一类非线性直升机模型的滑模降阶控制器设计

针对带有交叉耦合的多输入CE150直升机模型,研究了一类多输入仿射非线性系统的控制设计问题,基于滑模变结构控制理论,采用了一种新的控制器设计方法:滑模降阶方法,即反复运用变结构控制理论,对一类高阶的仿射非线性系统,构造了合适的微分同胚变换函数,把初始高阶系统降至低阶系统,并构造了变结构控制律,再利用当前级和上一级控制输入的映射关系反推出初始系统的控制输入.通过CE150直升机模型仿真结果表明,该方法有效可行.     

不确定非线性系统的高阶滑模控制器设计

针对一类不确定非线性SISO系统,结合系统有限时间稳定理论与积分滑模控制理论,提出了一种新的高阶滑模控制器设计方法,改善了现有高阶滑模控制中存在的缺陷.积分滑模保证了系统初始时刻就具有抗扰能力,同时采用有限时间稳定观测器实现了高阶滑模的输出反馈控制.仿真结果表明该控制器可使系统在有限时间内收敛,并有效地减小了系统抖振.     

一类高阶非线性系统的级联自抗扰控制

针对类似板球系统的一类高阶、强耦合、不确定非线性系统,利用backstepping算法的思想,提出以多个低阶自抗扰控制器级联实现控制的方法.通过各低阶自抗扰控制器的扩张状态观测器观测出各级对象的内外扰动,然后进行补偿,较好地解决了高阶非线性系统的不确定性、耦合性及干扰抑制问题.以板球系统的轨迹跟踪控制为例进行研究,所得结果表明,该方案适用于复杂高阶非线性级联系统的控制,具有良好的动态特性及鲁棒性.     

一类非线性不确定系统的高阶积分自适应滑模控制

为有效改善传统积分滑模在一类非线性不确定系统的应用中存在的抖振问题,结合有限时间收敛理论、高阶积分滑模理论和自适应控制理论,提出了一种高阶积分自适应滑模控制方法;该方法通过选取有限时间收敛反馈量和设计高阶积分滑模面,不仅确保了系统状态误差在有限时间内的收敛性,而且还保证了系统具备对不确定性干扰的抑制能力;同时,当系统的不确定项的边界范围无法预先确定时,采用自适应方法对滑模控制的趋近速率进行估计;仿真结果表明所提方法能够有效抑制非线性不确定系统的抖动,并具有较高的控制精度.     

不确定非线性系统的自适应反推高阶终端滑模控制

针对一类非匹配不确定非线性系统,提出一种神经网络自适应反推高阶终端滑模控制方案.反推设计的前1步利用神经网络逼近未知非线性函数,结合动态面控制设计虚拟控制律,避免传统反推设计存在的计算复杂性问题,并抑制非匹配不确定性的影响;第步结合非奇异终端滑模设计高阶滑模控制律,去除控制抖振,使系统对于匹配和非匹配不确定性均具有鲁棒性.理论分析证明了闭环系统状态半全局一致终结有界,仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

非线性系统的反演自适应动态滑模控制

为削弱非线性系统中由滑模控制引起的抖振现象,提出自适应动态滑模控制方案.动态滑模方法是通过设计新的切换函数或将常规滑模变结构控制中的切换函数s通过微分环节构成新的切换函数,该切换函数与系统控制输入的一阶或高阶导数有关,可将不连续项转移到控制的一阶或高阶导数中去,得到在时间上本质连续的动态滑模控制律.该方案利用自适应技术和反演法,设计动态滑模控制器,有效地削弱了系统的抖振.最后仿真结果证明了该方案是正确的.     

不确定非线性系统的自适应反演终端滑模控制

针对一类参数严格反馈型不确定非线性系统, 本文提出一种自适应反演终端滑模控制方法. 反演控制的前n-1步结合自适应律估计系统的未知参数, 第n步采用非奇异终端滑模, 使系统最后一个状态有限时间内收敛.利用微分估计器获得误差系统状态的导数, 并设计了高阶滑模控制律, 去除控制抖振, 使系统对于匹配和非匹配不确定性均具有鲁棒性. 同自适应反演线性滑模方法相比, 所提方法提高了系统的收敛速度和稳态跟踪精度, 并且控制信号更加平滑. 仿真结果验证了该方法的有效性.     

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.     

前言

<正>滑模控制因其对系统不确定性、参数摄动和外部扰动的强鲁棒性和易于工程实现等优点,已经成为非线性控制领域的一个重要分支.一方面,在处理非线性系统镇定、干扰抑制、参数不确定、输入/输出约束等非线性控制理论问题时,滑模控制理论得到了极大的发展,一系列滑摸控制相关设计工具和理论分析方法被提出,并得到逐步完善.另一方面,滑模控制理论也被尝试应用于多种实际工业系统,如机器人系统、电机系统、电动汽车、飞行器等.尽管滑模控制理论的发展已有几十年,但随着近年来智能系统的快速发展,滑摸控制理论还面临着一系列的挑战,如处理混杂系统、网络化系统、高阶非线性系统、抖振抑制等问题.此外,随着数字控制器性能的急速提升,滑模控制技术在工业控制系统中的实际应用也备受关注.基于上述考虑,本专刊聚焦滑模控制的最新理论、研究方法及其应用成果,共录用20篇研究论文,其中滑模控制基础理论与算法相关论文4篇,滑模控制理论在智能制造、电机控制、电气系统、无人机、自动驾驶、航空航天等领域的相关应用论文16篇.在滑模控制理论与算法方面,王永骥等研究了具有约束的二阶系统的固定时间跟踪控制问题,提出了具     

对数型终端滑模在高阶SISO非线性系统的应用

以起重机升降系统位置控制为目标,针对起重机负载位置在有干扰条件下控制不精确的问题,采用对数型快速终端滑模来设计控制律.基于对数型快速终端滑模方法的良好特性,同时采用一种新的滑模面设计方法,将此对数型快速终端滑模方法引入到高阶单输入单输出非线性系统,并设计了一种新的滑模变结构控制律,使系统状态变量能以较快的速度在有限时间...     

SECOND‐ORDER NONSINGULAR TERMINAL SLIDING MODE DECOMPOSED CONTROL OF UNCERTAIN MULTIVARIABLE SYSTEMS

This paper proposes a second‐order nonsingular terminal sliding mode decomposed control method for multivariable linear systems with internal parameter uncertainties and external disturbances. First, the systems are converted into the block controllable form, consisting of an input‐output subsystem and a stable internal dynamic subsystem. A special second‐order non‐singular terminal sliding mode is proposed for the input‐output subsystem. The control law is designed to drive the states of the input‐output subsystem to converge to the equilibrium point asymptotically. Then the states of the stable zero‐dynamics of the system converge to the equilibrium point asymptotically. The method proposed in the paper has advantages for higher‐dimensional multivariable systems, in the sense that it simplifies the design and makes it possible to realize a robust decomposed control. Meanwhile, because of the adoption of the second‐order sliding mode, the control signal is continuous. Simulation results are presented to validate the design.     

AN ASYMPTOTIC SECOND‐ORDER SMOOTH SLIDING MODE CONTROL

Presented is a method of smooth sliding mode control design to provide for an asymptotic second‐order sliding mode on the selected sliding surface. The control law is a nonlinear dynamic feedback that in absence of unknown disturbances provides for an asymptotic second‐order sliding mode. Application of the second‐order disturbance observer in a combination with the proposed continuous control law practically gives the second‐order sliding accuracy in presence of unknown disturbances and discrete‐time control update. The piecewise constant control feedback is “smooth” in the sense that its derivative numerically taken at sampling rate does not contain high frequency components. A numerical example is presented.     

平面二级倒立摆的圆周行走与镇定控制

采用拉格朗日方程建立了平面二级倒立摆的非线性动力学模型, 将其在平衡位置线性化, 得到系统在两个正交控制方向解耦的近似模型. 针对每一个方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统所组成的六阶欠驱动系统, 设计了自适应滑模模糊控制器, 实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的镇定控制, 验证了该控制算法对欠驱动、不稳定、多变量耦合系统的有效性.     

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...     

多变量模型不确定系统的二阶滑模分解控制方法

提出一种多变量模型不确定系统的二阶终端滑模分解控制方法。通过状态变换和去耦合处理将系统转换为块能控标准型，它由输入输出子系统和穗定的零动态子系统组成。提出了特殊的二阶终端滑模超曲面和相应的控制策峪，使输入输出子系统状态渐近收敛到平衡点，零动态子系统随后也渐近收敛到平衡点。所提出方法对于控制维教较高的系统具有较大的意义，可简化设计，实现鲁棒分解控制。由于采用了二阶滑模的思想，可有效地消除系统的高频抖振。仿真实例表明了该方法的有效性。     

Reduced‐order sliding function design for a class of nonlinear systems

In this paper, the design of first order sliding mode control (SMC) and twisting control based on the reduced order sliding function is proposed for the robust stabilization of an class of uncertain nonlinear single‐input system. This method greatly simplifies the control design as the sliding function is linear, which is based on reduced order state vector. The nonlinear system is represented as a cascade interconnection of two subsystems driving and driven subsystems. Sliding surface and SMC are designed for only the driving subsystem that guarantees the asymptotic stability of the entire system. To show the effectiveness of the proposed control schemes, the simulation results of translational oscillator with rotational actuator are illustrated.     

双侧电驱动履带车辆运动解耦与变结构控制

针对双侧电驱动履带车辆运动控制强非线性、强耦合和不确定性的特点,提出一种解耦的控制结构,并设计各子系统控制器.首先,将运动控制系统分解为速度、横摆角速度两个独立子系统,克服传统差速控制存在的强耦合.其次,采用积分滑模控制方法,引入非线性积分滑模面,设计了能有效克服路面不确定扰动、消除积分饱和的速度控制器,实现车速的无超调、无静差的跟踪;考虑驱动电机饱和约束,结合模糊自适应与滑模控制算法,设计了能够适应转向阻力非线性变化的横摆角速度控制器,提高车辆转向运动控制的抗扰能力、降低控制量抖振.仿真结果表明,控制策略实现多种工况下车辆快速、准确的直线、转向运动控制.     

基于Perceptron的非线性滑模控制

利用Ｐｅｒｃｅｐｔｒｏｎ的两类模式分类特性对非线性滑动模式方程的Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数进行训练，以求得非线性的切换函数，并进行滑模控制器设计，为非线性滑模控制系统的综合设计提供了一条新的途径，并应用于车削系统中。     

平面倒立摆自适应滑模模糊控制

采用拉格朗日方程建立平面倒立摆的动力学模型，并将其在平衡位置进行线性化，得到了系统在X和Y两个正交控制方向解耦的近似模型．针对每一个控制方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统组成的欠驱动系统，设计了自适应滑模模糊控制器，实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的运动平衡控制．行走实验验证了所提出控制算法的有效性．     

SECOND‐ORDER TERMINAL SLIDING MODE CONTROL OF INPUT‐DELAY SYSTEMS

This paper proposes a second‐order terminal sliding mode control for a class of uncertain input‐delay systems. The input‐delay systems are firstly converted into the input‐delay free systems and further converted into the regular forms. A linear sliding mode manifold is predesigned to represent the ideal dynamics of the system. Another terminal sliding mode manifold surface is presented to drive the linear sliding mode to reach zeros in finite time. In order to eliminate the chattering phenomena, a second‐order sliding mode method is utilized to filter the high frequency switching control signal. The uncertainties of the systems are analysed in detail to show the effect to the systems. The simulation results validate the method presented in the paper.