滑模自适应控制在光电稳定平台中的应用

针对高精度光电伺服稳定平台系统中摩擦和各种非线性干扰对跟踪精度的影响问题,提出了一种基于LuGre摩擦模型的积分型滑模自适应控制算法。首先建立了基于动态LuGre摩擦的伺服系统模型,根据LuGre模型,构造了一个非线性观测器来估计摩擦中的未知状态变量;然后设计积分型滑模自适应控制算法实现摩擦补偿和各种扰动的估计,通过设计最优的反馈控制律,保证了积分型滑模的收敛速度,并引入自适应思想设计滑模控制器,有效的减弱了滑模控制中的颤抖现象;最后利用Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明:所提方法有效的抑制了摩擦等各种干扰对稳定平台系统的影响,在提高系统跟踪精度的同时增强了系统的鲁棒性能,该方法也简化了设计过程,具有一定的应用价值。     

一类MIMO非线性系统的直接自适应模糊滑模控制

针对一类具有下三角形函数控制增益矩阵的非线性系统, 基于滑模控制原理, 并利用Ⅱ型模糊系统的逼近能力, 提出了一种直接自适应模糊滑模控制器设计的新方案. 通过引入积分型李雅普诺夫函数及逼近误差自适应补偿项, 证明了闭环系统是全局稳定的, 跟踪误差收敛到零. 仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于非线性增益递归滑模的船舶轨迹跟踪动态面自适应控制

针对三自由度全驱动船舶存在模型不确定和未知外部环境扰动的情况,设计出一种基于非线性增益递归滑模的船舶轨迹跟踪动态面自适应神经网络控制方法.该方法综合考虑船舶位置和速度误差之间关系设计递归滑模面,引入神经网络对船舶模型不确定部分进行逼近,设计带σ-修正泄露项的自适应律对神经网络逼近误差与外界环境扰动总和的界进行估计,并应用一种非线性增益函数构造动态面控制律,选取李雅普诺夫函数证明了该控制律能够保证轨迹跟踪闭环系统内所有信号的一致最终有界性.最后,基于一艘供给船进行仿真验证,结果表明,船舶轨迹跟踪响应速度快、精度高,所设计控制器对系统模型参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性.     

基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模 动态面输出反馈控制

针对三自由度全驱动船舶速度向量不可测问题,考虑船舶模型参数和外部环境扰动均未知的情况,提出一种基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模动态面输出反馈控制方法.该方法设计神经网络自适应观测器估计船舶速度向量,且利用神经网络逼近模型参数不确定项,综合考虑船舶位置和速度误差之间关系构造递归滑模面,再采用动态面控制技术设计轨迹跟踪控制律和参数自适应律,并引入低频增益学习方法消除外界扰动导致的高频振荡控制信号.选取李雅普诺夫函数证明了该控制律能够保证轨迹跟踪闭环系统内所有信号的一致最终有界性.最后,基于一艘供给船进行仿真验证,结果表明,船舶轨迹跟踪响应速度快,所设计控制器对系统模型参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性.     

基于模糊扰动观测器的PMSM积分滑模控制研究

为了克服传统永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)的滑模控制增益大容易产生抖振的问题,提出基于模糊观测器的PMSM积分滑模控制策略。采用新型趋近律设计积分滑模控制器取代传统的滑模控制器,提高系统的动态响应性能。结合模糊控制与自适应控制的特点,设计模糊扰动观测器,能够迅速有效地观测系统内部参数变化和外部扰动,并对积分滑模速度控制器进行前馈补偿,削弱系统抖振的同时提高了系统的鲁棒性。通过李雅普诺夫理论证明了该控制系统的稳定性。仿真及实验结果验证了该方法具有较强的鲁棒性,可以实现良好的跟踪效果并且无抖动。     

农业轮式移动机器人反演自适应滑模轨迹跟踪控制

为提高农业轮式移动机器人路径跟踪控制的鲁棒性,提出一种基于农业轮式移动机器人反演自适应滑模控制策略。运用反演控制设计其运动学控制律,保证位置跟踪误差渐进收敛到零;根据动力学模型,设计自适应滑模动力学控制律,实现农业轮式移动机器人左右轮平稳的运行;运用李雅普诺夫定理保证闭环系统的最终一致稳定性。仿真实验验证了该方法的有效性和优越性,能够实现正弦型曲线路径跟踪。     

基于积分型切换函数的自适应神经网络控制

针对一类具有未知函数控制增益的非线性系统,利用RBF神经网络的逼近能力,依据滑模控制原理,提出了一种直接自适应神经网络控制器设计新方案。通过引入积分型切换函数及逼近误差自适应补偿项,监督控制用饱和函数代替符号函数,根据李雅普诺夫稳定性理论,证明了闭环系统是全局稳定的,跟踪误差收敛到零。该算法应用于连续搅拌型化学反应器CSTR（Continuous Stirred Tank Reactor）,仿真结果显示,该算法能很好地使CSTR跟踪给定的温度信号,表明了该控制策略的有效性。     

基于区间二型模糊摩擦补偿的鲁棒自适应控制

针对不确定机械系统中普遍存在的摩擦力,由于其非线性和不确定性,传统基于摩擦模型的补偿控制方法难以达到满意的系统性能要求.本文提出基于自适应区间二型（Type-2）模糊逻辑系统对系统摩擦进行补偿建模,并在该摩擦补偿方法的基础上设计出鲁棒自适应控制器,保证系统输出精度,且对摩擦环境的变化具有较强自适应性.区间二型模糊逻辑系统相对于传统一型模糊逻辑系统具有较强的处理不确定性问题的能力,在本文中使用自适应区间二型模糊逻辑系统不断逼近摩擦力,根据李雅普诺夫稳定性理论求出自适应律并证明系统跟踪误差的有界性.在不同摩擦环境下的仿真结果验证了本文所提摩擦建模方法与控制策略的有效性与实用性.     

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.     

动力学模型不确定的上肢外骨骼自适应滑模控制

为了解决上肢外骨骼系统中动力学模型不确定情况下的轨迹跟踪问题,提出了一种自适应滑模控制策略。该控制策略采用径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络对动力学模型进行估计,并根据估计值设计自适应滑模控制律。利用李雅普诺夫稳定性判据证明控制系统的稳定性。为验证控制策略的有效性,使用Kinect传感器获取人体上肢动作关节角度变化曲线,并使用SolidWorks建立人体和上肢外骨骼模型,同时将其导入Adams中,进行Adams和MATLAB联合仿真。最后,仿真结果表明,实际关节角度与期望关节角度的误差在收敛后小于0.01,即使在动态模型不确定的情况下,所提控制策略也能获得优异的控制效果。     

Adaptive integral backstepping sliding mode control for opto-electronic tracking system based on modified LuGre friction model

In order to improve the control accuracy and stability of opto-electronic tracking system fixed on reef or airport under friction and external disturbance conditions, adaptive integral backstepping sliding mode control approach with friction compensation is developed to achieve accurate and stable tracking for fast moving target. The nonlinear observer and slide mode controller based on modified LuGre model with friction compensation can effectively reduce the influence of nonlinear friction and disturbance of this servo system. The stability of the closed-loop system is guaranteed by Lyapunov theory. The steady-state error of the system is eliminated by integral action. The adaptive integral backstepping sliding mode controller and its performance are validated by a nonlinear modified LuGre dynamic model of the opto-electronic tracking system in simulation and practical experiments. The experiment results demonstrate that the proposed controller can effectively realise the accuracy and stability control of opto-electronic tracking system.     

LuGre摩擦模型对伺服系统的影响与补偿

摩擦是影响伺服系统性能的一个主要因素. 为了研究摩擦的影响与补偿, 本文首先建立了基于动态LuGre摩擦的机电伺服系统模型. 根据LuGre模型, 构造了一个非线性观测器来估计摩擦力矩. 然后, 积分反步自适应控制算法被设计从而实现了摩擦补偿和负载扰动估计, 并使用Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性. 仿真结果表明:LuGre摩擦会对伺服系统产生极限环振荡以及低速爬行的影响, 并且提出的补偿方法能够降低摩擦对伺服系统性能的影响以及提高了系统的跟踪精度和鲁棒性.     

基于微分观测器的飞行模拟转台伺服系统非线性控制

飞行模拟器转台伺服系统是导弹飞行的重要模拟设备,用于获取实验数据。针对飞行模拟转台伺服系统在跟踪控制过程中存在参数不确定性、非线性摩擦等不确定性问题,提出了一种基于微分观测器的飞行模拟转台伺服系统非线性控制方法;考虑系统在跟踪控制过程中存在不确定性问题,设计了微分观测器来估计复合不确定扰动;设计非线性控制器来控制飞行模拟转台伺服系统,使得系统可以收敛到期望位置转角信号;通过李雅普洛夫稳定性证明控制器作用在系统条件下的鲁棒性;通过MATLAB/Simulink仿真试验平台验证了文中提出的控制策略能够使系统有效跟踪期望位置转角,具有一定工程应用价值;     

Trajectory Tracking Control of XY Table Using Sliding Mode Adaptive Control Based on Fast Double Power Reaching Law

Currently, high velocity and precision are the main developing directions of the XY table. However, the nonlinear effects of friction at low speed deteriorate the precision of the XY table servo system. As a result, it is very important to design a control method to carry out friction compensation and trajectory tracking. In this paper, dual sliding mode state observers are used to estimate these immeasurable parameters in the dynamic LuGre model, and the Lyapunov function is used to design the adaptive update law. In addition, fast double power reaching law has the advantage of improving the global asymptotic convergence rate and overcoming these disadvantages where traditional sliding mode control reaching law causes severe chattering. Simulation results that compare the proposed method with exponent sliding mode control and PID control, demonstrate that the fast double power sliding mode control guarantees position and speed signals, tracking the desired references asymptotically.     

含齿隙非线性的双电机驱动伺服系统控制研究——基于反演积分自适应方法

针对存在齿隙非线性的双电机驱动伺服系统的控制问题,给出了双电机驱动伺服系统的模型,应用反演积分自适应控制方法,引入虚拟控制量和位置跟踪误差的积分,确保系统跟踪误差能够渐近稳定地趋于零。通过逐步递推选择Lyapunov函数,设计了基于状态反馈的自适应控制器,并进行了稳定性分析。通过与常规PID控制的仿真结果相比较,表明所提出的控制策略能较好地补偿齿隙非线性的影响,提高了系统的位置跟踪性能和鲁棒性。     

基于非线性参数的电液伺服系统滑模控制

针对在电液伺服系统跟踪控制中存在非线性不确定参数和外界扰动的问题,提出了一种基于积分微分器的滑模Lyapunov函数的控制方法。首先,在只有位移信号测量输出的情况下,采用高阶积分链式微分器对其速度和加速度信息进行预估。系统存在非线性不确定参数,利用微分器对状态和不确定项的实时估计,设计出积分滑模控制器,实现自适应规律以及对电液伺服系统中不确定扰动的抑制。搭建电液伺服系统AMESim模型并与Matlab构成联合仿真平台,对控制器进行仿真。仿真表明,该控制器具有良好的对非线性不确定参数变化的补偿能力和跟踪性能。     

控制力矩陀螺框架伺服系统期望补偿自适应鲁棒控制

本文针对控制力矩陀螺框架伺服系统中存在的参数不确定性、摩擦非线性及外部干扰问题,提出了一种考虑LuGre摩擦的自适应鲁棒控制方法.针对陀螺框架伺服系统未知惯量和阻尼系数、LuGre摩擦参数不确定性及未知外部干扰上界,设计参数更新律对其进行估计.在此基础上,为提高系统对不确定参数及未知干扰的鲁棒性,设计带有期望补偿的自适应鲁棒控制器,可实现对LuGre摩擦非线性的精确补偿,同时减小测量信号噪声及外部干扰对系统的不利影响.应用Lyapunov稳定性理论分析了闭环系统的稳定性.对挠性航天器姿态机动控制的仿真结果,验证了所提方法的有效性.     

Robust adaptive controller with disturbance observer for vehicular radar servo system

In vehicular radar servo system, parameter variations of the executive motor and external disturbance uncertainties have great effects on the position tracking precision of the system. In this paper, a robust adaptive controller with disturbance observer is designed for vehicular radar servo system, which combines the merits of disturbance observer, adaptive backstepping method and sliding mode control. The system is modeled, and a disturbance observer is employed to observe and compensate for the unknown uncertainties. Adaptive backstepping method is used to design the sliding model controller to guarantee the global stability of the overall system. Simulation results show that the proposed robust adaptive controller has good performance in position tracking and enhances the robustness of vehicular radar servo system while observing the uncertainties precisely and quickly.     

Backstepping sliding mode control with FWNN for strict output feedback non-smooth nonlinear dynamic system

An output feedback backstepping sliding mode control scheme was developed for precision positioning of a strict single-input and single-output (SISO) non-smooth nonlinear dynamic system that could compensate for deadzone, dynamic friction, uncertainty and estimations of immeasurable states. An adaptive fuzzy wavelet neural networks (FWNNs) technique was used to provide improved approximation ability to the system uncertainty. The adaptive laws were derived for application to estimate the deadzone and friction parameters using recursive backstepping controller design procedures. In addition, the sliding mode control method was also combined to enforce the robustness of the output feedback backstepping controller against disturbance. The Lyapunov stability theorem was used to prove stability of the proposed control system. The usefulness of the proposed control system was verified by simulations and experiments on a robot manipulator in the presence of a deadzone and friction in the actuator.     

四旋翼无人机抗干扰轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机轨迹跟踪过程中存在的参数不确定与外界干扰问题,设计一种双闭环自适应控制策略.为了降低控制器设计复杂度,根据四旋翼无人机系统的欠驱动特性将系统分成姿态内环和位置外环.在扰动观测器的基础上,利用积分型反步控制算法完成无人机位置信息在外界干扰下的稳定跟踪控制.在扰动观测器的基础上,利用自适应滑模控制算法完成无...