基于扰动观测器的不确定非线性系统非奇异终端滑模控制

针对一类SISO 非线性不确定系统, 提出一种基于扰动观测器的非奇异终端滑模(NTSM) 控制策略. 在保证控制器非奇异性的情况下, 设计了一种改进的NTSM函数, 理论分析证明了到达滑模面的时间小于传统NTSM控制算法的到达时间. 同时为了消除系统扰动量对控制器抖振的影响, 设计了一种线性扰动观测器以降低滑模切换项的增益, 并采用Sigmoid 函数来替代传统的符号函数. 仿真结果表明了所得结论的正确性和有效性.     

基于扰动观测器的不确定非线性系统非奇异终端滑模控制

针对一类SISO非线性不确定系统,提出一种基于扰动观测器的非奇异终端滑模(NTSM)控制策略.在保证控制器非奇异性的情况下,设计了一种改进的NTSM函数,理论分析证明了到达滑模面的时间小于传统NTSM控制算法的到达时间.同时为了消除系统扰动量对控制器抖振的影响,设计了一种线性扰动观测器以降低滑模切换项的增益,并采用Sigmoid函数来替代传统的符号函数.仿真结果表明了所得结论的正确性和有效性.     

一类高阶非线性系统的终端滑模复合控制

研究干扰观测器的控制与自适应终端滑模控制思想相结合,针对调整非线性系统跟踪误差,为了提高控制性能,提出一种适用于一类岛阶非线性系统的复合控制策略.通过引入干扰观测器对系统中存在的不确定进行估计,并利用估计结果对滑模控制输出进行补偿.根据干扰观测器的估计值设计自适应律,实现终端滑模控制器中的切换增益,根据系统扰动的大小进行自适应调节,从而改善由于固定切换增益所造成的滑模控制器输出量过大以及抖振等现象.基于Lyapunov理论证明了复合控制的稳定性,最后通过仿真进一步验证了控制策略的可行性及有效性.     

基于干扰观测器的不确定非线性系统终端滑模控制器设计

考虑系统遭受复合干扰影响,针对一类不确定非线性系统的控制问题展开研究.首先,提出一种n阶超螺旋干扰观测器,对系统干扰进行估计;然后,结合系统的结构特点和滑模控制理论构造积分滑模面,并与二阶快速终端滑模控制理论相结合,设计基于干扰观测器的滑模控制器,通过引入反曲函数降低抖振,利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性;最后,将该方法应用到磁悬浮系统的稳定性控制并进行仿真实验,结果表明了所提出方法的有效性.     

一类非线性不确定系统的非奇异Terminal滑模控制

针对一类二阶非线性系统提出新的Terminal滑模控制面以克服传统的Terminal滑模控制的奇异问题，同时确保系统从任何初始状态能在有限时间内收敛至平衡点．进一步考虑系统参数摄动和外界扰动等不确定性因素上界的未知性，用Lyapunov稳定性方法给出了一个带有未知性上界参数估计的自适应非奇异Terminal滑模控制（NTSM）控制．最后通过实例比较三种滑模控制方法，仿真结果验证了非奇异Terminal滑模控制能克服传统的Terminal滑模控制的奇异问题，并说明了自适应非奇异Terminal滑模控制的有效性和可行性．     

快速非奇异终端滑模在混沌系统中的应用

为解决传统线性滑模控制中的速度较慢和终端滑模的奇异性问题,提出一种快速非奇异终端滑模的控制策略,并将其应用于Lorenz混沌系统中。控制策略为当系统状态离平衡点较远时采用线性滑模,使其快速地到达滑模面;而一旦滑模到达所设计的滑模面时控制策略变为非奇异终端滑模,使其快速地收敛于平衡点。此策略将线性滑模和终端滑模的优点相结合,从而使整个系统的状态在全程都具有较快的收敛速度,此方法改善了传统的线性滑模只能渐近地趋近于平衡点的动态缺点;同时也改善了单独采用终端滑模时,离平衡点较远的状态到达时间较长的缺点;且有效地避免了奇异现象的发生。最后通过M atlab仿真,对Lorenz混沌系统进行仿真,验证了该方法的有效性。     

非匹配不确定系统的自适应反步非奇异快速终端滑模控制

针对一类n阶非匹配不确定系统,提出一种自适应反步非奇异快速终端滑模控制方法.控制的前n-1步采用自适应反步控制策略,消除非匹配不确定性的影响;最后一步利用误差的积分构造非奇异快速终端滑模面,设计控制律使系统第n个状态有限时间收敛.该方法对系统中匹配和非匹配不确定项均具有鲁棒性,比自适应反步终端滑模方法具有更快的收敛速度.理论分析证明了闭环系统的稳定性,仿真结果验证了该方法的有效性.     

基于干扰观测器的终端滑模控制研究

针对一类非线性不确定系统,提出一种带干扰观测器的终端滑模控制TSMC方案.在不考虑外部干扰的影响下,设计了终端滑模控制,保证系统状态在有限时间内收敛到零;当存在干扰时,构造了非线性干扰观测器系统,以在线逼近未知外部干扰,消除其影响.考虑输人通道的不确定性,采用自适应方法在线逼近不确定的上界,并采用Lyapunov方法严格证明了自适应闭环系统的稳定性.对一级倒立摆系统进行仿真,仿真结果表明了所设计控制方案的有效性.     

不确定非线性系统自适应反演积分滑模控制

针对一类n阶参数严格反馈型非匹配不确定非线性系统,提出一种自适应反演快速积分终端滑模控制方法.控制的前n-1步采用标准自适应反演控制策略并给出自适应律,第n步构造出一种积分非奇异终端滑模面.为降低控制量抖振,将滑模终端吸引子思想引入滑模面的设计中,进而求出系统总控制律,从而消除非匹配不确定性影响并提升系统的动态性和鲁棒...     

A fast non-singular terminal sliding mode control based on perturbation estimation for piezoelectric actuators systems

Piezoelectric actuators (PEAs) are the key devices in micro/nano positioning system. However, the PEA performance is significantly degraded by the inherent non-linear behaviour. This behaviour is a consequence of the hysteresis properties contained within PEAs. Therefore, in micro/nano positioning applications, a robust control system has to be adopted for such actuators. This paper proposes a systematic control method that utilises a fast non-singular terminal sliding mode (FNTSM) based on online perturbation estimation technique for PEAs. Unlike other sliding mode methods, the FNTSM control method is characterised by chatter free. Besides, a zero error convergence can be guaranteed in finite time in the presence of disturbance and system uncertainties (i.e., hysteresis and gain changes). The design of the FNTSM control based on perturbation estimation (FNTSMPE) is presented. A model-free robust exact differentiator is used to estimate the states of the feedback system from merely measurable position signal. Theoretical analysis and the experimental results of FNTSMPE control reveal that high-precision and robust performance is achieved in comparison with ordinary FNTSM control.     

航天器自适应快速非奇异终端滑模容错控制

针对存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障的航天器姿态跟踪控制问题,本文提出了基于自适应快速非奇异终端滑模的有限时间收敛故障容错控制方案.通过引入能够避免奇异点,且具有有限时间收敛特性的快速非奇异终端滑模面,设计了满足多约束条件有限时间收敛的姿态跟踪容错控制律,利用参数自适应方法使控制器不依赖转动惯量和外部干扰的上界信息.Lyapunov稳定性分析表明:在存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障等约束条件下,本文设计的控制律能够保证闭环系统的快速收敛性,而且对执行器故障具有良好的容错性能.数值仿真校验了该控制律在姿态跟踪控制中的优良性能.     

多输入不确定系统的平滑非奇异终端滑模控制

研究多输入通道的参数摄动和外部扰动对控制系统输入输出和内部状态稳定性的影响. 采用两次模型变换实现输入输出和内部状态解耦, 运用Lyapunov 稳定定理建立系统收敛区域与不确定项范围的数学关系. 提出一种平滑非奇异终端滑模控制方法, 引入虚拟控制项以增加系统的相对阶, 利用鲁棒微分器合理提取微分信号, 实现系统的无抖振滑模控制. 仿真研究表明了所提出方法的有效性.     

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.     

A novel dynamic terminal sliding mode control of uncertain nonlinear systems

A new dynamic terminal sliding mode control （DTSMC） technique is proposed for a class of single-input and single-output （SISO） uncertain nonlinear systems. The dynamic terminal sliding mode controller is formulated based on Lyapunov theory such that the existence of the sliding phase of the closed-loop control system can be guaranteed, chattering phenomenon caused by the switching control action can be eliminated, and high precision performance is realized. Moreover, by designing terminal equation, the output tracking error converges to zero in finite time, the reaching phase of DSMC is eliminated and global robustness is obtained. The simulation results for an inverted pendulum are given to demonstrate the properties of the proposed method.     

A novel dynamic terminal sliding mode control of uncertain nonlinear systems

A new dynamic terminal sliding mode control (DTSMC) technique is proposed for a class of single-input and single-output (SISO) uncertain nonlinear systems. The dynamic terminal sliding mode controller is formulated based on Lyapunov theory such that the existence of the sliding phase of the closed-loop control system can be guaranteed, chattering phenomenon caused by the switching control action can be eliminated, and high precision performance is realized. Moreover, by designing terminal equation, the output tracking error converges to zero in finite time, the reaching phase of DSMC is eliminated and global robustness is obtained. The simulation results for an inverted pendulum are given to demonstrate the properties of the proposed method.     

非奇异终端滑模控制系统的设计方法

提出一种全局非奇异终端滑模控制器，可用于带有参数不确定和外部扰动的二阶非线性系统，证明了系统从任意初始状态到达滑模的时间和在滑模上到达平衡点的时间均为有限，分析了终端滑模控制用于不确定性系统的跟踪精度，推导了系统跟踪精度和用于消除抖振的饱和函数宽度之间的数学关系，根据给定的跟踪精度，可设计出合适的饱和函数，仿真结果证明了所提出方法的有效性。     

Composite disturbance-observer-based control and terminal sliding mode control for non-linear systems with disturbances

A novel type of control scheme combining the disturbance-observer-based control (DOBC) with terminal sliding mode (TSM) control is proposed for a class of multiple-input–multiple-output (MIMO) continuous non-linear systems subject to disturbances. The disturbances are supposed to include two parts. One in the input channel is generated by an exogenous system with uncertainty, which can represent the harmonic signals with modelling perturbations. The other is supposed to have the bounded H ₂ norm. The disturbance observers based on regional pole placement and D-stability theory are presented, which can be constructed separately from the controller design. By integrating DOBC with TSM control laws, the disturbances can be rejected and attenuated, simultaneously, and the desired dynamic performances can be guaranteed for non-linear systems in finite time with known and unknown non-linear dynamics, respectively. Two simulation examples for a flight control system and a hard disk drive actuator are given respectively to demonstrate the effectiveness of the proposed control schemes compared with the previous schemes.