悬停状态下旋翼飞行机器人自适应鲁棒控制

针对加装二自由度绳驱动机械臂的旋翼飞行机器人在悬停条件下的抗干扰控制,提出了一种自适应终端滑模控制策略.将系统分成四旋翼飞行器和机械臂两个子系统,分别采用拉格朗日法与牛顿-欧拉法获得各自的动力学模型.在Lyapunov稳定性框架下设计了旋翼飞行器人的抗干扰轨迹跟踪控制器,并引人自适应策略来估计扰动上界.通过3个仿真算例验证了所设计控制器的有效性,结果表明,与其他控制器相比,本控制器具有较高的跟踪精度、较强的鲁棒性以及较好的抗干扰能力;机械臂质量的变化主要影响x通道和y通道的控制性能;本控制器基本能满足旋翼飞行机器人悬停作业的工作需求,具有一定的工程参考意义.     

基于强跟踪的平方根UKF的卫星姿态确定算法

针对受不确定性干扰的影响卫星姿态确定系统,SRUKF存在跟踪能力弱、估计精度低和鲁棒性差等问题,本文根据强跟踪滤波(STF)原理,提出了一种改进的强跟踪平方根UKF算法。该方法中,采用基于等价变化的方法来计算自适应渐消因子,避免了Jacobian矩阵的计算;引入两个多重自适应渐消因子矩阵,保证了协方差矩阵的对称性;利用改进的平方根分解方法,改善了滤波器的稳定性。实验仿真结果表明,相对于SRUKF和STF,本文提出的强跟踪平方根UKF具有更好的稳定性、鲁棒性和对突变状态的跟踪能力。     

一种电子凸轮轨迹跟踪控制方法

以电子凸轮为研究对象,提出一种轨迹跟踪控制方法。阐述了电子凸轮运动规律,在此基础上基于3次非均匀B样条曲线给出了一种凸轮曲线设计方法。为提高凸轮轨迹跟踪精度,设计了模糊滑模迭代控制器。迭代学习控制算法可用于实现目标轨迹的跟踪;模糊控制和滑模控制则可以提高电子凸轮的收敛速度与鲁棒性。滑模控制器处理轨迹偏差及其变化率;模糊控制器对滑模输出进行模糊化和解模糊化处理;通过实时控制调节迭代学习控制器的增量得到理想的轨迹跟踪效果。针对基于伺服电机的电子凸轮,控制系统给出了具体硬件架构。通过实验验证表明,模糊滑模迭代控制算法能够满足电子凸轮对轨迹跟踪精度与鲁棒性的要求,电子凸轮能够有效取代传统的机械凸轮机构。     

同步发电机混沌振荡的积分滑模模糊控制

针对一类不确定的非线性系统,把自适应模糊控制和积分滑模控制相结合,提出了一种新的自适应积分滑模模糊控制策略。利用模糊逻辑逼近系统中的未知非线性函数,在滑模控制中引入了积分项,消除了常规滑模控制器被跟踪信号导数已知的限制;并且为了消除外界扰动的影响,引入扰动估计器的设计方法;同时基于Lyapunov方法导出了参数的自适应律,有效地克服了系统固有的抖振问题。理论分析证明了闭环系统的稳定性和跟踪误差收敛于零。用该控制器对同步发电机混沌振荡控制系统进行仿真研究,结果表明:与常规的滑模控制器相比,该控制器具有较强的鲁棒性和较好的跟踪性能。     

基于改进自抗扰的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

四旋翼无人机具有较强的非线性特性，容易受到内外部不确定性扰动的影响，因此精准的轨迹跟踪控制成为挑战。本文针对上述问题提出了一种基于改进自抗扰控制和模型预测控制结合的分层控制架构以提高系统的鲁棒性及跟踪精度。首先，基于非线性自抗扰控制设计了外环位置控制器，同时针对自抗扰控制存在的相位滞后问题，设计了相位补偿器；然后基于模型预测控制设计了内环姿态控制器。本文所采用的控制方法不依赖于精确的数学模型，能够在满足系统约束的条件下对给定的轨迹进行精确的跟踪，具有较强的抗干扰能力。通过典型工况的仿真实验表明本文所提控制方法在轨迹跟踪精度上较传统自抗扰控制提升了40%以上，且具有较强的鲁棒性。     

永磁直线同步电动机的自适应学习控制

由于没有传动机构,使永磁直线交流同步电机（PMLSM）控制器设计较为复杂.PMLSM对模型不确定性和外扰更加敏感;推力波动等非线性因素对运动精度影响很大.针对上述问题,用自适应学习方法改善PMLSM的轨迹跟踪性能,并对迭代模式和单次运行模式下算法的收敛性进行了证明,通过实验进行了算法验证.该控制方法基于迭代学习,控制器分为两个部分,通过执行重复任务自适应学习项补偿系统的非线性;另一项用于增强系统的鲁棒性,保证系统在单次运动模式下稳定.实验结果表明,这种控制方法可以有效提高PMLSM轨迹跟踪精度.     

无角速度测量的姿态跟踪动态PD控制

针对太阳帆板展开过程中存在系统切换和外部未知干扰的航天器姿态跟踪控制问题,提出了角速度可测和角速度不可测的姿态跟踪自适应动态比例微分(PD)控制器。本文先设计自适应更新律补偿外部复合干扰,提出了姿态角及角速度全状态可测的自适应PD控制器;接着针对角速度不可量测,基于无源控制理论给出估算角速度的动态观测器,提出一种仅有姿态角跟踪误差信息的变增益动态PD控制器,并理论证明了闭环系统的全局渐近稳定性;数值仿真验证了变增益动态PD控制器对太阳帆板展开过程中,航天器的姿态跟踪控制的鲁棒性和有效性。     

基于参考轨迹的自适应模糊Smith控制器

本文提出一种基于参考轨迹的自适应模糊Smith控制器,其模糊决策依据系统响应的参考轨迹,实现对Smith控制器参数的自整定.研究表明,该系统有较高的稳态精度和较强的鲁棒性.     

一种具有参数不确定性的直流电机系统鲁棒自适应摩擦补偿方法

针对陀螺漂移测试转台直流力矩电机系统中存在的非线性动态摩擦和电机参数不确定性，为提高转台摇摆状态位置跟踪精度，提出了一种新的鲁棒自适应补偿控制器。电机中摩擦模型采用摩擦参数为非一致性变化的LuGre动态摩擦模型。该控制器包含一个参数自适应律和等效PID控制律来估计未知LuGre模型参数和电机参数并给与补偿。最后Lyapunov方法和仿真结果证明该鲁棒自适应补偿控制器保证了闭环系统全局稳定性和对期望位置信号的渐进跟踪，提高了转台摇摆跟踪精度。     

无人船自适应超螺旋轨迹跟踪滑模控制

针对无人船受到风浪等不确定性干扰时易出现轨迹跟踪误差大、自适应增益范围小、滑模控制方法的抖振等问题,提出了一种新型自适应超螺旋滑模控制算法。根据无人船结构建立数学模型,引入轨迹参考点将数学模型转换为二阶系统微分方程;设计自适应超螺旋滑模控制器;构造Lyapunov函数,推导满足系统闭环稳定性的自适应增益。在考虑风阻、浪阻的情况下,将本文方法分别与超螺旋滑模控制和传统自适应超螺旋滑模控制这两种方法进行仿真实验对比。结果显示,在仿真实验的30 s中,本文方法的轨迹跟踪平均绝对误差比超螺旋滑模控制和传统自适应超螺旋滑模控制分别减少了0.60 m和0.27 m,仿真结果表明本文方法能够有效提高系统控制性能,抑制抖振,减小轨迹跟踪误差。     

不确定混沌电力系统的鲁棒自适应跟踪控制

针对混沌电力系统的跟踪控制问题,在考虑系统含有常参数不确定性及未知干扰的前提下,采用动态面控制方法,设计了鲁棒自适应跟踪控制器,保证了闭环系统的半全局渐近稳定,进而使输出渐近跟踪参考轨迹.理论分析及仿真结果表明,所设计的自适应非线性控制器能够有效抑制简单电力系统的混沌振荡,且具有一定的适应性及鲁棒性.     

Adaptive trajectory tracking control of wheeled mobile robots with disturbance observer

In this paper, the trajectory tracking problem for a wheeled mobile robot in the presence of kinematic and dynamic uncertainties has been addressed. Uncertainties are modeled as lumped disturbances. A kinematic controller based on feedback linearization approach and a dynamic controller based on model reference adaptive control are designed in the presence of disturbances. In order to ensure both robustness and implementability of the controllers, the disturbances are estimated by a generalized linear matrix inequality‐based disturbance observer. Simulation results show the effectiveness of the proposed method. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

为提高轮廓加工精度采用DOB和ZPETC的直线伺服鲁棒跟踪控制

为了提高轮廓加工精度,本文针对高精度直线伺服系统,提出了一种将零相位误差跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器(DOB)相结合的鲁棒跟踪控制策略.ZPETC作为前馈跟踪控制器,保证了快速性,使系统实现准确跟踪;基于DOB的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性等,保证了系统的强鲁棒性能.仿真结果表明了所提出的控制方案是有效的,既能实现完好跟踪,又有较强的鲁棒性能.从而有效地减小了轮廓误差,提高了轮廓加工精度.     

基于自适应模糊滑模控制的机器人轨迹跟踪算法

针对控制参数的不确定性以及存在未知外部扰动情况下移动机器人的轨迹跟踪问题,提出一种基于光滑非线性饱和函数的自适应模糊滑模轨迹跟踪控制算法。通过建立不确定非线性移动机器人运动控制模型,利用自适应模糊逻辑系统构建自适应模糊滑模控制器。为了增强轨迹跟踪控制算法对随机不确定外部扰动适应能力的同时削弱滑模控制算法中的输入抖振现象,利用有界输入有界输出(BIBO)稳定的方法,通过带有自适应调节算法的模糊系统对滑模控制律中非线性函数项进行自适应逼近,并设计了模糊系统中可调参数的自适应控制律,保证了控制系统的稳定与收敛。实验结果表明,所设计的控制器对系统参数不确定性和外界扰动均具有较强的轨迹跟踪性能和鲁棒性。与传统的滑模控制算法相比,该算法不仅能有效减小输入抖振而且轨迹跟踪控制精度提高了18.89%。     

Adaptive integral-type terminal sliding mode control: Application to trajectory tracking for mobile robot

This paper presents an Adaptive Terminal Integral Sliding Mode Control (ATISMC) scheme for trajectory tracking problems applied to a differential Wheeled Mobile Robot (WMR). First, a terminal integral sliding variable is designed. Based on the finite-time concept, an adaptive control law has been developed in which a switching gain is adjusted adaptively by using a novel strategy. This control method aims to deal with unknown bounded disturbances and uncertainties. Moreover, it allows fast convergence of the system states to an equilibrium point. The main features of the proposed ATISMC are its robustness, fast convergence rate, and chattering avoidance. To realize trajectory tracking for WMR, the ATISMC is incorporated into a double closed loop scheme. Stability analysis is performed using the Lyapunov stability theory. Numerical simulations and real-time experiments demonstrate the feasibility of the proposed controller scheme. A comparison study with the classical ISMC was performed to show the superiority of the developed method.     

永磁直线同步电机的智能增量滑模控制

针对永磁直线同步电机直接驱动伺服系统的位置跟踪精度易受参数变化、外部扰动、端部效应等不确定性因素的影响,提出了一种将小波神经网络(wavelet neural network,WNN)和增量滑模控制器相结合的智能增量滑模控制方法。利用系统先前的状态信息和控制动作作为反馈量,同时选择饱和函数作为切换函数来设计增量滑模控制器,不仅削弱了抖振,而且提高了系统的跟踪性能;利用WNN实时观测和补偿参数变化和外部扰动等影响,并采用改进的粒子群优化算法在线调整WNN的学习率,对不确定因素进行实时估计。从理论上分析证明了此控制器可以保证系统收敛,提高了直线伺服系统的控制性能。通过系统实验,证明了所提出方案的有效性,与滑模控制(sliding mode control,SMC)相比,系统具有强鲁棒性和良好的位置跟踪精度,明显地削弱了抖振现象。     

基于扩张状态观测器的 PMLSM 高阶自适应 非奇异快速终端滑模控制

为改善永磁直线同步电机控制系统的位置跟踪精度和鲁棒性,提出了一种基于扩张状态观测的高阶自适应非奇异快 速终端滑模控制方案。首先,设计了一种高阶非奇异快速终端滑模面,通过引入反馈电流实现对电机位置、速度和电流的整 体控制。其次,设计新型滑模趋近律,使控制系统能快速将误差趋近于零并削弱抖振。同时,引入自适应律估计并实时调整 趋近律系数。最后,设计了扩张状态观测观测外部扰动,从而提高位置跟踪系统的动态和稳态性能。基于 Lyapunov 稳定性 理论,证明了该控制系统的稳定性。通过仿真与实验验证,结果表明,提出的控制方法能有效提高系统的位置跟踪精度,并且 增强了系统的抗干扰能力。     

新型随动系统的非线性控制和综合方法及实验验证

提出了一种新的电动机随动系统的非线性控制和综合方法.通过引进逆步式设计方法和流程,作者提出了新的随动系统非线性控制的算法和解析解,并且推证了系统的指数式稳定性.进而,作者将非线性控制算法和解析解演化为新的非线性控制系统结构图.在通过数字仿真验证了理论推导后,作者用了单片DSP(TMS320C32)来实现新的电动机随动系统的非线性数字控制.实验和仿真结果验证了新的控制结构和综合方法可以提高随动控制系统的外环频带宽度,减少对于斜坡给定信号的跟踪误差,和提高抗负荷干扰的性能.     

一种索支撑柔性结构轨迹跟踪控制方法

大型射电望远镜馈源支撑结构采用六根柔索驱动馈源舱完成大范围高精度扫描跟踪的创新设计方案.针对该柔性结构非线性、大滞后、多变量耦合的特点,提出了一种双模糊控制和干扰观测器相结合的控制算法来实现馈源轨迹跟踪策略.这种新方法通过构造干扰观测器来观测柔性结构的各种干扰,并根据观测到的干扰信息进行补偿以抑制干扰对系统的影响;同时引入带有比例积分校正环节的双模糊控制器来实现馈源舱轨迹跟踪,通过调整因子来优化控制规则.仿真结果表明,该控制算法不仅能满足对轨迹跟踪精度要求,而且具有较强的鲁棒性.     

永磁直线同步电机的自适应增量滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)直接驱动伺服系统易受参数变化、外部扰动、端部效应等不确定性因素的影响,提出了一种自适应增量滑模控制(AISMC)方法。通过利用系统先前的状态信息和控制动作来设计增量滑模控制器,同时选择饱和函数作为切换函数,不仅削弱了抖振,而且提高了系统的跟踪性能。然后利用自适应控制来观测和补偿参数变化与外部扰动等不确定性因素的影响,并对不确定性参数的界限进行实时估计,设计出自适应增量滑模控制器。从理论上分析证明了此控制器可以保证系统收敛,具有快速的收敛速度,提高了直线伺服系统的跟踪性能。通过系统实验,证明了所提出的AISMC方案的有效性,与滑模控制(SMC)相比,基于AISMC的系统具有较强的鲁棒性和精确的跟踪性,明显削弱了抖振现象。