基于反双曲正弦函数的跟踪微分器

反双曲正弦函数是光滑连续函数,具有快速并消除速度高频震颤的作用.利用反双曲正弦函数构造加速度函数,设计二阶跟踪微分器,证明了跟踪微分器的收敛性,并分析了跟踪微分器频域特性.仿真实验表明,该跟踪微分器能对输入信号进行低通滤波,且跟踪精度高,响应速度快;同时,它较好地抑制了微分信号的噪声放大效应,可以得到输入函数理想的微分信号.     

基于跟踪微分器的四旋翼飞行器控制器

研究小型四旋翼飞行器导航控制优化问题.针对当前许多控制方法需要四旋翼飞行器速度信号,四旋翼无人机无法获取速度信号情况下,传统控制方法便会失效,为解决上述问题,提出采用跟踪微分器的输出反馈控制器.跟踪微分器估算出四旋翼飞行器的速度值,实现无法获取速度信号下的位置和姿态控制,并对基于微分跟踪器的控制器进行了设计和仿真.仿真结果表明上述控制方法和跟踪微分器观测的速度信号的有效性和可行性.     

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。     

带有跟踪微分器的无模型控制器的控制仿真研究

本文介绍了带有跟踪微分器的无模型控制器的基本理论和基本设计方法,比较了该控制方法与非线性跟踪微分器的控制效果.仿真结果表明:带有跟踪微分器的无模型控制器具有的独特的优点,适合于处理带有强干扰以及大时滞系统的控制问题.     

基于跟踪微分器的离散滑模控制器

利用跟踪微分器设计了一种新的离散滑模控制器,可以从不连续的指令信号中合理提取连续信号及微分信号,且不需要利用线性外推的方法预测指令信号下一时刻的值及其微分．与基于趋近律的离散滑模控制器进行的对比仿真表明,所设计的控制器在保持传统滑模控制固有强鲁棒性的同时,控制器的输出几乎不存在抖振现象,而且在跟踪不连续的指令信号时,系统表现出良好的动态品质．     

航天器姿态自抗扰控制

为抑制航天器自身结构参数变化和内外扰动对姿态控制精度和姿态稳定度的影响, 设计了航天器姿态自抗扰控制器. 自抗扰控制器(ADRC)由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和姿态反馈控制器(AFC)3部分组成.跟踪微分器负责安排姿态指令过渡过程, 并提取其微分信号. 扩张状态观测器(ESO)充分利用姿态敏感器与速率陀螺的量测信息, 可对航天器姿态及内部和外部干扰进行观测. 姿态反馈控制器则在补偿ESO估计的干扰的同时,实现航天器的姿态控制. 与已有研究相比, 扩张状态观测器采用复合量测信息对状态估计进行校正, 性能较好. 而自抗扰控制器只采用一个环路即可实现姿态控制及干扰补偿, 结构简单. 对某航天器姿态控制系统的仿真结果表明,以上自抗扰控制器是可行的.     

基于跟踪微分器的离散滑模控制器

利用跟踪微分器设计了一种新的离散滑模控制器,可以从不连续的指令信号中合理提取连续信号及微分信号,且不需要利用线性外推的方法预测指令信号下一时刻的值及其微分．与基于趋近律的离散滑模控制器进行的对比仿真表明,所设计的控制器在保持传统滑模控制固有强鲁棒性的同时,控制器的输出几乎不存在抖振现象,而且在跟踪不连续的指令信号时,系统表现出良好的动态品质．

     

基于微分器与神经网络的PID控制算法研究

在工控系统微分器设计优化问题的研究中,由于在工业生产实践中,传统PID参数整定方法难以得到合理优化的PID参数,传统增量式PID控制存在抗干扰性较差、控制精度不高的问题.针对上述问题,提出了基于跟踪微分器与神经网络的PID控制算法.对跟踪微分器的原理进行了阐述,通过跟踪微分器实现位置信号滤波与速度信号求解;对增量式自适应PID控制算法进行了改进.在上述基础上,构建了基于微分跟踪器与神经网络的PID控制器.对控制算法进行了仿真,仿真结果表明,提出的控制算法具有抗扰动能力强、控制精度高等优点.     

碰撞自规避多弹分布式协同制导与控制

针对多枚导弹三维空间协同攻击机动目标情形,提出一种碰撞自规避多弹分布式协同制导律及其实现方案.基于可以测得的目标信息,将目标视作领弹,与参与协同攻击的多枚导弹形成"领弹–从弹"拓扑结构,基于网络同步算法实现导弹对目标的协同攻击.为了实现碰撞自规避,当导弹与目标相距较远时,采用带安全距离的同步算法.当导弹与目标接近时,取消该安全距离.基于运动学关系,将协同制导指令转化为速度、弹道倾角和弹道偏角指令.针对指令的跟踪控制问题,提出了一种基于改进微分器的抗干扰动态面控制方案.将参数不确定和外部扰动均视为系统干扰,采用改进微分器实现对该干扰的精确估计,从而保证了闭环系统的跟踪性能.仿真结果表明本文提出的控制器实现了对协同制导指令的精确跟踪,整个方案实现了碰撞自规避协同攻击.     

无人机航迹跟踪控制与仿真

对于无人机的精确航迹跟踪问题进行了研究。系统分为基本姿态控制器设计和制导系统设计两个部分进行研究。利用多重时间尺度奇异摄动理论,结合非线性动态逆方法设计了基本姿态控制器,包括快逆回路和慢逆回路两部分。由引导飞机沿期望航迹的指令加速度解算出跟踪指令航迹所需要的制导力,求出飞机改变姿态所需的控制指令,作为基本姿态控制器的输入。针对某无人机模型进行了机动航迹跟踪仿真验证,仿真结果显示系统能够较好的跟踪指令机动航迹。证明了该方法的有效性和实用性。     

带式输送机多机变频驱动功率平衡控制研究

针对多机驱动带式输送机在负荷变化、加减速过程中极易出现因功率不平衡而造成电动机过载甚至损坏等问题,依据转矩分配原则推导出电动机转矩分配公式;采用变频驱动的主从控制方法,主机为速度、磁链闭环的矢量控制,从机为速度级联下的转矩控制,主、从机在转矩分配给定情况下进行转矩闭环控制;建立了功率平衡控制系统模型,并给出了双电动机拖动功率平衡控制系统结构。Matlab仿真结果表明,在负荷变化、加减速过程中各电动机输出转矩可实现按比例分配,证明了功率平衡控制系统的有效性。     

一种基于指数趋近律的非线性系统变结构轨迹跟踪控制新方法

针对多输入多输出二阶不确定非线性机械系统中轨迹跟踪控制的问题,提出一种新的基于指数趋近律的滑模变结构控制方法,用于提高系统的平稳性和快速性。在滑模变结构控制器设计过程中采用一种新的指数趋近律以改进闭环系统的暂态和稳态响应性能,使系统跟踪误差收敛速度加快,特别是减少轨迹跟踪误差到达滑模面的时间,同时提高了系统轨迹跟踪过程的平稳性。通过采用边界层方法消除滑模控制输入抖振问题,避免控制过程中执行器的频繁切换,进一步提高所提出滑模控制器在实际系统中的实用性。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性和跟踪误差的收敛性。数值仿真验证了所提出的控制方法的有效性。     

一类非线性系统的加速度规划输出跟踪动态控制

针对一类严格反馈形式的非线性二阶多输入多输出系统,提出一种带有加速度规划的输出跟踪动态控制策略.引入一个代替时间变量的路径参数用以规划路径跟踪时的加速度,回避了设计内环加速度控制回路的常规方法,简化了控制器的设计过程.对二阶系统的控制项求导进行系统扩维,基于新的增广系统,设计了使系统输出收敛于期望路径的反馈线性化动态控制律.再对加速度跟踪误差基于梯度法设计更新律使其渐近收敛于零,最后通过调节期望加速度实现定常速度控制.理论分析表明,误差闭环系统一致渐近稳定,速度误差有界.动力定位船舶循迹控制仿真结果表明了所提出控制器的有效性.     

基于PID神经元网络的智能车控制系统研究

研究了基于PID神经元网络的智能车多变量控制系统。智能车的转向控制与速度控制相互关联、相互影响、且都具有时变性,针对智能车在行驶时要求电机的动态响应速度要快、舵机的动态响应时间要短的特点,提出了将PID神经元网络（PIDNN）控制器及其算法应用到智能车的控制系统中来对传统PID控制进行改进。PIDNN控制系统不依赖智能车电机与舵机的数学模型,能够根据控制效果在线训练和学习,调整网络连接权重值,最终使系统的目标函数达到最小来实现智能车的精确控制。Matlab仿真测试表明,PIDNN控制系统的响应快,超调小、无静差,与传统PID控制算法相比,大大提高了智能车控制系统的性能。     

基于自适应MPC算法的轨迹跟踪控制研究

为了保证智能车辆在低附着且变速条件下跟踪控制的精确性和稳定性,提出一种基于自适应模型预测控制（MPC）的轨迹跟踪控制算法。针对低附着条件下轨迹跟踪存在行驶稳定性较差的问题,对车辆动力学模型添加侧偏角软约束,分别设计有无添加侧偏角约束的MPC控制器。仿真结果表明,添加侧偏角约束后MPC控制器性能更优,车辆行驶稳定性得到有效提高。在此基础上,又提出了一种自适应的轨迹跟踪控制策略,能够根据车辆速度的变化,实时产生预测时域[(Hp)],分别设计自适应的MPC控制器与4组定值[Hp]的MPC控制器。仿真结果表明,基于自适应模型预测控制的轨迹跟踪控制算法在提高低附着且变速条件下智能车辆轨迹跟踪控制的精度和稳定性方面具有一定的有效性和先进性。     

Disturbance observer-based tracking control with prescribed performance specifications for a class of nonlinear systems subject to mismatched disturbances

This work investigates simultaneous prescribed performance tracking control and mismatched disturbance rejection problems for a class of strict-feedback nonlinear systems. A novel control scheme combining prescribed performance control, disturbance observer technique, and backstepping method is proposed. The disturbance estimations are introduced into the design of virtual control law design in each step to compensate the mismatched disturbances. To further improve the control performance, a prescribed performance function characterizing the error convergence rate, maximum overshoot, and steady-state error is used to construct the composite controller. The proposed controller guarantees transient and steady-state performance specifications of tracking error and provides much better disturbance attenuation ability simultaneously. Rigorous stability analysis for the closed-loop system is established by direct Lyapunov function method. It is shown that all the states in the resulting closed-loop system are stable, and the tracking error evolves within the prescribed performance boundaries and asymptotically converges to zero even in the presence of mismatched external disturbances. Finally, theoretical results are illustrated and demonstrated by two simulation examples.     

考虑起止加速度的不确定机械手鲁棒控制

在机械手的点到点运动中,起始加速度和终止加速度过大都会导致较大的瞬时控制力矩,易对机械手造成损伤同时使系统不稳定。针对这个问题并考虑机械手系统的非参数不确定性,提出了合理的解决方案。首先选择了一种零起始和零终止加速度的期望轨迹曲线,基于跟踪误差设计滑模函数,同时设计PI控制器和反演控制器,最后证明了闭环系统的稳定性。利用二自由度机械手模型进行仿真实验,仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。     

飞机牵引机器人路径跟踪模糊控制

为了提高飞机地面自动导航路径跟踪的控制精度,提出了基于模糊自适应控制的智能飞机牵引机器人纯追踪路径跟踪方法。首先建立了牵引机器人-飞机两轮简化模型,进行了路径跟踪运动分析;基于此分析,以牵引机器人-飞机系统运动速度和轨迹误差为输入,以预测距离为输出,通过模糊自适应控制实时调整纯追踪算法预测距离,设计了基于自适应模糊控制的路径跟踪控制器;通过几何仿真和虚拟样机仿真两种方法分别对所提出的方法进行了验证。结果表明,牵引机器人-飞机系统在变速运动时,路径跟踪的轨迹误差能控制在0.5 m左右,完全满足飞机地面自动牵引滑行的精度要求,验证了所提方法的有效性和适应性。     

一种实现风力机MPPT控制的加速最优转矩法

最优转矩法因其所需测量状态较少、易于实现的特点,被广泛应用于风力机的最大功率点跟踪(Maximum power point tracking, MPPT)控制. 传统的最优转矩法只考虑系统的稳态工作点,依靠系统本身的特性进行转速调节,在一定程度上限制了转速调节速度. 本文使用滑模变结构控制的思想,在最优转矩法的基础上设计得到 一种变结构控制器,增大了转速跟踪过程中的不平衡转矩,缩短了系统的调节时间. 仿真结果表明本文提出的改进方法可以获得良好的转速跟踪效果,从而提高风力机的风能捕获效率.     

An Optimal Control Strategy for Multi-UAVs Target Tracking and Cooperative Competition

An optimal control strategy of winner-take-all (WTA) model is proposed for target tracking and cooperative competition of multi-UAVs (unmanned aerial vehicles). In this model, firstly, based on the artificial potential field method, the artificial potential field function is improved and the fuzzy control decision is designed to realize the trajectory tracking of dynamic targets. Secondly, according to the finite-time convergence high-order differentiator, a double closed-loop UAV speed tracking the controller is designed to realize the speed control and tracking of the target tracking trajectory. Numerical simulation results show that the designed speed tracking controller has the advantages of fast tracking, high precision, strong stability and avoiding chattering. Finally, a cooperative competition scheme of multiple UAVs based on WTA is designed to find the minimum control energy from multiple UAVs and realize the optimal control strategy. Theoretical analysis and numerical simulation results show that the model has the fast convergence, high control accuracy, strong stability and good robustness.