带参数扰动非线性系统的变结构控制

考虑了带系统参数扰动的非线性时变系统的变结构控制的设计问题.首先,给出了一个状态决定的微分Ricatti方程,在一定的假设条件下,该Ricatti方程可解;其次,由此Ricatti方程的解,设计出系统的滑动区域,在此滑动区域内,给出系统的控制律,在滑动区域外,此控制律在有限时间内将系统轨迹拉入滑动区域,而在系统之外,此控制律使系统渐近稳定.     

一类不匹配不确定线性系统的鲁棒变结构控制

针对一类线性系统中模型参数存在的不确定性,同时这种不确定性通常并不完全满足匹配条件,设计了不匹配条件下的鲁棒稳定控制律,使其具有鲁棒到达条件并在有限时间内到达滑动平面．给出全局鲁棒到达条件的证明．进而通过解一个代数Ricatti方程设计了一个鲁棒稳定的滑动平面．在存在不匹配的不确定性项的情况下,滑动模态子系统仍具有二次稳定性．数值仿真结果说明方法是有效的.     

带非线性时变滑动区域的变结构控制系统设计

通过引入非线性时变(NTV)滑动区域,讨论一类可以由线性时变系统代替的非线性时变系统,也给出了变结构控制(VSC)计算方法.首先,通过状态决定的Riccati微分方程(SDDRE),设计了非线性时变滑动区域,它是状态空间的一个子集.其次,设计了一个变结构控制率,在此控制律之下,系统闭环轨迹最终进入滑动区域.     

双线性变结构控制系统的趋近律与"状态深阱"

使用坐标变换,将双线性系统中的倍增控制项和叠加控制项重新组合成与线性系统有相同形式的非线性系统。采用等价控制和趋近律方法设计变结构控制律。系统方程的函数在实数域内不连续,存在“状态深阱”。系统在“状态深阱”内将发散。通过切换面的选取可以研究“状态深阱”的性质,使象点在向原点运动时不落入“状态深阱”之内,仍然保持滑动模态的优良性能,给出了一个三阶系统数字例子的计算机仿真结果。     

充液挠性飞行器的变结构控制

给出了带有多个挠性附件的充液飞行器的动力学方程,针对此模型采用变结构控制方法设计了系统的控制器。控制任务包括操纵天线使之跟踪事先给定的运动规律,并保持星体在惯性空间稳定,同时有效地抑制附件的弹性振动。通过仿真算例验证了此控制律的有效性。     

充液挠性飞行器的变结构控制

给出了带有多个挠性附件的充液飞行器的动力学方程，针对此模型采用变结构控制方法设计了系统的控制器。控制任务包括操纵天线使之跟踪事先给定的运动规律，并保持星体在惯性空间稳定，同时有效地抑制附件的弹性振动。通过仿真算例验证了此控制律的有效性。     

时滞非线性T-S模糊马尔科夫跳变系统的滑模控制

针对时滞非线性T-S模糊马尔科夫跳变系统的滑模控制问题,设计了一个新的积分型滑模面函数,得到带有状态时滞和非线性项的等效控制律,消除了系统中的非线性项,并得到滑动模态渐近稳定的充分条件.利用李雅普诺夫理论设计T-S滑模控制律,使系统的状态轨迹在有限的时间内到达指定的滑动面.通过单连杆机械臂模型仿真实例验证了本文方法的有效性,所设计的滑模控制律可以使系统达到稳定状态.     

改善闭环系统性能的方法

提出I-变速趋近律和m-变速趋近律.利用该趋近律方法,设计了基于离散时间线性定常系统的变结构控制(VSC).系统在该变结构控制的作用下,趋近运动和滑动运动的速度是可变的;保证了趋近模态和滑动模态的品质,并能削弱闭环系统的抖振,从而改善了闭环系统的品质.通过实例仿真,验证了该设计方法是有效和可行的.     

离散时间系统的变结构控制及其品质

研究了离散时间系统的变结构控制综合及动态过程品质控制；讨论了到达条件；详细研究了准滑动模态的运动特性；基于稳定性及控制的简单实现，提出了自适应离散趋近律的概念；给出了周期收缩律和变结构控制的设计方法即趋近收缩法；解决了稳态抖振问题并兼顾了全过程的运动品质     

带不匹配不确定性系统的鲁棒控制

针对一类带有不同匹配不确定性的线性系统,利用变结构控制理论设计鲁棒控制器,应用鲁棒控制谅 变结构控制的切换函数,以保证滑动模态在不同匹配不确定性存在时是稳定的,利用所得切换函数设计的变结构控制律能够使系统状态在不同确定性存在的条件下在有限时间内到达切换面,保证了滑动模态的存在,给出的仿真算例说明了方法的有效性。     

基于扩展滑动模态控制的末制导律设计

对于三维目标拦截问题，提出了一种新的具有鲁棒性的扩展连续滑动模态末制导律。基于变结构控制理论的方法和零化弹目视线角速率的思想，选择一个合适的滑动区域代替传统变结构滑动模态的设计，同时将目标的机动加速度视为已知的有界扰动。设计得到了具有鲁棒性的三维扩展的连续滑动模态末制导律。该方法利用Lyapunov稳定理论严格证明了扩展的连续滑动模态末制导律在滑动区的可达性和渐近稳定性。该方法简单，易于理解，便于工程应用，数字仿真验证了所提出的制导律更适合拦截大机动目标。     

考虑性能约束的航天器近距离悬停控制

本文主要研究了考虑预设性能的航天器交会对接中的近距离悬停控制问题.针对追踪航天器近距离悬停控制问题,首先基于追踪航天器的姿轨耦合模型设计了线性滑模控制器实现了近距离悬停任务.在此基础上,为对系统收敛过程中系统状态的暂态性能进行约束,设计了基于预设性能的滑模控制器.同时,为减少系统状态的收敛时间,针对预设性能中的性能函数...     

磁悬浮平台电磁悬浮系统的模糊滑模控制

为实现开环不稳定且高度非线性的磁悬浮平台悬浮气隙的精确控制,采用模糊滑模控制方案,根据电磁悬浮系统的动态非线性数学模型,设计使系统状态在有限时间内到达稳定点的滑模面,通过等效控制和切换控制律实现对参数摄动和外部扰动的完全鲁棒性.根据滑模切换状态,利用模糊推理方法柔化切换控制.基于模糊滑模控制器的控制系统能够有效地削弱滑模控制抖振,并较好地抑制外部扰动,且对参数变化具有完全鲁棒性,实现磁悬浮平台的高刚度稳定悬浮.结果表明,所设计的控制系统对参数变化及周期性扰动具有很强的鲁棒性.     

带有指令滤波的板球系统反步滑模控制的研究

为解决滑模控制中出现的抖振现象影响板球系统轨迹跟踪控制性能的问题,提出了一种结合指令滤波的板球系统反步滑模控制方法。首先建立板球系统数学模型,根据系统误差方程设计总滑模控制规律。然后组建带有指令滤波的复合系统,设计误差反步控制器。最后利用Lyapunov理论证明了整个闭环系统的全局渐进稳定性。仿真结果表明,该方法有效的抑制抖振现象,进一步加强了抗干扰能力。     

Novel Logarithmic Non-Singular Terminal Sliding Mode and Its Application in Attitude Control of QTR

新型对数非奇异终端滑模及其在QTR无人机姿态控制上的应用

刘海波¹, 王和平^1,2, 孙俊磊¹

(1. 西北工业大学 航空学院,西安 710072;

2. 西北工业大学 深圳研究院,广州 深圳 518057)

创新点说明：

论文首先利用非奇异终端滑模有限时间内收敛和鲁棒性强的优点,设计了一种新型对数型非奇异终端滑模面。其次,针对传统趋近律收敛时间长、速度慢、抖震严重等不足,提出一种具有二阶滑模特性的新型快速趋近律。

研究目的：

针对四倾转旋翼飞行器姿态控制系统复杂非线性、强耦合、多输入多输出、存在复合干扰等特点,利用终端滑模有限时间内收敛和滑模鲁棒性强的优点,设计新型对数型非奇异终端滑模控制律,以提高四倾转旋翼飞行器姿态控制的控制精度。

研究方法：

本文提出一类基于新型对数形式的非奇异快速终端滑模面、新型趋近律及扩张状态干扰观测器的非奇异终端滑模控制方法。

研究结果：

通过与传统非奇异快速滑模控制进行比较,仿真实验结果表明,所提控制方案具有良好的控制性能。

结论：

1）本文针对四倾转旋翼无人机姿态控制问题,设计了新型对数型非奇异终端滑模面,从而加快了收敛速度;

2）采用了扩张状态观测器,对控制器进行了在线补偿,有效地抑制了复合干扰对系统的影响;

3）提出具有二阶滑模特性的新型快速趋近律,平滑无抖震地加快了系统收敛速度;

4）仿真分析验证了所提方法的有效性,具有较大的实际应用价值。

关键词：倾转旋翼;非奇异;滑模控制;姿态控制;趋近律;扩张状态;干扰观测器

     

临近空间飞行器的自适应积分滑模容错控制

为提高临近空间飞行器的安全性和可靠性,针对飞行器中未知的执行器故障,提出了一种自适应积分滑模容错控制方法。设计积分滑模面,使滑动模态运动起始于系统的初始状态,进一步增强系统的鲁棒性。构造自适应滑模容错控制律,处理执行器故障的影响。在自适应律中定义一个非线性函数,利用积分滑模面的动态变化检测故障的发生,并激发自适应律实现控制增益的自动调整。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的渐近稳定性。仿真验证在临近空间飞行器的纵向动力学模型上进行,结果表明该方法具有期望的容错跟踪性能。     

Lorenz混沌系统的自适应模糊滑模控制

应用指数趋近律的方法为一类Lorenz混沌系统设计了滑模控制器.考虑系统所受外部扰动且其界参数未知,引入了简单的自适应律,使其能对外部扰动的界参数进行在线估计.为解决滑模控制系统中的滑模抖振问题,同时保证系统的暂态性能,通过模糊规则来调节指数趋近律的参数,得到了一类自适应模糊滑模控制器.仿真结果表明该控制方案的可行性.     

受扰离散时滞系统的最优变结构控制

针对离散时滞不确定系统,设计了二次型性能指标下的最优滑模控制器.通过滑模控制方法,设计最优滑模面,实现状态轨迹在滑模面上滑动运动的最优化;利用含有时滞的两点边值问题的近似解法,得到由参考输入外系统的状态来构造前馈控制作用;设计的观测器对扰动外系统的状态进行了重构,从而得到物理可实现的切换控制律,能有效调控系统的收敛速度.仿真结果表明:所提的方法是有效的,所设计的滑模运动易于实现且对外界扰动具有很强的鲁棒性.     

滑模变结构控制的变频调速系统

介绍了一个滑模变结构控制感应电动机变频调速系统，阐述了转差频率控制原理，建立了受控对象的简化数学模型，在此基础上设计了滑模控制策略，以及ＭＣＳ－８０９８单片机控制的变频调速系统硬件电路和控制软件。实验结果表明：滑模控制变频调速系统具有良好的动、静态特性、以及较强的鲁棒性。