机载光电平台的非线性积分滑模控制器设计

为了提高机载光电稳定平台的动态性能及稳定精度,提出了一种非线性积分滑模的控制方法,该方法可以解决传统滑模具有的稳态误差及传统积分滑模超调量大、调节时间长以及暂态性能恶劣等问题;采用改进的指数趋近律,可加快响应速度并减小抖振.另外,将非线性积分滑模面引入滑模观测器,提高了系统的抗扰能力.仿真结果表明,与传统滑模、传统线性...     

机载光电跟踪系统的模糊PID控制

为了提高机载光电跟踪系统的控制性能,提出了一种模糊自适应PID控制算法。首先,针对机载光电跟踪控制系统的特点,建立了被控对象的模型。接着,对机载光电跟踪系统模糊PID控制器的设计进行了详细介绍。最后,利用经典PID控制、模糊控制、模糊PID控制3种算法对机载光电稳定跟踪系统进行仿真比较。仿真结果表明模糊PID控制算法较之前两种算法具有响应快、超调量小、抗干扰能力强、稳态性能好等优点,对机载光电跟踪系统具有较好的控制能力。     

光电跟踪系统的区间2型模糊滑模控制方法

为了提升高精度光电跟踪系统(ETS)的跟踪精度和其处理不确定性的能力,设计了一种1型模糊滑模控制方法,模糊控制用于在线自适应调整滑模控制(SMC)切换项参数;并采用区间2型模糊滑模控制(IT2FSMC)方法来提高系统处理不确定性的能力,进而提升跟踪精度,同时降低SMC抖振;此外,用粒子群优化算法来保证选取的SMC参数相对最优,并对提出的各种控制方法进行了理论分析和实验对比。结果表明,IT2FSMC能在降低SMC抖振的同时将SMC的稳态误差降低54.43%。仿真和实验分析验证了所提出控制方法在ETS中的有效性。     

六旋翼无人机编队快速终端滑模鲁棒控制

为了实现在复合干扰下六旋翼无人机编队的稳定飞行,提出了一种快速终端滑模鲁棒控制方法。首先,描述了领导-跟随编队拓扑结构并建立了六旋翼无人机的6自由度运动模型,然后,设计了编队外环控制律将编队指令转换为姿态指令,并通过设计编队内环控制律解算得到旋翼转速指令,最后,引入自适应律来估计复合干扰,实现了六旋翼无人机编队的稳定飞行。仿真实验结果表明：所提方法与滑模控制方法相比能够更加快速地实现六旋翼无人机的编队稳定飞行,最大轨迹误差仅为0.2 m,复合干扰最大估计误差仅为0.1 m/s²,表现出了更优的控制效果。     

多元干扰下永磁同步电机滑模鲁棒控制

为了提高永磁同步电机转子转速在未知负载力矩和电路扰动等影响下的控制精度,提出了一种滑模鲁棒控制方法。首先建立了包含多元干扰的永磁同步电机转速模型,通过设计自适应干扰观测器来估计未知负载力矩的大小,并对其收敛性进行了证明,然后采用非奇异终端滑模面设计了鲁棒控制律,并引入滑模自适应律估计出电路扰动的大小,最终实现了对多元扰动下永磁同步电机的鲁棒控制。实验结果表明：提出的滑模鲁棒控制方法与自抗扰控制方法相比,具有更优的稳定性、准确性和快速性,转速和加速度的最大误差分别仅为0.05r/s和0.005r/s2,自适应干扰观测器的估计误差仅为0.1N·m,滑模自适应律的估计误差仅为0.05V,大大提高了永磁同步电机转动的控制精度。     

三轴光电跟踪系统空间目标捕获方法设计

针对三轴光电跟踪系统对空间目标捕获方案的设计问题,首先分析了影响三轴光电跟踪系统捕获空间目标存在的误差源并对主要误差进行了误差估计,即轨道预报误差和三轴指向误差。接着建立了主要误差到不确定区域（Field of uncertain,FOU）的误差传递关系,利用所建的传递关系计算出了不确定区域,并根据不确定区域的大小、形状以及分布类型设计搜索扫描方式。以不确定区域形状为椭圆且服从二维正态分布为例,设计的搜索扫描方式为分行螺旋扫描。最后对该扫描捕获方法进行了数值仿真,验证了该方法的正确性。经过仿真计算,在捕获概率为98%的情况下,目标的平均捕获时间为10.52 s。该方法为三轴光电跟踪系统捕获空间目标提供了一定的理论基础。     

机载光电瞄准系统在惯导系统校正中的应用

提出了一种用机械光电瞄准系统校正飞机惯导系统的方案，讨论了校正实施可能遇到的难点并提出了解决办法。     

基于鱼群算法的机载光电平台误差分配方法

由于传统误差分配方法效率低,依赖经验反复试凑,难以满足高精度分配的需要。根据机载光电平台目标测量的特点,构建了由大地地理坐标系到光电平台成像系统坐标系的目标测量数学模型,讨论了转换过程中影响精度的主要因素,确定了待分配的目标测量主要误差源,建立了基于蒙特卡罗统计方法的目标测量误差模型。通过将考虑方向性的目标测量误差分配问题转化为无约束的优化问题,运用鱼群算法对满足测量误差总要求的误差源分配方案进行寻优。计算结果表明,本文提出的误差分配方法有效可行,对机载光电平台误差分配具有一定的参考价值。     

新型终端滑模在光电稳定平台中的应用

为了提高光电伺服稳定平台的跟踪精度,针对系统中干扰的影响提出一种新型终端滑模控制算法。首先,提出一种新型终端滑模干扰观测器的设计方法,实现对系统中干扰的快速估计和实时补偿。其次,设计新型终端滑模控制器来提高系统的跟踪精度,结合有限时间收敛和自适应控制的思想,对切换增益进行在线调整,有效地抑制了滑模控制中的抖振问题,使系统状态能够在有限时间内快速地收敛到所设计的滑模面上,并对未估计干扰进行精细化补偿。最后利用Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。实验结果表明:该控制策略保证了光电跟踪系统视轴对运动目标的跟踪精度,在0.05 Hz时误差小于0.002,在2 Hz时误差小于0.034,增强了系统的鲁棒性。     

机载光电成像系统电磁兼容性设计

为了提高机载光电成像系统抗电磁干扰能力,使其能适应复杂的战场电磁环境,对机载光电成像系统进行了电磁兼容性设计。采用屏蔽、滤波、接地等技术措施对系统中易产生或引起干扰的部位进行了电磁兼容性设计,并对电源线传导发射和电场辐射发射两项最容易超标的项目进行了测试试验。实验结果表明,机载光电成像系统经过电磁兼容性设计后,其电源线传导发射值降低了35 dBμV 以上,电场辐射发射的辐射值降低了约27 dBμV ／m,并且有较大的裕量。满足机载光电成像系统在复杂战场电磁环境下使用的要求。     

空天飞行器姿态运动的模糊滑模鲁棒控制研究

针对空天飞行器(ASV)的姿态系统的非线性、强耦合和不确定性,提出了一种分散模糊滑模变结构控制方法.首先基于反馈线性化方法将ASV姿态系统解耦成3个独立的子系统;然后应用模糊滑模变结构控制方法分别设计了各子系统的姿态控制器.通过结合模糊控制与滑模变结构控制,有效抑制了ASV姿态系统的建模误差以及外部干扰.理论分析和仿真研究表明,所提方法具有控制精度高、鲁棒性强、便于工程实现等优点.     

Fuzzy sliding mode control for a class of piezoelectric system with a sliding mode state estimator

A new fuzzy sliding mode hysteresis compensating control strategy for a kind of typical piezoelectric system (PES) is proposed in this paper. Firstly, a typical nonlinear dynamic model of the PES is introduced. In order to compensate the hysteresis of the PES, an ideal linear hysteretic model is introduced by analyzing the characteristic of dynamic hysteretic model. Then, the ideal hysteretic model is transformed into an expected linear model by multiplying a slope conversion factor which can be obtained by experiment. Further, the sliding mode control principle is constructed to calculate the hysteretic compensating control law, which can guarantee the practical hysteretic characteristic to reach the expected linear output feature. Consider the unmeasured hysteresis output of the PES, we further design a sliding mode estimator to estimate the hysteretic part’s output. Finally, we derive the adaptive law of the fuzzy sliding mode controller, and demonstrate its stability through Lyapunov stability theory. The simulation results show the validity of the sliding mode compensator for this kind of nonlinear dynamic model of PES.     

Emulating DC constant power load: a robust sliding mode control approach

This article presents emulation of a programmable power electronic, constant power load (CPL) using a dc/dc step-up (boost) converter. The converter is controlled by a robust sliding mode controller (SMC). A novel switching surface is proposed to ensure a required power sunk by the converter. The proposed dc CPL is simple in design, has fast dynamic response and high accuracy, and offers an inexpensive alternative to study converters for cascaded dc distribution power system applications. Furthermore, the proposed CPL is sufficiently robust against the input voltage variations. A laboratory prototype of the proposed dc CPL has been developed and validated with SMC realised through OPAL-RT platform. The capability of the proposed dc CPL is confirmed via experimentations in varied scenarios.     

Adaptive dynamic surface control with sliding mode control and RWNN for robust positioning of a linear motion stage

Ball-screw-driven system provides high precision and long stroke range for positioning and tracking control of a linear stage. Friction and backlash nonlinearities in this system act often the main obstacles for high precision control. It is difficult to achieve effective compensation of these types of nonlinearities by traditional linear control methodology without the aid of a proper compensation schemes. Here, we present an adaptive dynamic surface control scheme combined with sliding mode control to compensate for friction and backlash nonlinearities in a linear stage motion system. The adaptive laws of the recurrent wavelet neural networks and friction estimation are derived to approximate and compensate for the backlash and friction nonlinearities. The boundedness and convergence of the closed-loop system are guaranteed from a Lyapunov stability analysis. The performance of the proposed control scheme was verified through simulations and experiments on the ball-screw-driven linear stage.     

采用滑模观测器的机载激光通信视轴精度控制

为了提高机载激光通信系统在机体振动和机械摩擦等扰动下的视轴对准精度,提出了一种基于滑模观测器的反步滑模控制方法。首先建立了机载激光通信系统的数学模型,然后通过设计的滑模观测器对扰动值进行估计,同时针对指令转换模块、激光通信模块和电机模块逐步设计了反步滑模控制律,实现对机载激光通信系统视轴的高精度控制。实验结果表明:提出的方法与分数阶PID控制方法相比突出了更优的快速性和准确性,响应时间仅为0.4 s,最大空间对准误差仅为0.3 m,设计的滑模观测器能够快速、准确地估计出扰动值,响应时间仅为0.3 s,最大估计误差分别仅为0.1 m/s、0.06 (°)/s2 和0.07 A/s,大幅提高了机载激光通信系统中视轴的对准精度。     

基于反步法的四旋翼飞行器自适应滑动模态控制

针对四旋翼飞行器非线性模型系统参数不确定性和外界干扰随机性的控制问题,提出一种基于反步法的自适应滑模控制器设计方法。将四旋翼飞行器动力学模型进行简化分解为欠驱动和全驱动两个部分;对相应的不确定性进行估计,选取适当的Lyapunov函数,采用反步的方法回馈递推得到自适应滑模控制律,从而提高飞行器对外界环境变化自适应能力。依据该方法在Matlab/Simulink环境下进行控制器设计并完成仿真验证。结果表明,基于反步法的四旋翼飞行器自适应滑动模态控制方法比非自适应控制方法具有更好的适应性和鲁棒性。     

电液伺服系统的自适应滑模跟踪控制研究

针对电液伺服系统的跟踪控制问题,在系统模型不确定性参数的界未知的情况下,提出一种自适应滑模控制方案。该方案的主要思想是用滑模方法抑制系统中的外干扰力扰动,对系统不确定性参数进行自适应估计,用估计值来补偿不确定性参数的变化。对于系统全局稳定性,采用李雅普诺夫稳定性理论给出了严格的证明。仿真结果表明了该方案具有良好的跟踪性能和鲁棒性。     

Adaptive incremental sliding mode control for a robot manipulator

An adaptive incremental sliding mode control (AISMC) scheme for a robot manipulator is presented in this paper. Firstly, an incremental backstepping (IBS) controller is designed using time-delay estimation (TDE) to reduce dependence on the mathematical model. After substituting IBS controller into the nonlinear system, a linear system w.r.t. tracking errors is obtained while TDE error is the disturbance. Then, the AISMC scheme, including a nominal controller and an SMC, is developed for the resulted linear system to improve control performance. According to the equivalent control method, the SMC in the AISMC scheme is to handle TDE error. To receive optimal control performance at the sliding manifold, an LQR controller is selected as the nominal controller. The SMC is designed based on positive semi-definite barrier function (PSDBF) since it prevents switching gains from being over/under-estimated, and two practical problems are addressed in this paper: A new PSDBF is designed and conservative (large) setting bounds affecting tracking precision and/or system stability are avoided; An improved PSDBF based SMC is developed where the PSDBF and an adaptive parameter are used simultaneously to regulate switching gains, and the system is still stable when sliding variable occasionally exceeds the predefined vicinity. Moreover, finite-time convergence property of the sliding variable is strictly analyzed. Finally, real-time experiments are conducted to verify the effectiveness of the proposed control method.     

基于滑模矢量控制的异步电机调速系统

由于异步电机是高阶、非线性、强耦合的多变量系统,难以实现高性能的调速,为此本文在矢量控制基础上,建立了滑模矢量控制异步电机调速系统。首先对系统进行矢量变换,构建电流滞环跟踪PWM矢量变频调速系统,使系统的响应速度增快;其次加入滑模控制,增加系统的鲁棒性和抗干扰能力。最后对异步电机调速系统的模型进行仿真实验,结果表明,增强了滑模矢量控制调速系统负载的抗干扰性,减少了超调量,提高了系统的响应速度。     

一类非线性系统的变边界层滑模变结构控制

针对一类不确定非线性系统,在系统的非线性动态函数满足可估计和有界两个基本假设的条件下,给出了此类系统基于非线性动态函数估计的一般滑模控制设计.然后论证了此类系统的变边界层滑动模态的存在性与可达性.所设计的变边界层滑模控制律除了具有一般滑模控制率的优点外,还能够有效消除滑模控制的高频抖振.数值仿真结果证明了所设计控制率的有效性.