四旋翼无人机姿态系统复合连续快速非奇异终端滑模控制EI北大核心CSCD

本文针对受多源干扰影响的四旋翼无人机姿态系统,基于复合连续快速非奇异终端滑模算法,研究了姿态指令变化率未知情况下的连续有限时间姿态跟踪控制问题.首先,基于四旋翼无人机姿态回路动力学模型,通过引入虚拟控制量实现姿态跟踪误差动态的三通道解耦;其次,分别针对各通道跟踪误差动态设计高阶滑模观测器,实现跟踪误差变化率和集总干扰的有限时间估计;最后,结合姿态跟踪误差变化率的估计信息,构建动态快速非奇异终端滑模面,并在控制设计中用指数幂函数代替符号函数以保证控制量连续.并且基于Lyapunov分析方法给出了姿态跟踪误差有限时间收敛的严格证明,仿真结果验证了所提方法的有效性.     

四旋翼无人机姿态系统复合连续快速非奇异终端滑模控制

本文针对受多源干扰影响的四旋翼无人机姿态系统, 基于复合连续快速非奇异终端滑模算法, 研究了姿态指令变化率未知情况下的连续有限时间姿态跟踪控制问题. 首先, 基于四旋翼无人机姿态回路动力学模型, 通过引入虚拟控制量实现姿态跟踪误差动态的三通道解耦; 其次, 分别针对各通道跟踪误差动态设计高阶滑模观测器, 实现跟踪误差变化率和集总干扰的有限时间估计; 最后, 结合姿态跟踪误差变化率的估计信息, 构建动态快速非奇异终端滑模面, 并在控制设计中用指数幂函数代替符号函数以保证控制量连续. 并且基于Lyapunov分析方法给出了姿态跟踪误差有限时间收敛的严格证明, 仿真结果验证了所提方法的有效性.     

执行器故障下四旋翼无人机位置与姿态控制

针对四旋翼无人机在执行器故障下的位置与姿态控制问题,提出了一种基于径向基函数神经网络(Radial Basis Function Neural Network,RBFNN)的自适应滑模控制方法.根据四旋翼无人机的高度非线性、强耦合、欠驱动等特性,将四旋翼无人机动力学系统分为全驱动子系统和欠驱动子系统,充分考虑无上下限约束的模型不确定和未知扰动,提炼出各子系统的集合干扰项,通过定义执行器失效系数,推导出四旋翼无人机执行器失效故障情况下的动力学模型;利用RBFNN对包含模型参数不确定部分和外界干扰项在内的总干扰项进行估计,并基于Lyapunov理论证明了动力学系统的稳定性.仿真结果验证了所设计的四旋翼无人机控制方法的有效性.     

预定性能约束下的四旋翼无人机固定时间控制

针对速度信息不可测和未知时变扰动下的四旋翼无人轨迹跟踪控制问题, 本文提出了基于固定时间扩张状态观测器的预定性能控制策略. 首先, 通过设计固定时间扩张状态观测器实现速度和未知时变扰动的精准观测,减少了控制器设计时对系统模型的依赖; 其次, 通过引入时变约束函数和固定时间控制方法, 实现系统暂稳态过程约束与固定时间轨迹跟踪; 进而, 通过李雅普诺夫方法证明了所设计的观测器和控制器能够保证系统固定时间稳定; 最后, 通过数值实例仿真和实验验证了所设计方法的有效性和实用性.     

饱和输入下四旋翼无人机滑模轨迹跟踪控制

为解决四旋翼无人机在饱和输入下的轨迹跟踪控制问题,同时兼顾系统存在的参数不确定性和外部风力扰动影响,设计了一种改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制方法;基于六自由度架构,设计四旋翼无人机简化的系统模型,进而降低控制器设计的复杂程度;引入带有误差信号的滑模函数,设计带有误差信号的饱和补偿自适应控制律,同时增加鲁棒控制项,降低由于饱和输入问题带来的抖振影响,并减小参数不确定和外部风力扰动对系统稳定性的影响;系统模型与抗干扰自适应控制律相结合,形成了改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制策略,实现四旋翼无人机的位置轨迹和姿态轨迹的稳定跟踪;最后通过数值仿真与传统PD控制算法进行仿真比较,验证控制方法的有效性和优越性。     

基于高阶滑模观测器的自适应时变滑模再入姿态控制

针对再入飞行器鲁棒姿态控制问题, 提出一种基于高阶滑模观测器的自适应时变滑模控制器设计方法. 首先, 设计了一种时变滑模面, 并在此基础上推导了相应的时变滑模控制律, 其中滑模控制中切换增益通过一种自适应算法获得, 消除了控制器设计过程中对系统不确定性上界已知的要求; 然后, 利用高阶滑模观测器对控制器设计过程中用到的姿态角导数信息进行观测, 同时能够获得系统扰动估计值, 从而构造一种基于观测器的控制器形式; 最后, 通过仿真验证了所提出的控制算法在提高再入飞行器姿态控制精度以及系统鲁棒性方面的有效性.     

SLIDING MODE OUTPUT TRACKING WITH APPLICATION TO A MULTIVARIABLE HIGH TEMPERATURE FURNACE PROBLEM

The paper describes a theoretical framework for the design of a robust multivariable output tracking controller using sliding mode concepts. The approach assumes that only measured outputs are available and uses a sliding mode observer to reconstruct estimates of the internal system states for use in a full information sliding mode control law. This scheme is applied to a control problem associated with high temperature furnaces. The paper describes the synthesis of the proposed control scheme from design through to implementation on an industrial test facility. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

载人潜水器的干扰特性分析与自适应滑模控制

针对在实际运行中会受到未知外部环境干扰和模型不确定性等因素影响的蛟龙号载人潜水器系统,本文设计了一种基于干扰特性指标的新型自适应滑模控制方法,实现对有益干扰的利用和有害干扰的补偿.首先,文章给出载人潜水器系统的运动学和动力学模型;然后,本文设计非线性干扰观测器估计系统所受的集总扰动,并提出一种扇形区域干扰特性指标,用于判断干扰对系统的影响;其次,文章设计一种基于干扰特性指标的自适应滑模控制方法,并且根据李雅普诺夫理论进行严格的稳定性分析;最后,通过数值仿真,验证所设计的滑模控制方法的优越性.其优越性主要体现在:不仅能够有效缓解抖振现象,并且避免控制增益高估的问题.     

复合干扰下载人潜水器的全阶滑模控制

针对蛟龙号载人潜水器(JIAOLONG)在运行过程中受到深海洋流、模型不确定性和未建模动态等因素影响,本文设计了一种基于干扰观测器的新型全阶滑模控制(disturbance-observer based full-order sliding mode control,DOB–FOSMC)方法.首先,建立载人潜水器系统的动力学模型;然后,设计扩展非线性干扰观测器估计系统的复合扰动;其次,设计能够描述潜水器完整动态特性的全阶滑模面,从而得到滑模控制律,并给出闭环控制系统的稳定性分析;最后,通过数值仿真验证控制方法的有效性和优越性.基于干扰观测器的全阶滑模控制方法的优越性主要体现在:能够描绘载人潜水器的全阶动态特性,并且有效抑制抖振现象.     

四旋翼无人机抗干扰轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机轨迹跟踪过程中存在的参数不确定与外界干扰问题,设计一种双闭环自适应控制策略.为了降低控制器设计复杂度,根据四旋翼无人机系统的欠驱动特性将系统分成姿态内环和位置外环.在扰动观测器的基础上,利用积分型反步控制算法完成无人机位置信息在外界干扰下的稳定跟踪控制.在扰动观测器的基础上,利用自适应滑模控制算法完成无...     

双层自适应快速super twisting控制算法

为提高super twising算法的收敛速度,解决现有算法存在的增益过估计问题,提出了两种自适应增益快速super twisting算法.分别通过快速终端滑模趋近律和增加线性项加快收敛速度.利用基于等效控制的双层自适应律调节增益,保证滑模存在条件的成立,同时使增益尽量的小.采用Lyapunov方法证明了新算法具有更优良的收敛特性,根据有界实引理和Schur补定理分别给出了两种算法的参数整定策略.仿真算例表明,在相同控制参数下,新算法的能耗与原算法接近,并具有更快的收敛速度和更强的鲁棒性.     

协作机械臂碰撞环境下的安全控制

针对人机协作过程中机械臂末端与操作者之间可能存在物理碰撞的问题,本文提出一种基于自适应导纳和滑模控制的机械臂安全控制方法.首先,采用基于广义动量的干扰观测器估计机械臂各关节和末端执行器上的干扰力.然后,设计一个双环控制结构,内环是基于干扰观测的双幂次趋近律滑模轨迹跟踪控制器,用以克服外界干扰的影响,达到期望的轨迹跟踪精度;外环是自适应导纳控制器,依据碰撞外力的大小和方向更新期望轨迹,以保证机械臂碰撞发生时的柔顺性和碰撞解除后迅速恢复工作状态的能力.最后,对所提算法进行仿真和实验验证.实验结果表明,协作机械臂碰撞环境下的安全控制算法能保证人机协作的安全性和机械臂工作的连续性,满足人机协作过程中的工作需求.     

一类具有多重不匹配扰动的非同元次不确定系统的分数阶抗扰控制

现有的自抗扰控制(ADRC)方法主要针对整数阶系统或同元次分数阶系统, 当应用于更一般的导数阶次互不相同的非同元次分数阶系统时, 可能无法获得令人满意的性能. 针对具有多重外源干扰的非同元次分数阶不确定系统的控制问题, 提出了一种改进的分数阶抗干扰控制方案(EFADC). 将非同元次分数阶特性当作模型不确定性,采用分数阶自抗扰控制(FOADRC)进行补偿. 设计分数阶扰动观测器(FODO)来估计由外源模型描述的扰动. 在此基础上, 设计一种基于不确定性和扰动补偿的分数阶滑模控制(FOSMC)方法, 使系统具有快速响应性能和鲁棒性.通过理论分析和数值模拟验证了所提方法的有效性. 仿真结果表明, 所提方法有效改善了非同元次分数阶系统的动态性能和对外部扰动的鲁棒性.     

多无人机编队递归非奇异终端滑模容错控制

为解决四旋翼无人机编队飞行过程中易受到外部干扰、空气阻力、执行器故障等不确定因素影响的问题,提出了一种基于补偿函数观测器（CFO）的递归非奇异终端滑模控制（RNTSMC）方法来提高四旋翼无人机编队系统性能。首先,引入具有高精度估计的补偿函数观测器,实时估计外部干扰、执行器故障等信息,通过设计递归积分终端滑模面改进非奇异终端滑模面等效控制器对估计信息进行补偿控制,并给定滑模面初始值,保证两滑模面依次连续到达平衡点,确保跟踪误差在有限的时间内快速收敛到0。其次,根据长机-僚机法建立编队模型,基于滑模控制理论,设计编队协同控制器,保证无人机编队完成飞行任务。最后,通过对比仿真结果表明,该方法对四旋翼无人机编队具有良好的容错性能。     

小型四旋翼无人机建模与有限时间控制

本文首先介绍了一种小型四旋翼无人机的设计过程,从机架设计、动力匹配、机载控制器、传感器、无线通信等多个方面进行了较为详尽的阐述.采用牛顿―欧拉法对四旋翼无人机进行动力学分析,完成了六自由度数学模型的推导.进一步对系统的模型参数进行了测量和计算,并给出了结果.在此基础上,为了满足无人机快速跟踪性能的要求,本文基于快速终端滑模的思想,进行了闭环控制器的设计,并给出了基于Lyapunov函数的稳定性证明.控制器采用分环控制的结构形式,内环为姿态控制,外环为位置控制.最后结合设计的四旋翼无人机,给出的仿真结果验证了控制算法的有效性.