律无论在远离滑动模态还是在接近滑动模态的空间内均具有快速收敛能力.理论分析表明,该双幂次趋近律具有二阶滑模特性,当系统存在不确定性时,系统状态及其导数可以快速收敛到平衡零点的邻域内.仿真结果表明,双幂次趋近律与传统幂次趋近律、指数趋近律、快速幂次趋近律相比,具有更快的收敛速度和更好的运动品质.     

飞翼布局无人机分数阶积分滑模姿态控制

针对存在复合干扰的飞翼布局无人机(UAV)姿态控制问题,提出了一种基于分数阶积分滑模与双幂次趋近律的姿态跟踪控制方案.结合分数阶微积分及滑模变结构控制理论,设计了分数阶积分滑模面.为解决传统趋近律收敛时间长和抖振严重等不足,提出一种具有二阶滑模特性且有限时间收敛的双幂次趋近律.在名义控制律的基础上,设计super twisting滑模干扰观测器,实现对复合干扰的估计和补偿,增强内外环控制器应对复合干扰的鲁棒性.为充分利用冗余操纵面与解决非线性舵效问题,在飞行控制系统中引入了非线性控制分配环节.仿真结果验证了所提方案的有效性.     

基于干扰补偿趋近律的离散滑模多周期重复控制

针对离散时间系统的多周期干扰抑制问题,提出一种离散滑模多周期重复控制器设计方法.利用非线性幂次函数设计新型离散趋近律,将周期差分等效干扰以加权形式嵌入到趋近律中,构造带干扰补偿作用的离散趋近律,并据此设计离散滑模多周期重复控制器.为了进行控制器参数整定和表征闭环系统的收敛性能,推导准滑模域边界层的表达式.所提出控制方法既能够消除多周期干扰信号,也能够减小准滑模域边界层.数值仿真验证了所提出控制方法的有效性.     

非匹配不确定系统的滑模控制及在电机控制中的应用

针对具有匹配与非匹配不确定的非线性系统,设计基于干扰观测器和多幂次趋近律的滑模控制策略.首先,通过干扰观测器估计系统的不确定,实现估计误差在有限时间内收敛;其次,基于积分型滑模面,并结合多幂次趋近律,设计了连续滑模控制律,避免了传统滑模的抖振问题.与基于单幂次和双幂次趋近律的滑模控制策略相比,所设计的基于多幂次趋近律的控制策略,提高了系统的收敛速度.最后,通过数值仿真和永磁同步电机控制仿真验证了所设计的控制策略的有效性.     

快速收敛的机器人滑模变结构控制

针对滑模变结构控制的收敛速度问题,提出了一种新的非线性滑模面．系统到达该滑模面上任一位置 后,都能够以高于线性滑模和终端滑模的速度收敛到平衡点．同时,提出了一种新的双幂次趋近律,使得系统状态 在趋近滑模面的全过程中,也能够拥有较高的速度,并消除了传统滑模变结构控制所固有的抖振．最后将该方法用 于仿真机器人的路径跟踪控制,结果表明,系统具有较强的鲁棒性和较快的收敛速度,验证了该方案的有效性．     

一种新型复合滑模趋近律设计与分析

针对传统幂次趋近律存在的抖振以及全局收敛缓慢的问题,提出一种新型复合滑模趋近律,该趋近律通过引入正切函数以及对传统幂次趋近律的改进,实现趋近律的快速收敛和无抖振特性.首先,引入正切函数,在初始状态已知的情况下使系统更快地收敛;其次,通过设计的趋近律改进传统幂次趋近律中含符号函数乘积项容易引起的抖振;然后,理论证明新型复合趋近律能够快速收敛且无抖振,并推导出趋近速率及稳态误差界;最后,以直线磁悬浮同步电动机磁悬浮系统为例,与双幂次趋近律和多幂次趋近律仿真对比,进一步验证新型复合趋近律能够明显缩短系统的动态过程并消除抖振,且存在模型不确定性及外加干扰作用下,系统仍能迅速地收敛到平衡点附近的领域内.     

基于干扰观测器的机械臂改进趋近律的滑模控制

针对机械臂滑模控制中存在抖振的问题以及对外界干扰较为敏感的特性,设计了一种基于干扰观测器的机械臂改进趋近律的滑模控制策略。该策略在指数趋近律中引入饱和函数,提出了一种改进趋近律;根据系统动力学模型,对系统的不确定性和外部干扰采用干扰观测器进行观测;在此基础上设计系统滑模控制律,控制律对未观测的干扰进行补偿。仿真结果表明,控制策略能有效地抑制轨迹跟踪中的抖振问题,较好地克服外界干扰,保证系统的控制性能。     

基于变速趋近律的机电伺服系统自适应滑模控制

针对带有摩擦力矩、负载力矩以及扰动力矩等不确定性的机电伺服系统,提出一种基于变速趋近律的自适应滑模控制方法.首先,构造双曲正切型辅助函数并设计新的变速趋近律,用以调节滑模变量的收敛速度,使其在到达减速点之前具有较快的收敛速度,而在到达减速点以后则能有效削弱抖振.在此基础上,构造自适应滑模控制器,保证系统位置输出能够快速稳定地跟踪期望轨迹.同时,设计参数更新律估计不确定项平方的上界,确保控制信号的连续性和减小控制信号抖振.基于李雅普诺夫稳定性定理给出误差收敛性分析,并给出仿真对比验证所提出方法的有效性.     

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.     

永磁同步电动机新型自适应滑模控制

永磁同步电动机(PMSM)是多变量、强耦合、非线性时变系统, 对外界干扰及内部参数摄动较为敏感, 为提高系统的鲁棒性, 本文提出一种基于非线性滑模面的自适应滑模变结构控制方法. 根据复合非线性反馈控制理论, 为PMSM滑模控制系统设计非线性滑模面, 通过实时改变控制系统的阻尼系数来提高PMSM伺服系统的瞬态响应性能. 在PMSM伺服系统外界扰动及内部参数摄动的上下界未知的情况下, 采用自适应参数校正律来调节控制增益的大小, 改善了系统的抖振现象. 此外, 对电机的电流及转速进行了饱和限制, 使得所设计的伺服控制系统可用于大范围的位移跟踪. 仿真结果表明, 与基于线性滑模面的控制器相比较, 本文所设计的基于非线性滑模面的自适应滑模控制器使得电机转子位移能够更快且无超调的到达给定值, 且系统的抖振现象明显减弱.     

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).     

非匹配不确定系统的模糊滑模控制

研究多输入不确定系统的模糊滑模控制问题，利用动态补偿器和不等式技巧设计了滑动模态，解决了非匹配不确定性的抑制问题，并给出了保守性较小的滑模稳定性条件．为克服滑模的抖振，提出了用模糊数模型和双二次函数插值构造模糊滑模控制律的方法．仿真结果表明，该方法对于参数摄动和外部扰动具有良好的鲁棒性．     

一类非线性不确定系统高阶滑模自适应控制设计

针对一类非线性不确定系统,提出一种高阶滑模自适应控制算法．为减少系统抖振和不确定边界未知但有界问题,引入可在线调整参数的双极sigmoid函数和控制器增益．利用Lyapunov理论证明系统在有限时间内稳定并具有鲁棒性,且不确定的上界不需要预先确定．仿真结果验证了该方法的有效性．     

一类非线性不确定系统的自适应积分滑模控制

针对一类具有不确定参数的复杂非线性系统,提出了一种自适应积分滑模控制方法。控制器的设计分两步进行：首先,基于被控对象模型构造一个简化子系统,设计出该子系统的一个全局渐近稳定控制律;然后构造一个积分滑模面,设计自适应积分滑模补偿器以处理系统中含有不确定参数的部分,保证了滑模面的可达性和原系统的闭环稳定性。补偿后,系统的完整自适应控制律由简化子系统的控制律加补偿控制器两部分组成。所提设计方法简单,便于工程实现。最后,通过仿真结果验证了设计方案的有效性。     

Buck型变换器非奇异固定时间滑模控制

针对存在参数不确定性的Buck变换器系统,提出一种非奇异固定时间滑模控制方法。首先,设计非奇异固定时间滑模面,并基于该滑模面设计固定时间控制器,保证系统输出电压误差在固定时间内收敛到平衡点的邻域内,且其收敛时间上界与系统初始状态无关。其次,设计自适应律估计系统不确定干扰上界,有效抑制不确定干扰对系统的影响,该方法无需干扰上界的先验知识。最后,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

Fixed-time sliding mode observer-based controller for a class of uncertain nonlinear double integrator systems

This paper investigates a fixed-time convergence issue using the sliding mode observer-based controller for a class of uncertain nonlinear double integrator systems. This observer-based controller is designed assuming that only the first state measurement is available and there is no information about external disturbances and modeling uncertainties. A new form of sliding mode observer in combination with a sliding mode controller is designed to estimate unmeasured state and unknown disturbances and uncertainties as well as provide the estimated data in the control law. A novel form of sliding surfaces for the robust observer-based controller is proposed for which fixed-time convergence is guaranteed to achieve trajectory tracking. In the proposed fixed-time scheme, the bound on the settling time is user-defined using design parameters regardless of the system's initial conditions. The control law and observer law are designed such that the chattering issue is alleviated in the control signal. The stability analysis of the closed-loop system using the observer-based controller is established via the Lyapunov theory. The validity of the controller design is tested by applying and simulating an example of a robot manipulator in Simulink/MATLAB. The superiority of the proposed method is demonstrated by comparing it with two other methods from the relevant literature.