基于反步滑模算法的无人机姿态鲁棒控制系统设计

针对传统无人机姿态鲁棒控制系统易受到外部干扰影响,无法精准控制姿态角、左侧舵面角和右侧舵面角,导致系统不稳定的问题,设计了基于反步滑模算法的无人机姿态鲁棒控制系统;使用TMS320F28335芯片的串级PID控制器,控制无人机中央处理机;选择MS-S3型伺服驱动器保证电机高速运动时的高转矩运行;使用STM32f407VGT6型号姿态控制器,控制旋翼姿态;在软件流程设计过程中,构建无人机动力学模型,引入反步滑模算法构建考虑姿态角动态方程,选择Lyapunov函数计算误差变量,设计滑模控制律,借助Visual C++6.0实现软件程序编写,完成无人机姿态鲁棒控制系统设计;由实验结果可知,在时间为5 s时,该系统姿态角达到6°、左侧舵面达到0.40°、右侧舵面角达到0.20°,与实际控制结果一致,具有精准控制效果。     

航天器姿态跟踪系统的自适应滑模控制

针对存在不确定惯量矩阵和外干扰的刚体航天器姿态跟踪系统,提出了一种自适应滑模控制方法。首先建立了姿态跟踪误差动力学方程,并对刚体航天器跟踪误差动力学定义了滑模,设计了自适应滑模控制律,该控制律的优点在于可以估计系统不确定块,消除了传统滑模控制中对不确定界的要求。Lyapunov分析表明了提出的自适应滑模控制器确保闭环系统取得渐近稳定性。仿真结果验证了提出的控制策略的有效性。     

航天器平移及姿态机动自适应终端滑模控制

研究了用于航天器平移及姿态机动的自适应终端滑模控制方法.通过在广义准坐标下建立拉格朗日方程得到了刚体航天器平移及姿态耦合运动的动力学方程.能对存在模型不确定性和环境扰动下的航天器实现平移和姿态机动.该自适应过程包括对不确定性和干扰的估计、有效抑制传统滑模控制的抖振现象.利用李雅普诺夫稳定性理论证明了控制器的可达性和稳定性.通过航天器的位置以及姿态跟踪的数值仿真,验证了所设计控制器的有效性和准确性.     

全方位移动平台自适应滑模运动控制研究

针对大型设备承重的要求,以8×8全方位移动平台为研究对象,建立了平台的运动学模型和动力学模型,并针对平台轮子滑移和重心偏移等不确定和非线性因素,利用RecurDyn建立平台三维模型,利用Matlab/Simulink建立联合仿真模型;采用自适应滑模控制对平台进行轨迹跟踪控制,并与PD控制方法进行对比,仿真结果表明,自适应滑模控制方法有效的降低了输出抖振,减小了不确定和非线性因素对运动的影响,跟踪误差几乎为零,实现了精确轨迹跟踪控制.     

基于FNN的滑模自适应控制

研究一类不确定性非线性系统的直接自适应控制方法。该方法由滑模控制器和模糊神经网络构成，通过平滑切换实现自适应控制策略。仿真结果表明，这种方法既有强鲁棒性，又能有效地消除高频颤动。     

基于反步法的自适应滑模大机动飞行控制

针对飞机大机动飞行时模型非线性和参数不确定性的特点,提出一种非线性反步自适应滑模变结构控制方法．基于反步法的思想适当选取Lyapunov函数,回馈递推得到自适应滑模控制律,并利用一种自适应参数策略的混沌粒子群算法优化控制器的固定参数改善系统性能,同时利用矩阵SDU分解克服高频控制增益矩阵估计时可能存在的奇异问题．仿真结果验证了算法的有效性．     

基于梯度下降的自适应姿态融合算法

针对第一代帆船姿态测量系统中采用的自适应卡尔曼滤波算法作用范围有限、动态性能较差等缺陷,基于微机电系统(MEMS)惯性传感器与梯度下降姿态融合算法提出了两种自适应方法,分别根据当前时刻之前N个采样点的平均运动加速度与加速度的变化量设计自适应控制因子,得到稳定的动态梯度下降步长。实验结果表明:两种算法性能均优于自适应卡尔曼滤波与单点加速度抑制法,其中,基于加速度增量的控制算法更加符合高速运动状态下加速度剧烈变化的实际规律,测量性能达到最优,符合海面帆船运动船体姿态测量的实际需求。     

永磁同步电机滑模自适应控制

在永磁同步电动机速度控制过程中,外界干扰、参数变化、系统模型不精确等给系统控制精度带来很大影响。电机控制系统采用电流环、速度环双闭环控制。电流环采用SVPWM调制的矢量控制;速度环采用滑模自适应控制,滑模控制对外界干扰、参数变化等不敏感,结合自适应控制可削弱滑模控制产生的抖振。然后利用MATLAB平台对系统进行仿真,仿真结果显示,采用滑模自适应控制的电机启动时转速和电流超调量小、并能快速达到稳定运行状态;在外加干扰时系统转速和电流有微小波动,但能快速恢复到稳定运行状态。与简单的滑模控制相比,滑模自适应控制器不仅响应速度快、超调小,并且克服了抖振、具有较好的稳态精度和动态性能。     

基于自适应负载观测器的PMSM滑模控制

根据永磁同步电机的矢量控制模型,设计一个滑模转速控制器,并设计一个自适应观测器估计负载转矩扰动值,进而对扰动进行在线补偿。滑模控制器与传统PID控制相比具有超调量小、响应快的优点．负载观测器的补偿提高了系统的性能。MATLAB仿真结果证明该设计方法的有效性。     

基于高阶滑模观测器的自适应时变滑模再入姿态控制

针对再入飞行器鲁棒姿态控制问题, 提出一种基于高阶滑模观测器的自适应时变滑模控制器设计方法. 首先, 设计了一种时变滑模面, 并在此基础上推导了相应的时变滑模控制律, 其中滑模控制中切换增益通过一种自适应算法获得, 消除了控制器设计过程中对系统不确定性上界已知的要求; 然后, 利用高阶滑模观测器对控制器设计过程中用到的姿态角导数信息进行观测, 同时能够获得系统扰动估计值, 从而构造一种基于观测器的控制器形式; 最后, 通过仿真验证了所提出的控制算法在提高再入飞行器姿态控制精度以及系统鲁棒性方面的有效性.     

基于自适应二阶终端滑模的飞行器再入姿态控制

针对飞行器再入过程中存在着模型不确定性因素以及气动环境复杂等鲁棒控制问题,提出一种基于自适应二阶非奇异终端滑模的控制方案.设计的控制器保证姿态跟踪误差在有限的时间内收敛于零,不需要内外扰的先验知识,通过在线自适应辨识扰动上界以消除其影响.最后以气动参数摄动50%作为扰动条件进行了飞行器再入姿态控制仿真,结果表明了该方案的快速性和鲁棒性.     

一种改进的自适应滑模控制及其在航天器姿态控制中的应用

针对刚体航天器的鲁棒姿态控制问题,提出一种改进的自适应滑模控制(ASMC)算法.该算法除了不需要事先知道扰动及系统参数不确定性的上界外,还有效地解决了现有ASMC设计中对切换增益的过度适应问题.该算法具有以下优点:1)自适应的切换增益更接近扰动及参数不确定性的上界,能够产生低抖振的控制信号;2)控制力矩更为平滑,适于工程应用.仿真结果验证了所提出算法的有效性.     

高精度机械伺服系统的一种新型自适应滑模控制方法

针对高精度机械伺服系统,提出一种高性能的新型自适应滑模控制方法,使闭环系统渐近跟踪给定的参考模型.该方法对转动惯量的大范围变化及非线性摩擦等外干扰均具有很强的鲁棒性.该方法的主要思想是用滑模方法抑制系统中的外部力矩扰动,对系统参数进行自适应估计,用估计值来补偿转动惯量的变化.对于控制算法的全局稳定性,采用李雅普诺夫直接法给出了严格的证明.该算法简单,其实现不需要误差的高阶微分信号,适于实时控制.本文方法以某高精度飞行仿真转台为例,对提出方法进行了实验研究,结果表明了该方法具有良好的跟踪性能,暂态响应和鲁棒性.     

惯性定向三轴稳定卫星姿态自适应滑模控制

在建立惯性定向三轴稳定卫星非线性耦合姿态运动模型的基础上,设计了姿态三轴稳定控制的自适应滑模变结构控制器。在控制器的设计中,考虑了小卫星惯量参数的不确定性以及外界力矩干扰的情况,利用自适应滑模变结构控制方法在线辨识干扰力矩的极值以及卫星惯量参数,并依此动态调整控制器的输出。基于Lyapunov稳定性原理证明了所设计的控制器能够使系统全局一致最终有界稳定。仿真结果表明了该控制方法的有效性和可行性。     

Adaptive sensorless robust control of AC drives based on sliding mode control theory

This paper focuses in the design of a new adaptive sensorless robust control to improve the trajectory tracking performance of induction motors. The proposed design employs the so‐called vector (or field oriented) control theory for the induction motor drives, being the designed control law based on an integral sliding‐mode algorithm that overcomes the system uncertainties. This sliding‐mode control law incorporates an adaptive switching gain in order to avoid the need of calculating an upper limit for the system uncertainties. The proposed design also includes a new method in order to estimate the rotor speed. In this method, the rotor speed estimation error is presented as a first‐order simple function based on the difference between the real stator currents and the estimated stator currents. The stability analysis of the proposed controller under parameter uncertainties and load disturbances is provided using the Lyapunov stability theory. The simulated results show, on the one hand that the proposed controller with the proposed rotor speed estimator provides high‐performance dynamic characteristics, and on the other hand that this scheme is robust with respect to plant parameter variations and external load disturbances. Finally, experimental results show the performance of the proposed control scheme. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

四旋翼双环滑模姿态控制系统设计与仿真

针对四旋翼姿态角难以快速跟踪实际控制指令,传统线性化方法稳定性能不佳、用简单滑模控制存在控制律难以实现等问题,提出了一种基于双环滑模控制系统的设计方案。通过建立四旋翼的姿态动力学模型推导出姿态角和角速度的控制律方程。最后,基于实验室搭建的四旋翼硬件实验平台对该方案进行MATLAB仿真分析,并与常规PID控制方法和反步法进行了比较。结果表明该方法有效可行,跟踪姿态角更加快速、精确。