一类非线性不确定系统的滑模反演控制

针对一类存在未知复合扰动的高阶非线性系统,提出一种基于有限时间干扰观测器的反演非奇异快速终端滑模控制方法。采用有限时间干扰观测器对复合扰动进行快速精确估计并设计控制器鲁棒项进行补偿。采用反演控制处理高阶非线性系统,结合动态面控制设计虚拟控制律;同时设计非奇异快速终端滑模控制律,提高系统的收敛速度和控制精度,并通过Lyapunov理论证明了系统跟踪误差一致最终有界。通过数值仿真验证了所提控制方法的有效性和可行性。     

基于滑模扩张干扰观测器的固定翼无人机动态逆控制

为解决存在模型不确定性与外部干扰时的固定翼无人机控制问题,设计了一种非线性滑模扩张干扰观测器与快速响应动态逆相结合的控制律。在扩张干扰观测器设计的基础上,引入滑模原理设计了一种非线性滑模扩张干扰观测器,对干扰及其变化率进行实时估计;将无人机姿态运动方程分为姿态角慢回路与姿态角速率快回路,依此分别设计动态逆控制律,并基于干扰估计量对未知扰动进行补偿,同时在快回路控制器中加入由快速跟踪微分器(TD)估计的指令值微分量,以提高控制器的响应速度,最后证明了复合控制器的稳定性。仿真实验表明,设计的复合控制器能够对无人机姿态运动进行高效控制。     

动中通多子阵天线自适应PID滑模稳定控制

动中通在载体运动中进行卫星通信时,天线受到各类扰动的影响而不能准确对准卫星,降低了通信质量。为了解决此问题,设计了一种自适应滑模天线姿态稳定控制器。首先建立了动中通天线系统的动力学模型;基于此模型,采用PID滑模面设计了天线的滑模姿态控制器;通过对扰动的自适应估计,在扰动上界未知情况下获得了平滑的滑模控制输入;将PID方法引入控制器设计,提高了系统的动态响应速度。仿真结果表明,所设计控制器具有良好的动态响应特性和控制精度,且控制电压输出无抖振。     

机械臂自适应非奇异快速终端滑模控制

针对刚性机械臂有限时间鲁棒控制问题,提出了一种新的自适应非奇异快速终端滑模控制方法.该方法将非奇异快速终端滑模控制与自适应律相结合,使用非奇异快速终端滑模面加快机械臂轨迹跟踪误差的收敛速度,解决了终端滑模中的奇异问题;通过双曲正切函数代替符号函数减小控制输入的抖振;利用自适应律对未知的外部扰动和系统的不确定性进行估计,...     

RDOB的复合滑模控制及其在稳定平台的应用

针对扰动对稳定平台跟踪精度的影响,提出了一种新型复合滑模控制算法.首先,针对等效干扰,使用鲁棒H∞混合灵敏度控制设计鲁棒干扰观测器(RDOB),有效地优化了干扰观测器的滤波器,对等效干扰实现了快速精确的估计与补偿,改善了系统的抗干扰能力;其次,为了提高系统的跟踪精度,结合有限时间理论,设计了新型的滑模控制器(NSMC),Lyapunov函数证明了系统在有限时间内收敛.仿真结果证明了控制策略的有效性.     

利用射频误差信号提高脉冲雷达的角跟踪精度

本文首先分析了传统脉冲测量雷达在各种内部、外部扰动作用下对高动态目标进行跟踪时面临的问题,在此基础上,将射频误差信号与天线指向信号作为量测信息引入观测方程,并且利用数值微分法对被跟踪的高动态机动目标建立了一种简单的估计模型,采用常规卡尔曼滤波算法估计出准确的目标角位置、角速度和角加速度的当前值和一步预报值。这种方法实现简单,作为机动目标的实时前处理算法,能够有效补偿各种内部、外部扰动对脉冲雷达角跟踪精度的影响,改善角度捕获的动、静态品质。     

不确定分数阶混沌系统有限时间同步

针对分数阶混沌系统在不确定性和外界干扰下的有限时间同步问题,设计了一个新的分数阶滑模面,解析地证明了它可在有限时间收敛到零.采用自适应律,实现了外部扰动的边界值和系统非线性项Lipschitz常数的估计.为了确保有限时间内滑模运动的发生,设计了自适应分数阶滑模控制器.结合Lyapunov稳定性理论,解析地证明了有限时间...     

分数阶混沌系统自适应有限时间追踪控制

基于实现一类参数未知三维分数阶混沌系统有限时间追踪控制的目的,采用分数阶系统稳定性地理对分数阶Zhang混沌系统进行了动力学性质分析,采用有限时间控制法设计了一个自适应有限时间追踪控制器,通过理论计算和MATLAB数值仿真,验证了该控制器的有效性,实现了参数未知分数阶混沌系统的自适应有限时间追踪控制;在保持系统各个参数不变的情况下加入外部随机扰动,通过MATLAB数值仿真可知,该控制器具有抗干扰性。     

基于改进遗传算法的敏捷卫星姿态路径规划

针对基于双框架控制力矩陀螺(DGCMG)的敏捷卫星姿态快速机动控制问题,提出一种改进的遗传算法进行基于DGCMG的敏捷卫星的姿态路径规划。根据敏捷卫星姿态机动的特点,采用启发式方法生成初始种群,从而提高算法的搜索效率;同时,以DGCMG消耗的能量作为适应度函数,保证DGCMG远离奇异状态;并对星体角速度及其角加速度提出平滑变异算子以保证卫星的星体角速度和指令力矩平滑。仿真结果表明:在控制输入有界、执行机构饱和、奇异测度约束和星体角速度限制等多种约束下,改进的遗传算法能够规划出满足机动能力指标且能量较优的有效路径。     

未知输入下多智能体系统的分布式协同控制

针对具有未知领导者控制输入的双积分形式的二阶多智能体系统的有限时间分布式协同控制问题进行了研究。首先,为了快速、准确地估计领导者的控制输入信息,提出了一种新的基于双曲正切函数的有限时间跟踪微分器,并引入终端吸引子函数来消除抖振。其次,设计了一种基于含减速点的新型变速趋近律的有限时间跟踪控制律,系统在远离减速点时具有较快的收敛速度,在靠近减速点时能有效削弱抖振。在此控制律的作用下,跟随者利用所获得的控制输入信息,可以更好地实现对领导者的速度和位置跟踪。最后,仿真结果验证了所提算法的有效性。     

一种基于改进PDR与外部位置信息的融合定位算法

针对传统行人航位推算(PDR)算法在手机倾斜程度较大时定位误差大且定位误差随步数累积的问题,提出一种改进PDR定位与外部位置信息融合的定位算法。算法首先估计手机姿态矩阵并利用姿态矩阵旋转加速度、角速度与磁感应强度的测量向量。再利用旋转后的加速度向量进行步伐探测、步频步长估计;旋转后的角速度与磁感应强度向量进行方向角估计。最后根据PDR定位结果与外部位置信息的误差特性,通过比例积分(PI)控制器进行融合定位并反馈调节步长模型参数。实验表明算法中传感器测量向量旋转、融合定位和步长模型参数反馈调整有效减小了算法的定位误差,定位轨迹更接近于真实行进轨迹。     

具有扰动抑制的高空飞艇姿态控制系统设计

工作于距海平面20～30 km高度的高空飞艇,虽然可以避免雨和暴风雪的影响,但依然受风和大气紊流的影响.为了克服这些外部扰动的影响,处于定点悬停阶段的高空飞艇,需要消耗大量的能量,而高空飞艇所能提供的能量是有限的,系统能耗将直接影响高空飞艇的负载能力和驻空时间.针对大气紊流对高空飞艇定点悬停阶段姿态调整的影响,利用内模控制设计原理具有通过设计内模,可以将扰动信号反馈到系统的输入端,由此便可以直接对扰动进行控制的特点,设计了高空飞艇纵向姿态控制器,仿真结果表明,所设计的内模控制器可有效地抑制大气紊流的影响.     

基于FTDO的RLV再入段鲁棒容错姿态控制

针对可重复使用运载器(RLVs)再入过程中的不确定、舵面失效及饱和的容错控制问题,提出了一种基于固定时间干扰观测器(FTDO)结合辅助抗饱和系统的反步控制策略。首先,设计一种基于超螺旋理论的固定时间干扰观测器,除保证对系统中干扰、不确定和舵面失效作用的准确估计外,还能有效提高对变频干扰的估计精度。其次,针对RLV再入时舵面易发生饱和故障的问题,设计辅助补偿系统以使舵面尽快退出饱和状态。仿真结果表明,该容错控制方法有效解决了舵面的部分失效及饱和问题,对干扰和不确定有较强的抑制作用,能够提高RLV再入段姿态控制系统的控制精度和鲁棒性能。     

基于自抗扰控制器的电动缸载荷系统研究

针对航空飞行器关键部件疲劳性能评价试验系统准确模拟极端条件下载荷谱的要求,在电动缸载荷系统中通过设计自抗扰控制器(ADRC)估计系统的状态信息和扰动信息,解决在极端条件、无扰动数学模型条件下对规定载荷谱的精确控制问题;解决因极端条件变化带来的扰动和系统不确定性导致的系统稳定性问题。通过仿真试验,电动缸加载三阶系统的力闭环自抗扰控制系统在外部条件相同的条件下,自抗扰控制器的控制效果优于PID控制,响应速度更快,抗系统扰动能力更强,满足伺服电动缸加载控制系统加载精度高、试验评价系统载荷谱重复及一致性精度高的要求。     

一类输入受限非线性系统的有限时间控制

针对一类高阶非匹配不确定非线性系统,结合有限时间Lyapunov稳定性理论,提出了系统在输入受限情况下的一种有限时间稳定控制方案。首先利用加幂积分法,设计镇定系统的有限时间稳定控制器;然后当该控制器的输出超过给定的有界上限输出时,运用Backstepping回馈思路去证明系统在控制器达到饱和后也是有限时间稳定的,从而实现了输入受限问题的分段处理。数学上严格证明了在所提方案的作用下,闭环系统是有限时间稳定的,保证了基于加幂积分法设计的控制器的输出量始终在给定的允许饱和限度内,同时被控系统是有限时间稳定的。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于扰动转矩估计的导引头自适应内模控制

为了降低扰动转矩变化对导引头伺服控制系统的影响,提出了一种基于扰动转矩估计的自适应内模控制方案。首先建立导引头伺服控制系统的数学模型,设计系统的内模控制器;接着采用扰动转矩估计的方法,辨识导引头伺服控制系统转动惯量的变化情况;最后根据转动惯量的变化、通过线性自适应率自动调整内模控制器的参数,从而确保控制器的控制性能。实验结果表明,该控制方案对系统工况变化有着很强的自适应性,提高了导引头伺服控制系统的抗干扰性能和鲁棒性,取得了较好的控制效果。     

具有输入饱和的纯反馈系统有限时间跟踪控制

针对具有输入饱和及输出约束的非线性纯反馈系统,提出了有限时间自适应神经跟踪控制方法.利用有限时间控制理论、Barrier Lyapunov函数以及径向基函数(RBF)神经网络设计出新颖的虚拟和实际输入信号,解决了具有输入饱和及输出约束的非线性纯反馈系统的有限时间控制问题,同时,确保系统在满足输入饱和及输出约束的条件下,系统的输出在有限时间内跟踪上参考信号,并且系统的跟踪误差在有限时间内被限制在原点的小邻域内.最后,仿真实验阐明了所设计控制器的有效性.     

四旋翼无人机的滑模自抗扰姿态控制器设计

针对四旋翼无人机姿态控制过程中存在模型不确定和外界风干扰的问题,提出了一种内外环控制算法.内环设计了自抗扰控制器,利用扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈控制器实时估计和补偿系统的总扰动;外环设计了非奇异终端滑模控制器来提高系统的响应速度;并对内外环的控制算法进行了稳定性证明.由姿态角跟踪仿真结果表明,所设计的控制器具...     

改进的变维滤波实现运动目标姿态的跟踪

针对运动目标变维姿态滤波在姿态剧烈变化时滤波效果较差的问题,结合Jerk模型,提出一种改进的变维运动目标姿态滤波方法。该方法通过建立角加加速度滤波模型,结合变维姿态滤波中的角速度和角加速度模型,利用角度和角速度的新息残差,角加速度和角加加速度估计显著性检验的统计量,判定目标姿态的机动状态,调整跟踪模型,从而提高姿态跟踪精度。仿真表明,该方法在保持变维姿态滤波精度基础上,有效提高了姿态强机动情况下的跟踪精度。     

基于ADRC和SVM的永磁同步电机直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)传统直接转矩(DTC)控制系统的抗干扰性差、磁链脉动大和开关频率不稳定的问题,提出了一种基于自抗扰控制器(ADRC)和空间电压矢量调制(SVM)结合的新型控制方法;ADRC可以实时地估计系统的扰动并进行补偿,提高了系统的抗干扰性能;SVM稳定了周期开关频率,有效地降低了磁链脉动。仿真结果证明,与传统DTC相比,文中提出的新型控制方法能够准确地估计出系统所受的扰动并及时补偿,稳定性高,反应速度快,磁链脉动小。