一般双线性比例变结构系统的控制及其稳定性

在单输入双线性常值变结构控制、比例变结构控制和一般双线性常值变结构控制系统的基础上,研究一般双线性比例变结构系统的控制策略,给出了控制结构图。采用状态反馈,定义排序截尾算子,使控制律与状态变量中前m个绝对值较大的分量成比例,实现用m个控制量对n(n ≥ m)个被控量的控制。给出了用李亚普诺夫方法综合这类系统的详细步骤,根据李亚普诺夫稳定性定理得出了这类系统的稳定条件,根据这一条件选择比例系数并进行了仿真实验。     

多输入双线性比例变结构控制系统状态观测器的滑动模态

将单输入双线性比例变结构控制系统状态观测器的研究推广到多输入情况，取与观测误差成比例的为结构控制律，利用输出误差的负反馈环和变结构控制信号生成环，构成双环式双线性变结构状态观测器，使用李亚普诺夫直接方法，得出了观测器观测误差动力学系统进入滑动模态的条件，并对定量的条件作了说明。     

双线性变结构控制系统滑动模态方程的稳定性分析

使用等价控制方法构成双线性变结构控制的滑动模态方程,该方程右边的函数在实数域内不连续,是一个高度非线性微分方程组,分析了这类方程的特殊性,提出了“状态深阱”的概念,研究这类方程的稳定性,给出了使用庞克莱－李亚普诺夫第一近似定理的附加条件,讨论了一个四阶系统在具有两个切换面时的滑动态模态方程的限定范围稳定问题,给出了数字例子的计算机仿真结果。     

基于模糊干扰观测器的抗饱和自适应反步控制

针对一类输入受限的非匹配不确定非线性系统,提出了一种抗饱和自适应反步控制方法.利用模糊干扰观测器在线逼近系统的未知非匹配不确定及干扰,采用反步控制方法设计自适应控制器.控制系统设计中引入限幅滤波器,有效降低了控制输入饱和对系统稳定性的影响,并且控制器设计无需对虚拟控制律进行重复求导.利用李亚普诺夫稳定性定理,证明了闭环系统渐近稳定.仿真结果表明了该方法的有效性.     

离散时间系统的变结构控制及其品质

研究了离散时间系统的变结构控制综合及动态过程品质控制；讨论了到达条件；详细研究了准滑动模态的运动特性；基于稳定性及控制的简单实现，提出了自适应离散趋近律的概念；给出了周期收缩律和变结构控制的设计方法即趋近收缩法；解决了稳态抖振问题并兼顾了全过程的运动品质     

挠性航天器分散变结构控制稳定性研究

文章针对具有大面积太阳帆板的挠性航天器姿态控制问题,研究了分散变结构控制方案,设计了分散子系统滑动模态与控制律,并在分析和考虑航天器实际控制输出限制的基础上进行了合理简化,便于工程实现。由于实际航天器执行机构控制输出受限,以及系统不确定因素,不能始终满足滑动模态能达条件,证明了在控制受限情况下变结构控制系统的大范围渐进稳定性。开展了挠性航天器变结构姿态控制物理仿真实验,验证了控制系统的稳定性与有效性。     

具有时滞的不确定系统的变结构控制

针对具有输入控制时滞的不确定系统,提出一种具有滑动模态的变结构控制,设计出了系统切换函数和控制律,用切换函数使滑动模态渐近稳定,用变化的不连续控制保证滑动模态的存在和削弱抖振。     

改善闭环系统性能的方法

提出I-变速趋近律和m-变速趋近律.利用该趋近律方法,设计了基于离散时间线性定常系统的变结构控制(VSC).系统在该变结构控制的作用下,趋近运动和滑动运动的速度是可变的;保证了趋近模态和滑动模态的品质,并能削弱闭环系统的抖振,从而改善了闭环系统的品质.通过实例仿真,验证了该设计方法是有效和可行的.     

基于扩展滑动模态控制的末制导律设计

对于三维目标拦截问题，提出了一种新的具有鲁棒性的扩展连续滑动模态末制导律。基于变结构控制理论的方法和零化弹目视线角速率的思想，选择一个合适的滑动区域代替传统变结构滑动模态的设计，同时将目标的机动加速度视为已知的有界扰动。设计得到了具有鲁棒性的三维扩展的连续滑动模态末制导律。该方法利用Lyapunov稳定理论严格证明了扩展的连续滑动模态末制导律在滑动区的可达性和渐近稳定性。该方法简单，易于理解，便于工程应用，数字仿真验证了所提出的制导律更适合拦截大机动目标。     

非线性结构自适应模型逆飞行控制律设计研究

文章结合自适应控制、模型参考控制和动态逆控制理论提出了结构自适应模型逆非线性控制系统,设计了飞行控制器.通过李亚普诺夫稳定性定理推导了自适应规律,保证了闭环系统的稳定性.仿真表明该方法对模型参数不准确和外界干扰具有很好的自适应能力,能够满足飞机在过失速机动条件下的控制指令跟踪,且系统具有良好的控制性能及鲁棒性.     

Stabilization of Fractional Order Hyperchaotic Systems with Uncertainties via Output Feedback Sliding Mode Control

An output feedback sliding mode controller is designed for the stabilization of fractional order hyperchaotic systems including uncertainties in the state matrix and the output matrix. On the basis of auxiliary system,a sliding mode control law with output feedback characteristics is researched by studying the structure decomposition of fractional order hyperchaotic systems. Based on fractional order Lyapunov stability theorem,a switching surface is designed by using linear matrix inequality( LMI) method. Using a simple adaptation,an improved sliding mode controller is given to guarantee the existence of the sliding mode. Moreover,numerical simulations are performed to confirm the effectiveness and feasibility of the stabilization control scheme.     

Chatter free sliding mode control of a chaotic coal mine power grid with small energy inputs

An augmented proportional-integral sliding surface was designed for a sliding mode controller. A chatter free sliding mode control strategy for a chaotic coal mine power grid was developed. The stability of the control strategy was proven by Lyapunov stability theorem. The proposed sliding mode control strategy eliminated the chattering phenomenon by replacing the sign function with a saturation function, and by replacing the constant coefficients in the reaching law with adaptive ones. An immune genetic algorithm was used to optimize the parameters in the improved reaching law. The cut-in time of the controllers was optimized to reduce the peak energy of their output. Simulations showed that the proposed sliding mode controller has good, chatter free performance.     

改进型自适应变结构的挠性卫星姿态机动控制

针对带有输入非线性的挠性卫星的姿态机动问题,提出一种仅利用输出信息的变结构输出反馈控制方法.首先,采用拉格朗日方法建立挠性卫星的动力学模型.然后,在基于非线性和低阶模态的动力学模型基础上,给出滑模存在条件以及变结构输出反馈控制器设计的方法;另外,为了避免确定不确定性和外干扰界函数上界的困难,又给出一种改进型自适应变结构输出反馈控制器的设计方法,通过增加一负反馈项,防止了不确定界函数的参数过大而导致控制过大及系统失稳,从而使对不确定界函数的参数的估计达到更好的效果.最后,将本文提出的控制方法应用于三轴稳定挠性卫星的姿态机动控制,并进行数值仿真研究.仿真结果表明:在反作用飞轮的控制受限条件下,完成姿态机动的同时,有效地抑制挠性附件的振动.     

一类不确定混沌系统的自适应模糊滑模广义投影同步

针对具有不确定性和外部干扰的主从混沌系统的广义投影同步问题,提出了一种自适应模糊滑模变结构控制方法,设计了模糊滑模变结构控制器及自适应控制律,并利用Lyapunov稳定性理论证明了所提方案的可行性和稳定性。所设计的控制器不受未知不确定性和外部干扰的影响,具有很强的鲁棒性,并可改变广义投影同步的比例因子,获得任意比例于原驱动混沌系统输出的混沌信号。通过对不确定主从Duffing-Holmes系统的数值仿真试验,验证了所设计控制器的有效性。     

Stabilization of Uncertain Fractional Memristor Chaotic Time-DelaySystem Based on Fractional Order Sliding Mode Control

基于分数阶滑模控制的不确定分数阶时滞忆阻混沌系统的稳定

丁大为,刘芳芳,王年,梁栋

（1.安徽大学,电子信息工程学院,合肥 230601;

2.安徽大学,教育部智能计算与信号处理重点实验室,合肥 230601）

创新点说明：

1）设计一种基于分数阶忆阻器的混沌系统的分数滑模控制策略,该系统具有时滞,使系统状态渐近稳定。#$NL 2）所提出的控制器使用Lyapunov稳定性定理,该定理保证了同阶和不同阶系统的稳定性,分别讨论了该系统在加干扰和不加干扰四种情况下的稳定情况。#$NL 3）为有效地说明所提出的控制方案的有效性,引用了两个反例。

研究目的：

为控制基于分数阶忆阻器的时滞系统的混沌现象,设计一种结合滑模控制技术和分数阶微积分理论的分数阶滑模控制器。

研究方法：

1）利用Lyapunov稳定性理论对控制方案进行理论分析,确保存在或不存在不确定性和干扰的情况下同阶和不同阶系统的稳定性。

2）给出四个例子来证明所提出的控制方法的正确性和有效性。

3）数值模拟基于改进的Adams-Bashforth-Moulton预估算法。

研究结果：

1）同阶系统加上设计的分数阶滑模控制方法后可以达到稳定。

2）非同阶系统加上设计的分数阶滑模控制方法后可以达到稳定。

3）具有不确定性和扰动的同阶系统加上设计的分数阶滑模控制方法后可以达到稳定。

4） 具有不确定性和扰动的非同阶系统加上设计的分数阶滑模控制方法后可达到稳定。

结论：

1）滑模控制具有抗干扰的能力。

2）在Lyapunov稳定性定理的基础上,控制律可以使分数阶时滞忆阻器混沌系统渐近稳定,从理论上证明了设计的控制方案是可行的。

3）该方法也适用于在不确定性和干扰的情况下同阶和非同阶系统。

4）仿真结果表明了提出的滑模控制方法的正确性和有效性。

5）数值仿真说明该控制方法可以使分数阶时滞忆阻器系统在有限时间内达到稳定状态。6）引用两个反例验证了所提出的控制方案的有效性。

关键词：分数阶系统;时滞;混沌控制;不确定性;滑模控制

     

Adaptive Sliding Mode Control for the Excavator Manipulator

挖掘机滑模自适应轨迹控制研究

徐国胜,吕广明,陆念力

（哈尔滨工业大学 机电学院,哈尔滨 150001）

创新点说明：

1） 挖掘机的动力学模型考虑了各机械臂的重量及形状,并给出了动力学各元素的显示表达,

(1)

式中, 为斜对称矩阵,这也是考虑挖掘机形状与重量的表达式所具有的。

2） 滑模控制算法的符号函数采用sigmoid 函数代替,通过李雅普诺夫理论得到自适应控制率,调节切换项比例因子,使之跟踪参数误差导致的输入误差,且消除抖振。

3） 轨迹规划,考虑以定切削角进行整平作业生成铲斗轨迹。

研究目的：

挖掘机技术文档参数与装配实机存在误差,该误差不能得到合理估计,但显然是有界的。由于滑模变结构对于模型误差,负载扰动等具有鲁棒性,对于控制处于复杂工作环境的挖掘机轨迹而言非常适用,但滑模切换项容易引起抖振现象,而切换项又是滑模变结构鲁棒适应性所必要的,一般切换项的比例因子要大于模型误差,才能使整体控制系统稳定。但较大的比例因子引起的抖振也愈剧烈,导致对挖掘轨迹自动控制的效果不够理想,为此,探究自适应算法补偿有界误差项进行解决。

研究方法：

首先建立更加符合挖掘机实际情况的动力学模型,其次将滑模控制引入对挖掘机的轨迹控制中。为了低乃至消除抖振,采用sigmoid函数替代切换项符号函数,并通过李雅普诺夫理论得到自适应控制率,自适应调节切换项比例因子,使之补偿挖掘机技术文档参数与实机参数误差导致的控制输入误差,最后与传统滑模控制进行仿真对比。

研究结果：

自适应滑模控制效果达到或优于传统滑模控制,且消除抖振,切换项能很好地补偿参数误差导致的输入误差。

结论：

采用本文自适应滑模控制算法对挖掘机轨迹控制效果相比传统滑模控制消除了抖振现象,取得良好控制效果。该方法摒弃了传统滑模控制需要建模误差界大小的先验知识,对于有界建模误差的系统均能适用。不需估计挖掘机建模误差,符合挖掘机控制实际。

关键词：动力学;自适应滑模控制;挖掘机

     

临近空间飞行器的自适应积分滑模容错控制

为提高临近空间飞行器的安全性和可靠性,针对飞行器中未知的执行器故障,提出了一种自适应积分滑模容错控制方法。设计积分滑模面,使滑动模态运动起始于系统的初始状态,进一步增强系统的鲁棒性。构造自适应滑模容错控制律,处理执行器故障的影响。在自适应律中定义一个非线性函数,利用积分滑模面的动态变化检测故障的发生,并激发自适应律实现控制增益的自动调整。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的渐近稳定性。仿真验证在临近空间飞行器的纵向动力学模型上进行,结果表明该方法具有期望的容错跟踪性能。     

一类Van der Pol-Duffing系统的变结构滑模控制

研究了一类含有平方项和5次幂项的Van der Pol-Duffing系统的跟踪控制问题.首先,基于Lyapunov指数理论和分岔理论分析了该系统的复杂动力学行为,包括周期运动、倍周期分岔、混沌运动等;然后,在系统参数已知和未知的两种情况下,基于Lyapunov稳定性定理分别构造了两类简单的变结构滑模控制器对该系统的混...     

滑模变结构控制在时滞系统中的应用

目的研究一类线性不确定时滞系统控制器的设计问题,改善时滞系统的控制效果.方法采用滑模变结构控制策略,先用线性变换将原来的时滞系统变成一个无时滞的系统,再利用最优控制理论设计滑动平面并选择适当的滑模变结构控制规律,保证系统状态在有限的时间内到达滑动面.结果滑模变结构控制比PID控制超调量小10%,调节时间短5%,有效地抑制了系统控制器输出的抖动问题.结论滑模变结构控制方法具有更优的动态特性及鲁棒性,有效地提高了时滞系统的控制效果.