无人水面艇复合自适应轨迹跟踪控制

针对存在模型参数不确定性和极易受到风、浪、流等时变干扰的欠驱动无人水面艇的轨迹跟踪控制问题,根据扰动观测器能对不确定项和外界干扰进行估计和补偿且具有鲁棒性特点,提出一种基于复合扰动观测器的自适应轨迹跟踪控制。该复合自适应观测器利用跟踪误差和估计误差共同调节自适应参数,在不激励高频未建模动态的情况下,该复合自适应闭环控制系统可得到更快的收敛速度和更高的跟踪精度。理论分析和仿真实验证明了所提出的无人水面艇复合自适应控制的有效性。     

固定时间预测器下的欠驱动无人艇路径跟踪控制

无人艇是一类在水面自主移动的智能船艇, 具有无人自主, 航速高, 欠驱动的特点, 能应用到民用和军事的诸多领域. 针对欠驱动无人艇的路径跟踪问题, 本文在传统视线法制导律的基础上, 首次提出了一种新的固定时间收敛的预测器, 用于预测位置误差, 实现对干扰的估计和补偿. 与基于有限时间收敛的预测器的制导律相比, 固定时间预测器收敛时间不依赖于初始状态, 可以更快收敛. 此外, 为了保证跟踪控制器的有效收敛, 还设计了固定时间控制器, 将无人艇尾部的方向舵力矩作为控制器, 使无人艇航向角在固定时间收敛到期望艏向角. 最后通过仿真实验证明本文所提出的制导律和控制器能精确跟踪给定路径.     

基于分层滑模控制的VTOL飞行器轨迹跟踪

针对VTOL飞行器的轨迹跟踪和稳定性问题,在考虑输入耦合前提下,提出了一种分层滑模控制方案.首先,将整个系统分成两个子系统,分别设计两个子系统的滑模面;然后利用其中一个子系统滑模量来构造中间变量,进而构造出整个系统总的滑模面;再利用等效控制法求取系统在该滑模面上的等效控制量,采用李雅普诺夫方法设计了系统的切换控制量,从而获得系统总的控制量.该控制器能够保证各个滑模面的稳定性和误差闭环系统的全局渐近稳定性.最后的仿真结果表明了该方法的有效性和可行性.     

基于积分LOS的多无人艇协同路径跟踪

该文针对欠驱动无人艇的编队跟踪控制问题,考虑模型参数不确定和外界风浪流干扰的影响,设计了基于LOS的算法。首先,为了使三艘无人艇保持协同,设计了协同一致性控制算法,并且所有的跟随者之间的通信网络是无向的,保证每艘无人艇之间都能互相通信。其次,基于LOS算法,设计了偏航控制器和艏摇控制器,使得无人艇可以在洋流干扰下实现路径跟踪。针对控制器中的未知参数,设计了基于自适应算法的观测器,对未知参数进行估计。仿真结果验证了所提出的控制方法的有效性。     

喷水推进型无人艇航向跟踪的反步自适应滑模控制*

针对单泵喷水推进型无人滑行艇的航向跟踪非线性系统,提出了一种反步自适应滑模控制方法。该系统由无人艇运动非线性响应模型和舵机伺服系统组成,并考虑运动响应模型的建模误差、外界干扰力等非匹配不确定性,利用全局微分同胚坐标变换将原系统变换为具有下三角特征的非线性系统。基于Backstepping方法和滑模控制理论,提出了一种自适应滑模控制律;利用Lyapunov函数,证明该控制律保证了航向跟踪系统的全局渐近稳定性。仿真对比结果验证了所提出控制器的有效性。     

非匹配扰动干扰下的无人直升机轨迹跟踪控制

针对小型无人直升机在飞行过程中容易受到非匹配扰动影响的特点,本文设计了一种基于新型滑模控制方法的轨迹跟踪控制器.首先,建立了无人直升机系统的非线性数学模型,并对该模型进行近似反馈线性化处理,同时将模型分为位置和偏航两个子系统;然后,利用扩展扰动观测器对复合扰动以及非匹配扰动的各阶导数的估计值,设计新型时变滑模面,得到滑模控制律,并给出了控制系统的稳定性分析;最后,仿真结果验证了控制方法的有效性和优越性.该新型滑模控制方法的优越性主要体现在:对非匹配扰动具有较强的鲁棒性,以及能有效地抑制抖振现象.     

基于干扰观测器的高速列车RBF自适应滑模控制方法

针对高速列车动力学模型的不确定性和存在外部干扰难以实现高速列车对目标轨迹的高精度跟踪控制的问题,设计了一种基于非线性干扰观测器的RBF神经网络自适应滑模控制方法。首先,针对高速列车模型非线性系统的不确定性问题,设计自适应RBF神经网络鲁棒控制器进行跟踪控制,基于RBF神经网络的特性设计神经网络权值自适应律,对列车模型中的未知函数进行估计。其次,针对高速列车跟踪控制外部干扰问题,采用指数收敛干扰观测器进行干扰补偿,提高高速列车对目标轨迹追踪的抗干扰能力。最后,李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性分析保证了闭环系统的渐近稳定性,以秦沈客运专线为仿真对象。结果表明,所设计的控制方法不仅解决了列车模型未知阻力部分的自适应逼近,而且在此基础上引入干扰观测器对外部非线性干扰进行补偿实现了对期望轨迹的高精度快速跟踪。     

机械臂卷积神经网络滑模轨迹跟踪控制

针对工业技术的发展对于多关节机械臂的精度与快速控制高要求,提出了一种机械臂卷积神经网络滑模轨迹跟踪控制方法。分析机械臂动力学方程,提取其中的不确定部分,针对不确定部分,构建深度卷积神经网络对其进行补偿,将补偿部分引入到滑模控制律中,通过改进后的滑模控制实现对机械臂轨迹跟踪的精确控制,并通过构建Lyapunov函数论证了系统的稳定性。仿真结果显示该方法能够满足轨迹跟踪要求,且减小了抖振现象。通过与其余三种典型控制方法的对比,测试结果表明,该方法加快了轨迹跟踪误差的收敛,且跟踪精度有了明显的提高。     

基于扰动观测器的机械臂自适应反演滑模控制

机械臂的动力学模型通常包含一定的结构不确定性,并受到外界未知干扰的影响。针对现有模型的不确定性特点,提出了一种基于非线性扰动观测器的自适应反演滑模控制方法,解决机械臂的轨迹跟踪控制问题。对于外界干扰,利用非线性扰动观测器进行观测补偿,无需上界先验知识;对于结构不确定性,引入反演滑模控制,同时设计自适应律,保证闭环系统的稳定性并增强系统的动态适应性。仿真结果证明,所提出的方法可以有效克服系统不确定性,降低控制输入信号的抖振,最终实现期望轨迹的快速精确跟踪。     

基于神经网络的不确定机器人自适应滑模控制

提出一种机器人轨迹跟踪的自适应神经滑模控制。该控制方案将神经网络的非线性映射能力与变结构控制理论相结合,利用RBF网络自适应学习系统不确定性的未知上界,神经网络的输出用于自适应修正控制律的切换增益。这种新型控制器能保证机械手位置和速度跟踪误差渐近收敛于零。仿真结果表明了该方案的有效性。     

基于离散滑模预测的欠驱动AUV三维航迹跟踪控制

针对欠驱动自主水下航行器（AUV）的模型不确定和外界海流干扰问题,为了实现欠驱动AUV的三维航迹跟踪控制,采用虚拟向导法建立空间运动误差离散化模型.基于递归滑模思想设计离散滑模预测控制器,利用滚动优化和反馈校正方法补偿了不确定项对滑模预测模型的影响.最后针对某欠驱动AUV进行了空间曲线跟踪控制仿真实验.结果表明,所设计的控制器可以较好地克服时变非线性水动力阻尼对系统的影响,并对外界海流干扰有较好的抑制作用,保证了欠驱动AUV三维航迹跟踪系统的鲁棒性,实现了三维航迹的精确跟踪.     

水平欠驱动机械臂的反步自适应滑模控制

针对二自由度水平欠驱动机械臂系统,提出了基于分层滑模控制思想的反步自适应滑模控制方法．该方法能够在不对系统状态模型进行复杂坐标变换,并且没有约束方程限制的前提下实现对欠驱动系统的反馈滑模控制．仿真结果表明了该方法的有效性,而且优化后的控制器具有较好的适应性和控制效果．     

Stabilization And Tracking Of Underactuated Surface Vessels In Random Waves With Fin Based On Adaptive Hierarchical Sliding Mode Technique

Trajectory tracking and roll stabilization are both vital practices in ship motion control. Trajectory tracking is a kind of low‐frequency control, while roll stabilization by means of fins is a kind of high‐frequency control. However, they have been studied separately previously; most tracking control of underactuated surface vessels in the previous studies do not account for roll stabilization by means of fins. In reality, however, they are an integral system. In this paper, a simple control strategy is proposed to achieve trajectory tracking and fin roll stabilization simultaneously. Four degrees of freedom derived from a six degrees of freedom mathematical model of a surface vessel is considered, including surge, sway, roll and yaw. Surge force, roll moment and yaw moment are considered as control inputs, while position, yaw angle and roll angle are controlled. The number of control inputs is fewer than the outputs to be controlled. Therefore, we are dealing with an underactuated problem. An adaptive hierarchical sliding mode control technique is employed to deal with the underactuation. Stabilization of underactuated surface vessels is studied as a special case. Random waves are applied to test the robustness of the designed controllers. Lyapunov stability theory is used to show the stability of closed‐loop system. The simulation results verify the effectiveness of the proposed strategy.     

挖掘机轨迹跟踪的滑模变结构控制

对液压挖掘机工作装置的轨迹跟踪进行了研究。在分析了液压挖掘机工作装置的动力学方程的基础上,针对其复杂的非线性,提出了一种新的液压挖掘机工作装置轨迹跟踪方法,即应用机器人学理论,建立了三自由度液压挖掘机工作装置的拉格朗日动力学模型,设计了带低通滤波器的滑模控制器,利用低通滤波器的滤除高频信号的功能,消除控制信号的抖动,给出沿规划轨迹工作所需的控制量,并给出了控制系统的设计方法。对三自由度工作装置进行了仿真研究,其结果表明,所设计的控制器对设定轨迹的跟踪具有良好的动态特性,对系统的不确定性具有较强的鲁棒性,在存在模型误差和外部扰动的情况下,该方案既能达到高精度快速跟踪的目的,又能消除滑模控制的抖动问题。     

无人艇轨迹跟踪的预设性能抗扰控制研究

针对海洋环境干扰下的无人艇轨迹跟踪问题,提出一种预设性能轨迹跟踪抗扰控制方法。首先,该方法通过引入具有约束作用的性能函数设计预设性能反演控制器。同时采用干扰观测器精确补偿外界未知扰动,并引入带σ修正漏项自适应律对海洋环境干扰的界进行估计,实现了无人艇轨迹跟踪抗扰控制,且同时保证其暂态性能和稳态性能。然后根据李雅普诺夫稳...     

基于神经网络的机器人二阶滑模控制

本文提出了一种基于神经网络与二阶滑模控制融合的控制策略用于非线性机器人控制,设计了一种新颖简易的二阶滑模控制方法,有效地避免了常规变结构控制的抖震问题,并采用神经网络辨识未知的机器人的非线性模型,通过Lyapunov直接法设计网络的权值更新率,确保了系统闭环全局渐近稳定性。最后,通过仿真验证了算法的有效性。     

Adaptive Trajectory Tracking Control for Nonholonomic Wheeled Mobile Robots:A Barrier Function Sliding Mode Approach

The trajectory tracking control performance of nonholonomic wheeled mobile robots(NWMRs) is subject to nonholonomic constraints, system uncertainties, and external disturbances. This paper proposes a barrier function-based adaptive sliding mode control(BFASMC) method to provide high-precision, fast-response performance and robustness for NWMRs.Compared with the conventional adaptive sliding mode control,the proposed control strategy can guarantee that the sliding mode variables converge to a pre...