BTT导弹滚转通道模型参考变结构自动驾驶仪设计

BTT导弹的气动参数强烈变化特点、大机动需求和控制技术要求导弹滚转通道必须具有快的响应速度和强的抗干扰能力.针对这些特点,引入了模型参考变结构控制(MRVSC)设计导弹滚转通道自动驾驶仪,应用Simulink对PID和MRVSC两种自动驾驶仪进行仿真分析;在飞行高度为200m时,PID和MRVSC自动驾驶仪对理想弹道的跟踪效果几乎相同;在10km高度,PID方法的跟踪效果明显变差,而MRVSC具有同样的跟踪效果;仿真结果表明,MRVSC自动驾驶仪能够保证快的响应速度和抵抗参数大范围变化.     

基于super-twisting算法的多航天器姿态有限时间分布式协同控制

针对受外界干扰和执行器故障影响的多航天器姿态协同控制问题,本文设计了一种基于干扰观测器的分布式协同supper-twisting滑模控制器.首先,将各航天器的外界干扰和执行器故障看作一个集总干扰,设计自适应滑模干扰观测器对其进行估计.其次,将supper-twisting算法和积分滑模面相结合,设计一种基于多航天器姿态...     

导弹姿态的自抗扰有限时间控制

针对导弹模型同时具有不确定性和执行机构饱和受限的问题, 首先针对模型不确定性, 将质心运动方程的非线性影响、耦合影响、外部环境干扰视为总干扰, 并设计扩展状态观测器对其进行实时估计; 然后针对舵偏角和角速度存在饱和受限的问题, 设计辅助系统和限幅微分器; 最后结合反演和有限时间稳定系统理论, 设计有限时间控制器, 以保证整个闭环系统在受限条件下能收敛到参考信号. 数值仿真结果表明, 所设计的控制器与理论分析结果一致, 是可行而有效的.

     

多航天器系统分布式有限时间姿态协同跟踪控制

基于一致性算法, 在有向通讯拓扑下, 研究存在状态约束的多航天器系统分布式有限时间姿态协同跟踪控制问题. 在仅有部分跟随航天器可以获取领航航天器状态, 并且跟随航天器之间存在不完全信息交互的情形下, 设计了分布式快速终端滑模面, 提出了不依赖于模型的分布式有限时间姿态协同跟踪控制律. 根据有限时间Lyapunov 稳定性定理, 证明了系统的状态在有限时间内收敛于领航航天器状态的小邻域内. 最后通过仿真算例验证了所提出算法的有效性.

     

多无人机完全分布式有限时间编队控制

针对分布式通信网络,研究多无人机完全分布式编队生成和保持控制问题.基于滑模和自适应方法设计自适应耦合增益,进而结合与邻居无人机之间的相对状态设计一种新的有限时间编队控制器.该算法去掉了传统编队控制器依赖通信网络范围和拓扑及Leader无人机状态等全局信息的限制,基于Lyapunov理论证明无人机编队误差在有限时间可以收敛到边界可调的邻域内.对三维运动的多无人机编队进行仿真验证,结果显示,所设计的编队控制算法可以实现多无人机有限时间完全分布式编队生成和保持.     

无领航者的多Euler-Lagrange系统有限时间一致性算法

本文针对无领航者的多Euler-Lagrange系统,设计了一种分布式有限时间一致性控制算法.该算法只利用相邻个体的位置信息和自身的速度信息作为输入,使得网络化Euler-Lagrange系统在有限时间内达到一致性.考虑到闭环Euler-Lagrange系统的非自主性,运用Matrosov定理、Lyapunov稳定性定理和有限时间稳定性定理等对所设计的控制器的稳定性进行了证明,并进行了数值仿真实验,验证了控制器的有效性.     

多智能体系统的有限时间包含控制研究

在固定有向拓扑结构下,研究了具有多个静态或动态领导者的多智能体有限时间包含控制问题;假设领导者之间不存在信息的交互,提出基于快速终端滑模的控制算法,该算法驱使跟随者的运动轨迹在有限时间收敛到由领导者组成的凸包中;进一步,考虑实际应用中跟随者状态不能在线获得的情况,提出基于有限时间观测器的包含控制协议;利用图论和Lyapunov有限时间稳定性理论,给出了有限时间包含控制的充分条件;最后通过仿真示例,验证了算法的有效性.     

有限时间内的动车组群分布式协同巡航多智能体控制

本文研究了动车组群系统的移动闭塞协同巡航控制问题,通过设计有限时间分布式协同控制算法实现了多车高速协同巡航.算法取消了动车组中心控制单元,将单列动车组的每个动力单元视为一个智能体,不同动车组之间的智能体形成多智能体群系统.设计了动车组智能体有限时间分布式协同控制算法,该算法首先实现了单列动车组各个动力单元快速追踪到期望的速度,且保证车钩位移在安全范围内,其次该算法还能实现动车组群高速巡航等间距运行,提高了线路利用率的同时避免了碰撞.最后进行了理论分析,证明了算法的稳定性和有限时间收敛性,并提供了仿真结果验证了该算法的有效性.     

完全分布式异构多智能体系统有限时间跟踪

针对异构二阶非线性多智能体系统有限时间跟踪问题,提出一种完全分布式一致性控制方法,消除对于误差上界与Laplacian矩阵特征值等全局信息的依赖.设计一种只包含局部信息的有限时间一致性协议,并提出自适应增益的分布式切换机制,使得各增益以分段常数的方式进行调节,简化了相邻两次切换时间区间内稳定性分析过程.通过反证法证明多智能体系统必将实现有限时间一致性,并且自适应增益保持有界.仿真结果验证了所提出的完全分布式一致性协议的有效性.     

随机多智能体系统的有限时间多目标环绕控制

针对随机多智能体系统,研究了其多目标有限时间环绕控制问题,其中每个智能体可以跟踪多个目标,但是每个目标只能被一个智能体跟踪.首先,为每个智能体设计了目标状态的估计器,证明了在白噪声干扰之下每个智能体都可以在有限时间内对目标的几何中心位置作出估计.其次,为每个智能体设计了环绕半径的估计器,以及分布式环绕控制器.然后,利用李雅普诺夫有限时间随机稳定性理论,证明了所有智能体在有限时间内能够对环绕半径作出估计,同时可以实现有限时间环绕控制.最后,通过仿真验证了结果的有效性和正确性.     

Distributed finite-time trajectory tracking control for multiple nonholonomic mobile robots with uncertainties and external disturbances

This paper investigates the distributed finite-time trajectory tracking control for a group of nonholonomic mobile robots with time-varying unknown parameters and external disturbances. At first, the tracking error system is derived for each mobile robot with the aid of a global invertible transformation, which consists of two subsystems, one is a first-order subsystem and another is a second-order subsystem. Then, the two subsystems are studied respectively, and finite-time disturbance observers are proposed for each robot to estimate the external disturbances. Meanwhile, distributed finite-time tracking controllers are developed for each mobile robot such that all states of each robot can reach the desired value in finite time, where the desired reference value is assumed to be the trajectory of a virtual leader whose information is available to only a subset of the followers, and the followers are assumed to have only local interaction. The effectiveness of the theoretical results is finally illustrated by numerical simulations.     

Distributed finite-time attitude containment control for multiple rigid bodies

Distributed finite-time attitude containment control for multiple rigid bodies is addressed in this paper. When there exist multiple stationary leaders, we propose a model-independent control law to guarantee that the attitudes of the followers converge to the stationary convex hull formed by those of the leaders in finite time by using both the one-hop and two-hop neighbors’ information. We also discuss the special case of a single stationary leader and propose a control law using only the one-hop neighbors’ information to guarantee cooperative attitude regulation in finite time. When there exist multiple dynamic leaders, a distributed sliding-mode estimator and a non-singular sliding surface were given to guarantee that the attitudes and angular velocities of the followers converge, respectively, to the dynamic convex hull formed by those of the leaders in finite time. We also explicitly show the finite settling time.     

Distributed observer-based cooperative control of multiple nonholonomic mobile agents

In this article, cooperative output feedback control of a group of nonholonomic mobile agents is considered. Distributed observer-based cooperative control laws are proposed with the aid of Lyapunov techniques and results from graph theory. Robustness of the stability of the closed-loop systems with the proposed control laws is considered. The effectiveness of the proposed controllers is verified by simulation results.     

Decentralised finite-time attitude synchronisation and tracking control for rigid spacecraft

The problem of finite-time attitude synchronisation and tracking for a group of rigid spacecraft nonlinear dynamics is investigated in this paper. First of all, in the presence of environmental disturbance, a novel decentralised control law is proposed to ensure that the spacecraft attitude error dynamics can converge to the sliding surface in finite time; then the final practical finite-time stability of the attitude error dynamics can be guaranteed in small regions. Furthermore, a modified finite-time control law is proposed to address the control chattering. The control law can guarantee a group of spacecraft to attain desired time-varying attitude and angular velocity while maintaining attitude synchronisation with other spacecraft in the formation. Simulation examples are provided to illustrate the feasibility of the control algorithm presented in this paper.     

一种带时间协同和角度约束的多导弹三维协同制导律

针对多枚导弹在三维空间从不同初始位置同时拦截机动目标的问题,设计了一种带视线角约束的有限时间协同制导律.首先,给出三维空间的导弹–目标相对运动方程并建立了考虑视线角约束的多弹协同制导模型.其次,对视线纵向及法向方向分别设计了相应的协同制导律.其中在视线方向基于多智能体有限时间一致性理论设计了协同制导律,保证各拦截弹能够同时击中目标;基于一种新型的固定时间非奇异终端滑模控制方法设计了视线法向上的角度约束制导律,使各拦截弹的视线角能够在固定时间内收敛至期望值,实现空间上的协同;同时,构造了扩张状态观测器估计目标加速度.最后,对三枚导弹同时拦截同一机动目标的情况进行仿真对比,验证了本文所提出协同制导律的有效性.     

具有多传输通道系统的网络化预测控制

本文研究了一类具有多传输通道网络化系统的控制问题,基于网络化预测控制方法,提出了一种改进型的分布式预测补偿方式,从而更有效地利用反馈数据来提高控制系统的性能.对闭环网络化预测控制系统进行分析,得到其稳定性条件,特别地,在模型精确已知和多传输通道的时延为定常的情况下,该条件将会退化为本地控制的闭环系统稳定性条件.上述结论的好处是网络化预测控制系统中状态观测器和控制器的设计可以参考本地控制.通过球杆系统算例验证本文所提方法的正确性和有效性.     

Continuous adaptive-gain finite-time control for rigid body attitude dynamics on SO(3)

In this paper, the attitude tracking problem for the rigid body with model uncertainties and external disturbances is investigated in a coordinate-free way. A continuous adaptive-gain second-order sliding mode controller is designed to ensure the establishment of a real second-order sliding mode in finite time, and then the predefined nonsingular fast sliding surface further implies finite-time stability of the attitude error vector and the angular velocity error vector. The key feature of the proposed controller is that it does not require the knowledge of the boundary of the disturbance gradient. A rigorous mathematical proof for the stability of the control system is derived by using the Lyapunov function technique. Finally, simulation comparisons illustrate the effectiveness and robustness of the controller.     

带扰动的多非完整移动机器人分布式有限时间一致性控制

论文研究多个非完整移动机器人在控制输入存在干扰时,有限时间一致性控制问题.利用坐标变换,将多移动机器人系统的一致性问题转化为非完整约束链式系统的一致性问题,在控制输入带有未知有界干扰的条件下,设计了一种分布式控制算法,并利用Lyapunov理论证明了该算法能够使移动机器人的各个状态在有限时间内达到一致.最后通过数值仿真验证了算法的有效性.