基于自适应快速终端滑模的车轮滑移率跟踪控制

针对汽车对连续、快速和稳定的车轮滑移率跟踪控制的需求,提出基于自适应快速终端滑模的车轮滑移率跟踪控制策略. 基于Burckhardt轮胎模型建立车轮滑移率跟踪控制模型,将模型简化过程中的不确定性考虑成复合干扰项,将轮胎侧向力对纵向力的影响考虑成未知参数. 利用双曲正切函数和终端吸引因子设计改进的跟踪微分器,平滑车轮滑移率跟踪误差和估计车轮滑移率跟踪误差的一阶导数. 以车轮滑移率跟踪控制模型和改进的跟踪微分器输出为基础,基于自适应快速终端滑模控制理论,设计对复合干扰项具有强鲁棒性的车轮滑移率跟踪控制律;基于投影算子理论设计自适应律来实时补偿未知参数,利用LaSalle不变性原理证明了闭环系统的渐近稳定性. 利用车辆动力学软件仿真验证提出的控制律的可行性和有效性. 结果表明,提出的车轮滑移率跟踪控制策略具有精度高和鲁棒性强的优点.     

海流干扰下的欠驱动AUV三维路径跟踪控制

为解决存在海流干扰和模型不确定性情况下欠驱动自主水下航行器(AUV)的三维路径跟踪控制问题,首先在Serret-Frenet坐标系下,基于虚拟向导建立了跟踪误差模型.然后,在运动学控制器中基于李雅普诺夫(Lyapunov)理论和反步法设计具有自适应律的虚拟向导和一种改进的积分视线法(ILOS)导引律,克服了海流的干扰并减少了超调.应用反步自适应滑模控制(BASMC)理论设计动力学控制器,保证了系统的稳定性和鲁棒性.最后,应用非线性级联理论证明了整个控制系统的闭环稳定性.仿真结果表明:基于AUV与流体的相对速度来实现的控制律,便于工程应用.该控制器能够有效克服海流和模型不确定的影响,实现对三维路径的跟踪.     

基于线性矩阵不等式的智能车轨迹跟踪控制

针对传统的基于精确数学模型的智能车轨迹跟踪控制器跟踪精度低,鲁棒性弱,很难适应复杂多变的驾驶环境等问题,结合线性矩阵不等式(LMI)鲁棒控制具有易于求解、抗干扰能力强等优点,提出基于LMI的智能车轨迹跟踪控制方法. 将车辆侧向动力学状态空间模型进行坐标变换,得到基于跟踪误差的车辆侧向动力学状态空间模型,采用饱和线性轮胎得到车辆侧向动力学多胞型模型;设计LMI反馈控制器,在控制器中引入前馈控制量,以消除侧向位置稳态误差. Carsim和Matlab/Simulink的联合仿真表明,该控制器在保证车辆稳定性的基础上具有较高的跟踪精度,对车速和路面附着系数具有较强的鲁棒性. 与模型预测控制器(MPC)和预瞄驾驶员模型(PDM)控制器进行对比,结果表明,设计的该控制器轨迹跟踪精度更优.     

基于递归小波神经网络的UAV姿态变结构优化控制

无人机的姿态控制易受外界气流干扰和模型参数摄动影响,为了提高其姿态控制的精度和稳定度,提出了将变结构控制与递归小波神经网络相结合的优化鲁棒控制律.构建并分析了无人机的姿态运动模型,采用变结构控制来设计无人机姿态运动的稳定控制律,将递归小波神经网络加入到控制闭环回路中以实现变结构控制律的优化,减弱控制律对模型准确度的依赖性,并在仿真验证中与传统方法进行了比较.结果表明,该控制律能够提高其姿态控制的稳定性,且具有较强鲁棒性、较短收敛时间和较小能量消耗,从而证明了本文方法的有效性和可行性.     

基于CMAC和PID的非线性耦合系统解耦控制研究

为了实现多变量非线性耦合系统的解耦控制,提出了一种基于CMAC与PID的复杂关联自适应解耦控制策略,并给出了详细算法。该控制策略采用PID控制器和CMAC控制器共同构成一个复合控制器,多个复合控制器通过多输入多输出线性神经网络,实施对复杂非线性耦合对象的控制作用。由于神经网络的自适应特性,可使得耦合系统逼近参考模型,实现解耦控制。仿真结果表明,该控制策略实现了耦合系统的解耦控制,并且具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。因此采用此控制策略能够实现多变量非线性耦合系统的解耦控制。     

Trajectory Tracking Strategy for Gliding Hypersonic Vehicle with Aileron Stuck at an Unknown Angle

A nonlinear robust trajectory tracking strategy for a gliding hypersonic vehicle with an aileron stuck at an unknown position is presented in this paper. First, the components of translational motion dynamics perpendicular to the velocity are derived, and then a guidance law based on a time-varying sliding mode method is used to realize trajectory tracking. Furthermore, the rotational equations of motion are separated into an actuated subsystem and an unactuated subsystem. And an adaptive time-varying sliding mode attitude controller is proposed based on the actuated subsystem to track the command attitude and the tracking performance and robustness are therefore enhanced. The proposed guidance law and attitude controller make the hypersonic vehicle fly along the reference trajectory even when the aileron is stuck at an unknown angle. Finally, a hypersonic benchmark platform is used to demonstrate the effectiveness of the proposed strategy.     

Nonlinear Derivative and Integral Sliding Control for Tracked Vehicle Steering with Hydrostatic Drive

在静液驱动履带车辆转向过程中,车辆的运动状态总是不确定的,且阻力存在非线性、大范围的变化。因此,提高静液驱动履带车辆的转向稳定性,满足未来战场的需要具有重要意义。本文提出了一种滑模控制算法,并将其应用于保证期望横摆角速度的控制。首先通过运动学和动力学分析,建立了速度控制器和横摆角速度控制器。其次设计了非线性微分积分滑模控制算法,通过积分控制项降低积分饱和,有效地抑制不光滑路面的扰动,通过非线性微分控制项提高了系统的反应速度,减小了控制量的抖振。在RecurDyn中对静液驱动履带车辆进行建模,在控制软件MATLAB/Simulink中对转向控制策略模块进行建模。整个模型的联合仿真表明,该控制策略能够提高车辆的转向响应速度,平滑控制输出,且抖振小,具有较强的鲁棒性。     

基于数据驱动的鲁棒反步自适应巡航控制

为了实现高精度的鲁棒自适应巡航控制（ACC）,提出基于数据驱动的鲁棒反步自适应巡航控制算法. 利用反步技术设计虚拟控制器,将车辆间距控制转化为速度控制,避免速度相关型间距策略带来的间距与速度控制耦合;构建基于数据的耦合滑模面并设计状态观测器,补偿车辆复杂的非线性动力学特性、离散误差及外部干扰,提升控制算法的鲁棒性;利用反馈控制及鲁棒控制技术设计数据驱动的ACC鲁棒控制算法;分别选取固定时间间距、变时间间距策略,利用所提ACC算法及基于比例积分（PI）的ACC算法进行车辆自适应巡航控制对比仿真验证. 对比实验结果表明,所提算法在控制精度、鲁棒性方面具有优越性.     

永磁同步电机混合非线性控制策略

永磁同步电机是一个非线性多变量强耦合系统,采用传统的线性控制方法难以在大范围运行中保持良好的动态性能和鲁棒性.针对永磁同步电机的特点,提出一种结合滑模控制和自抗扰控制的混合非线性控制策略,用于永磁同步电机矢量控制系统设计.根据指数趋近律算法设计滑模控制器,用于内环的电流控制.外环的速度采用自抗扰控制,速度控制器对负载扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,提出的控制系统不仅具有良好的动态和静态性能,而且对负载及系统参数扰动具有较强的鲁棒性.     

Earth-observation satellite attitude control using passive and active hybrid magnetically suspended flywheels

The control strategy is presented using passive and active hybrid magnetically suspended flywheels（P＆A MSFWs）,which can help meet the requirements of high precision and high stability for earth-observation satellites.Compared with the conventional flywheel,P＆A MSFW has more rotation degrees of freedom（DOFs）since the rotor is suspended by magnetic bearings,and thus requires more efficient controllers.A modified sliding mode control law（SMC）to our novel nonlinear and coupled system is presented,which is interrupted by inertia matrix uncertainties and external disturbances.SMC law via Lyapunov method is improved,and a fuzzy control scheme is used to attenuate the chatting and control attitude accuracy and maintain the robustness of SMC.Simulation results are provided to illustrate the efficiency of our model by using our control law.     

Model Predictive Control Based Defensive Guidance Law in Three-Body Engagement

Model predictive control (MPC) has been widely used in process industry, but its applications to missile guidance law are relatively rare. In this paper, MPC is introduced to design defensive guidance law in a three-body engagement, where a defending missile (i.e., defender) is employed to protect a target aircraft from an attacking missile. Based on nonlinear kinematic equations, an explicit linear discrete-time model is derived as the predictive model. Then the defensive guidance problem is formulated as a quadratic programming problem, and a fast algorithm for the MPC guidance law is developed. The advantages of the MPC guidance law include the applicability to scenarios with unknown guidance strategy of attacking missile, nonlinear kinematics and multiple constraints. Another key feature is that the proposed approach does not require alteration in the target maneuver. Simulation results show that the MPC guidance law works well and can meet real-time requirements.     

Diving control of underactuated unmanned undersea vehicle using integral-fast terminal sliding mode control

The problem of diving control for an underactuated unmanned undersea vehicle(UUV) considering the presence of parameters perturbations and wave disturbances was addressesed.The vertical motion of an UUV was divided into two noninteracting subsystems for surge velocity control and diving.To stabilize the vertical motion system,the surge velocity and the depth control controllers were proposed using backstepping technology and an integral-fast terminal sliding mode control(IFTSMC).It is proven that the proposed control scheme can guarantee that all the error signals in the whole closed-loop system globally converge to the sliding surface in finite time and asymptotically converge to the origin along the sliding surface.With a unified control parameters for different motion states,a series of numerical simulation results illustrate the effectiveness of the above designed control scheme,which also shows strong robustness against parameters perturbations and wave disturbances.     

位置随动系统变结构李雅普诺夫双模控制

采用李雅普诺夫(Lyapunov)理论对变结构控制系统(Vscs)进行综合,针对位置随动系统提出了变结构Lyapunov双模控制。大偏差范围采用变结构Bang-Bang控制(BBC)以保证系统的鲁棒性与快速性,小偏差则采用线性控制,以提高系统的控制精度。仿真表明,它具有鲁棒性强、精度高与通用性强的特点。     

考虑非线性模型不确定性的航天器自主交会控制

考虑航天器交会模型不确定性的问题,提出基于一般非线性相对运动方程的自适应控制策略. 针对复杂非线性系统中由外部扰动及目标星轨道参数引起的线性与非线性不确定性问题,通过自适应神经网络对模型结构进行参数化近似. 结合自适应反推技术和李雅普诺夫稳定方法进行自适应控制器设计,能够实现控制目标,保证所得闭环系统的渐近稳定性. 为了探究同时存在模型不确定性和输入约束的情况下航天器相对运动的自适应控制设计,提出辅助控制系统来分析和解决输入约束的影响. 针对相对运动提出的自适应控制策略保证了闭环系统的稳定性,使得模型未知参数的自适应估计满足最终一致有界性. 对不同案例分析比较的数值仿真结果验证了提出控制方法的有效性.     

自适应LOS制导结合MPC控制的车辆循迹优化

为提升无人驾驶车辆循迹过程的动态响应能力,确保车辆能快速且稳定地跟踪参考路线,首先基于模糊控制的思想,在传统视线(line-of-sight, LOS)制导策略中引入了时变前视距离,提出了改进后的自适应LOS制导策略,把目标轨迹的跟踪简化为目标点航向的跟踪。其次,建立车辆三自由度动力学模型,并结合自适应LOS状态方程设计路径跟踪系统的线性数学模型。最后,基于模型预测原理,使用多步预测、滚动实时优化、反馈校正等控制方式,求解出最优反馈的方向盘控制指令。本文为验证上述所提及跟踪策略的有效性,在Simulink仿真环境中分别以直线路径和曲线路径作为参考轨迹进行追踪仿真实验,结果表明:所提自适应LOS制导策略能使循迹车辆的轨迹横向误差和航向误差迅速地收敛到零,从而验证了改进LOS制导算法可以提高无人车路径跟踪的响应速度和平稳性。     

攻击型无人机鲁棒导引律研究

文章研究了攻击型无人机鲁棒导引系统,采用对干扰和摄动具有自适应能力的滑动模态变结构控制方法设计了攻击型无人机滑模导引规律.针对用于消除颤振的伪滑动模态不能实现精确跟踪的缺陷,对滑模导引规律中颤振消除进行了优化设计,引入系统运动状态轨迹接近角变量,使消除颤振的伪滑动模态边界层宽度随着系统状态到达滑动模态而逐渐减小为零,从而达到了既能消除颤振又能实现精确跟踪的设计目标.通过仿真验证了该导引规律具有攻击弹道平缓、抗目标机动扰动能力强、鲁棒性好、制导精度高的优点.     

铰接式车辆的模糊 PID 控制研究

铰接式车辆系统由于其较大的惯性矩和耦合性,横向稳定性比较差。本文应用了Mat-lab设计了模糊PID控制器,在3自由度的分析模型上对铰接式车辆的横摆稳定性进行控制和仿真。仿真结果说明,模糊PID控制方法对拖车稳定性控制能起较为理想的控制效果。     

欠驱动水面船舶的非线性滑模轨迹跟踪控制

针对模型参数存在不确定性和风、浪、流时变干扰的三自由度欠驱动水面船舶动态轨迹跟踪控制问题,根据滑模控制对系统的不确定性和外界干扰具有鲁棒性的特点,提出了一种新型的非线性滑模控制律设计方法.在设计时根据欠驱动水面船舶的固有特性,船舶在横向上没有驱动,如果要同时控制船舶水平面位置和艏摇角3个自由度的运动,就需要分别引入关于纵向跟踪误差的一阶滑动平面和关于横向跟踪误差的二阶滑动平面来间接设计控制律.仿真结果表明,所设计的控制器能够使船舶跟踪虚拟船产生的参考轨迹,对参数不确定和外界扰动具有强的鲁棒性.     

高超声速飞行器非线性H_∞姿态控制设计

针对高超声速飞行器倾斜转弯姿态跟踪控制问题,将非线性耦合系统的姿态跟踪控制表述为非线性H∞控制的指令误差状态空间实现形式.基于非线性系统γ-耗散性及L2增益设计准则,设计满足Hamil-ton-Jacobi-Isaacs不等式的光滑可微储能函数.在一定假设条件下,利用非线性系统在局部空间内线性伴随系统的Riccati微...     

Maneuver control of the hypersonic gliding vehicle with a scissored pair of control moment gyros

A maneuver control approach using a scissored pair of control moment gyros is proposed to improve the penetration ability of a hypersonic gliding vehicle (HGV) with a relatively high lift-drag ratio. Then, a multivariable strong coupling nonlinear bank-to-turn dynamical model is established for the case of lateral maneuvering of an HGV equipped with a scissored pair of control moment gyros. According to the requirement of coordinated turning of the HGV in a lateral maneuver, a decoupling controller based on feedback linearization and a linear quadratic optimal algorithm is designed. Finally, the large airspace maneuvering trajectories of the HGV including S-shaped, cycloid and spiral maneuvering modes are designed by applying overload control technology. Simulations demonstrate that the designed maneuvering trajectory significantly increases the airspace range and flexibility of the vehicle. The coordinated turn control system achieves an accurate and rapid tracking of the maneuvering trajectories in large airspace.