交会对接模拟系统姿态位置耦合有限时间控制

针对航天器交会对接模拟系统的姿态同步和位置跟踪控制问题,在存在外界扰动和系统不确定性的情况下,基于改进的快速非奇异终端滑模面和改进的自适应律,采用双闭环控制结构分别设计内环和外环有限时间姿态位置耦合控制器.所提出的自适应律不仅能有效地抑制扰动和不确定性且能保证控制器是连续的.李雅普诺夫理论推导和仿真结果表明,所提出的控制方法能保证系统内环和外环跟踪误差的有限时间稳定性和准确收敛性.     

高超声速飞行器有限时间饱和跟踪控制

针对高超声速飞行器纵向模型存在外界干扰和模型参数不确定性情形下的有限时间跟踪问题进行了研究分析.针对外界干扰上界已知,基于快速积分滑模理论,设计了有限时间快速积分滑模控制器.当外界干扰上界未知时,结合具有低通滤波器性能的自适应算法,通过引入辅助系统设计了实际有限时间自适应快速积分滑模控制器,能够处理输入饱和问题.对所设计的两个控制器利用李雅普诺夫理论给出了严格理论证明,得到整个闭环系统分别为有限时间稳定的、实际有限时间稳定的,并能够保证系统其它状态变量在较短的时间内趋于稳态值.对不同类型参考信号进行了数字仿真,进一步验证了所设计两个控制器的有效性和鲁棒性.     

复杂动态网络自适应有限时间同步控制

本文利用自适应控制的方法,研究了复杂动态网络有限时间同步控制问题.针对网络的耦合权重已知和耦合权重未知两种情况,分别设计了相应的自适应控制器和参数自适应律.利用有限时间稳定性定理和Lyapunov稳定性理论,证明了复杂动态网络的误差动态系统是有限时间稳定的,并给出了同步过渡时间上界的估计.最后,利用数值算例验证了本文结论的有效性.     

基于反推滑模的船舶动力定位有限时间控制

考虑存在未知外界干扰的船舶动力定位控制问题,提出一种基于有限时间理论的自适应反推非奇异快速终端滑模算法,并对未知干扰进行自适应估计.利用有限时间Lyapunov理论证明了设计的控制律能够保证闭环系统的状态在有限时间内收敛到平衡点附近小的邻域内.仿真结果表明,与传统渐近稳定控制律相比,设计的控制策略保证闭环系统具有更快的收敛速度及更好的稳定性和鲁棒性.此外,通过对干扰的自适应补偿,进一步降低了系统的稳态误差,增强了系统的抗干扰能力.     

航天器自适应快速非奇异终端滑模容错控制

针对存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障的航天器姿态跟踪控制问题,本文提出了基于自适应快速非奇异终端滑模的有限时间收敛故障容错控制方案.通过引入能够避免奇异点,且具有有限时间收敛特性的快速非奇异终端滑模面,设计了满足多约束条件有限时间收敛的姿态跟踪容错控制律,利用参数自适应方法使控制器不依赖转动惯量和外部干扰的上界信息.Lyapunov稳定性分析表明:在存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障等约束条件下,本文设计的控制律能够保证闭环系统的快速收敛性,而且对执行器故障具有良好的容错性能.数值仿真校验了该控制律在姿态跟踪控制中的优良性能.     

R(o)ssler混沌系统的自适应滑模控制

为了实现对R(o)ssler混沌系统的控制,使得系统的状态变量在有限时间内达到平衡点,将R(o)ssler混沌系统作为控制对象,提出了一种自适应滑模变结构控制策略,主要包括滑模面设计和自适应滑模控制率的设计.设计了一种比例积分滑模面,并通过李雅普诺夫稳定性理论证明了滑模动态方程的稳定性,为解决滑模控制器抖振问题设计了参数自适应的趋近律,有效地消除了滑模控制器的抖振.仿真结果显示,经自适应滑模控制后的R(o)ssler混沌系统状态能快速稳定地收敛到平衡点,并消除了控制器的抖振.结果证明该方法有效地实现了R(o)ssler混沌系统的控制,并具有良好的动态性能.     

挠性飞行器姿态稳定鲁棒变结构控制

针对三轴稳定卫星的模型参数存在不确定性,设计了一种鲁棒变结构控制器,它能确保系统在一定条件下具有全局渐近稳定性,并且系统在一定条件下能在有限的时间内到达滑动平面,具有鲁棒到达条件,同时控制律实现简单,采用积分型滑动平面,能保证系统在到达滑动平面后具有良好的性能,最后根据卫星参数给出了具体的数值算例,数值仿真结果良好,从数值仿真结果来看控制器在存在较大不确定性情况下（考虑系统转动惯量有5％的不确定性）依然保持良好性能,具有很强的鲁棒稳定性,而且,采用边界层改进控制器后,能有效地解决抖振问题,同时控制器的性能基本保持不变,说明鲁棒变结构控制器的设计是有效的。     

机械系统的快速有限时间跟踪控制及其在航天器交会中的应用

针对一类具有匹配干扰的二阶机械系统,本文研究了快速有限时间跟踪控制问题.结合有限时间反步法和非奇异快速终端滑模,本文提出了一种新的快速有限时间控制律,并给出了控制器参数所需满足的充分条件以保证系统的快速有限时间稳定性.进一步地,在一定情形下,所设计的快速有限时间控制律能够退化为经典的反步法、有限时间控制律和非奇异快速终端滑模控制律.最终,将所设计的控制律应用于航天器交会系统,数值仿真结果验证了所提方法的有效性.     

机械系统的快速有限时间跟踪控制及其在航天器交会中的应用（英文）

针对一类具有匹配干扰的二阶机械系统,本文研究了快速有限时间跟踪控制问题.结合有限时间反步法和非奇异快速终端滑模,本文提出了一种新的快速有限时间控制律,并给出了控制器参数所需满足的充分条件以保证系统的快速有限时间稳定性.进一步地,在一定情形下,所设计的快速有限时间控制律能够退化为经典的反步法、有限时间控制律和非奇异快速终端滑模控制律.最终,将所设计的控制律应用于航天器交会系统,数值仿真结果验证了所提方法的有效性.     

控制量前具有不确定系数的电液伺服系统自适应控制

针对控制输入前具有不确定系数的电液伺服位置系统精确跟踪控制问题, 提出了一种改进的自适应Backstepping控制器设计方法. 该方法通过对系统模型的等价变换和选择合适的Lyapunov函数, 有效解决了系统模型中控制输入前存在不确定系数而导致所设计的控制器存在参数自适应律, 而自适应律中存在控制量造成的嵌套难题. 以驱动连铸结晶器的电液伺服位置系统为例, 进行了控制器的设计和稳定性证明. 仿真研究结果表明, 所提出的改进设计方法是可行的, 设计的控制器具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能.     

Robust Finite-time Attitude Tracking Control of Rigid Spacecraft Under Actuator Saturation

This paper investigates the robust finite-time attitude tracking control problem for rigid spacecraft considering the modeling uncertainty, external disturbance and actuator saturation. An auxiliary system is proposed to directly compensate for the saturated control input. First, the basic controller is formulated based on the fast nonsingular terminal sliding mode surface (FNTSMS), the fast-TSM-type reaching law and the auxiliary system in the presence of upper bounded external disturbance. Then, when facing system uncertainty which consists of both modeling uncertainty and external disturbance and has upper bounded first derivative, the extended state observer (ESO) is associated with the first controller to improve the robustness of control system. Furthermore, to handle more general system uncertainty which is upper bounded by a polynomial function of the closed-loop system states, a continuous adaptive controller is designed to compensate for the total system uncertainty on line. The proposed controllers are able to deal with system uncertainty, input singularity and actuator saturation, while simultaneously providing fast finite-time convergence speed for the control system. And the problems of complex parameters selection process and repeated differentiations of nonlinear functions can be avoided. Rigorous stability analyses are given via the Lyapunov stability theory and digital simulations are conducted to illustrate the effectiveness of the proposed controllers.     

Adaptive Dynamic Surface Control for Spacecraft Terminal Safe Approach with Input Saturation Based on Tracking Differentiator

This thesis studies the spacecraft terminal safe approach control problem considering input saturation. Based on the spacecraft relative motion model and sphere collision avoidance potential function, an anti-saturation controller and an adaptive finite-time anti-saturation controller using dynamic surface control(DSC) are presented for the situations of known and unknown upper bound of external disturbances respectively, which can guarantee that no collisions happen in the tracking process. The second-order tracking differentiator is introduced to design the controllers, which avoids the differential of the virtual control signal and ensures the tracking performance of system output signals. Meanwhile, the auxiliary system is introduced to handle input saturation. Lyapunov stability theory is adopted to prove that the states of system under the designed controllers are uniformly ultimately bounded and practical finite-time stable respectively, and the chaser spacecraft can approach to the desired position without collision. The numerical simulation results demonstrate that the chaser spacecraft using the designed controllers can realize terminal safe approach to target spacecraft, which further illustrate the effectiveness of the proposed controllers.     

Decentralised adaptive neural connectively finite-time control for a class of p-normal form large-scale nonlinear systems

ABSTRACT

This paper focuses on the decentralised adaptive finite-time connective stabilisation problem for a class of p-normal form large-scale nonlinear systems at the first. By combining the adding a power integrator technique, the neural network technique and the finite-time Lyapunov stability theory, the decentralised adaptive neural finite-time controllers are designed, which can guarantee the large-scale system is finite-time connectively stable. In order to avoid the effect of neural network estimation error on satisfying the finite-time criteria, the combination vectors are composed by the weights and the estimation errors of the neural networks. The maximal upper bounds of the combination vector norms are taken as the adaptive parameters. Because of employing neural networks, the restriction of the unknown nonlinear terms in some literature about finite-time control is relaxed. Two simulation examples are provided to prove the effectiveness and advantage of the proposed control method.     

一类非线性大系统分散自适应预设性能有限时间跟踪控制

研究一类非线性互联大系统的分散自适应预设性能有限时间跟踪控制问题.结合神经网络自适应技术、实际有限时间控制理论和预设性能控制方法,提出一种新的预设性能控制设计方法,以解决传统预设性能方法难以实现分散控制的问题.所设计的控制器能够保证大系统中各个子系统的跟踪误差被有限时间性能函数约束,在任意给定的停息时间内收敛到平衡点的一个给定的邻域内,且该闭环大系统的所有信号是实际有限时间稳定的.特别地,该停息时间与系统初始状态无关.两个仿真例子验证了所提出控制方法的有效性和优越性.     

Buck变换器的改进型互补滑模控制

针对Buck变换器系统中存在匹配和不匹配干扰的问题, 本文提出了一种基于干扰观测器(DOB)的改进型互补滑模控制(CSMC)策略. 首先, 建立存在多重干扰的Buck变换器数学模型, 将模型改写为标准二阶积分型控制对象, 将式中干扰统一为匹配干扰和不匹配干扰. 其次, 设计2个DOB分别估计匹配干扰和不匹配干扰, 实现有限时间内跟踪干扰信号, 以抵消各种不确定性对系统的影响. 然后, 设计互补滑模面, 提出基于等效控制的改进型互补滑模控制律, 保留边界层内鲁棒性的同时, 提升控制器的动态性能, 减小静态误差, 拓宽边界层参数选择范围. 最后, 基于李雅普诺夫理论证明所提出控制器的稳定性. 数字仿真表明, 提出的改进型CSMC控制器结合DOB的总体控制方案能够有效抑制系统匹配和不匹配干扰, 同时获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.     

带有摩擦非线性的CMG框架伺服系统 有限时间自适应鲁棒控制

针对控制力矩陀螺框架伺服系统中存在的摩擦非线性及不确定性等问题,提出一种基于终端滑模的有限时间自适应鲁棒控制律,确保闭环控制系统跟踪误差能够在有限时间内快速收敛到包含原点在内的任意小邻域内.通过对不确定参数的在线估计提高系统对参数变化的鲁棒性,并抑制外部干扰及摩擦非线性带来的不利影响.采用Lyapunov稳定性理论对闭环控制系统的稳定性进行分析并证明.通过对陀螺框架伺服控制系统进行仿真来验证所提出的控制律的有效性.     

输出约束的有限时间自适应区间二型模糊输出反馈PMSM伺服控制

针对永磁同步电机驱动的伺服系统在不确定性摩擦和未知负载的影响下难以达到高精度的控制效果,提出一种基于区间二型模糊系统的带有输出约束的有限时间自适应输出反馈控制方案.首先,构建一个基于非线性扰动观测器的区间二型模糊状态观测器,分别完成对于未知扰动和速度的估计,区间二型模糊系统完成对于非线性摩擦的逼近;然后,在此基础上,结合滤波误差补偿机制和有限时间技术,引入障碍Lyapunov函数和反步控制技术设计输出约束的自适应区间二型模糊输出反馈控制器;最后,根据Lyapunov稳定性理论提出严格的稳定性分析,保证闭环系统的所有信号均是有限时间内有界的,并通过数值仿真和实验验证了所提出方法的有效性.