四旋翼飞行器的轨迹跟踪抗干扰控制

针对四旋翼飞行器轨迹跟踪问题中系统存在模型不确定和易受到外界扰动的情况,提出了基于切换函数的扩张状态观测器设计方法来对系统中的扰动进行估计,并将估计值与滑模控制器的设计相结合,实现了对系统中非匹配不确定性和匹配不确定性的抑制且实现了系统跟踪误差的一致最终有界.首先,根据变量间的耦合关系将飞行器系统模型分解为两个子系统模型,设计扩张状态观测器对子系统中的非匹配不确定性进行估计,并将估计值作为变量加入到切换函数的设计中;进而基于切换函数设计扩张状态观测器以估计经切换函数重构系统中的扰动,并在控制器中对扰动进行补偿.最后通过李雅普诺夫理论证明了控制系统的稳定性.通过仿真验证了本文提出的方法能够有效实现飞行器轨迹跟踪控制且能够抑止传统滑模控制的抖振现象.     

基于扩张状态观测器的车辆横摆稳定模型预测控制器设计

针对车辆横摆稳定性控制问题,本文提出一种基于扩张状态观测器的线性模型预测控制器设计方法.首先,将非线性车辆模型线性化,建立带有模型误差干扰项的线性模型,其中线性化导致的模型误差采用扩张状态观测器估计得到,并证明了观测器的稳定性.然后基于此模型设计线性预测控制器,近似实现了非线性预测控制器的控制效果,同时降低了计算量.最后,通过不同路况下的仿真实验结果,验证了所提方法的计算性能和控制效果.     

基于扩张状态观测器的车辆横摆稳定模型预测控制器设计（英文）

针对车辆横摆稳定性控制问题,本文提出一种基于扩张状态观测器的线性模型预测控制器设计方法.首先,将非线性车辆模型线性化,建立带有模型误差干扰项的线性模型,其中线性化导致的模型误差采用扩张状态观测器估计得到,并证明了观测器的稳定性.然后基于此模型设计线性预测控制器,近似实现了非线性预测控制器的控制效果,同时降低了计算量.最后,通过不同路况下的仿真实验结果,验证了所提方法的计算性能和控制效果.     

基于干扰抑制控制的飞行器姿态跟踪

本文针对飞行器姿态跟踪控制问题, 考虑系统的内部模型不确定性和外界扰动, 设计了使跟踪误差一致最终有界的控制器. 以四元数为姿态参数, 建立系统的非线性误差模型; 将控制系统分为内环观测器和外环控制器分别设计, 其中, 线性扩张状态观测器作为系统内环将实际系统补偿为标称模型, 而外环非线性控制器则用于镇定非线性标称系统. 最后, 利用Lyapunov理论得到了一致最终有界的稳定性结论, 并基于频域理论, 分析了线性扩张状态观测器阶次对系统性能的影响. 姿态跟踪实验表明, 本文设计的控制系统能够有效实现飞行器的姿态跟踪控制.     

单路径导引的车式移动机器人协同编队控制

针对含有模型不确定性和未知外部扰动的车式移动机器人集群, 本文设计了一种分布式协同编队控制器, 通过单条参数化路径导引, 实现了车式移动机器人协同编队运动. 本文首先在运动学层级设计了基于领航–跟随策 略的队形制导律和路径更新律, 其次在动力学层级设计了前向速度和姿态角控制律, 通过线性扩张状态观测器估计 并补偿系统模型中的非线性部分, 消除参数摄动和外部扰动造成的不利影响, 然后通过级联系统理论证明了闭环系 统的输入到状态稳定性, 最后通过数字仿真和加热机群实验结果验证了本文控制器的有效性.     

基于扩张状态观测器的动态抗饱和补偿器设计方法

针对一类受外界扰动以及执行器饱和影响的不确定非线性系统,提出一种基于扩张状态观测器的动态抗饱和补偿器设计方法.首先通过将系统的不确定项以及外部扰动作为扩张状态,设计线性扩张状态观测器(ESO)对系统的总扰动进行估计;然后,在控制器中引入对扩张状态的估计值,对系统的总扰动进行补偿,设计了动态抗饱和补偿器,将控制器、观测器以及动态抗饱和补偿器的参数求解问题转化为基于LMI不等式组约束的优化问题,确保系统具有尽可能大的收敛域;最后通过数值仿真验证所提出设计方法的有效性.     

滑动与打滑条件下的轮式移动机器人自抗扰跟踪控制

针对具有未知的滑动与打滑的轮式移动机器人(WMR),提出了一种基于自抗扰思想的跟踪控制策略.首先建立了滑动与打滑条件下的轮式移动机器人动力学模型.其次,由反步法设计运动学控制器,基于模型设计线性扩张观测器和动力学控制器,并给出了控制器稳定性分析.最后与积分滑模控制进行了仿真对比,结果表明该控制方法的误差收敛速度更快.观测器能够精确估计滑动与打滑及动力学不确定性对机器人的扰动,提高了轮式移动机器人轨迹跟踪的鲁棒性.     

带有干扰观测器的高超声速飞行器滑模控制

针对高超声速飞行器非线性和易受干扰影响的特点,提出了带有扩张状态干扰观测器的连续滑模控制方法.在对飞行器非线性模型做线性化处理的基础上,设计了一种连续时间滑模控制器.该控制器在对不确定性和未知动态保持鲁棒性的基础上,消除了传统滑模中存在的抖振现象.对系统中存在的外加干扰,设计了扩张状态干扰观测器.将外加干扰作为系统的一个状态变量被估计出来,再将估计值用作滑模控制器的补偿量,进而达到消除外干扰的目的.在高超声速飞行器巡航飞行状态的基础上进行了仿真.仿真结果表明,所提出的方案能够满足控制要求.     

基于无源性的全方位移动机器人自抗扰控制

针对全方位移动机器人轨迹跟踪控制中存在的外界干扰和系统参数不确定性问题,提出基于无源性的自抗扰控制方法.该方法通过扩张状态观测器对系统扰动进行估计,并在基于无源性的控制器中加入扰动补偿项以减小外界干扰和参数不确定性对系统的影响;进而,利用系统的无源特性和Lyapunov 理论证明在该控制器作用下闭环系统有界输入有界输出稳定.仿真结果表明,所提出的控制方法响应速度较快,控制精度较高,对系统外扰和模型参数不确定性具有较强的鲁棒性     

移动机器人的线性自抗扰控制设计与实验验证

为了实现移动机器人的高精度轨迹跟踪控制, 设计了一种基于扩张状态观测器的扰动抑制方法和相应的 实验验证平台. 首先, 考虑到不确定扰动如车轮纵向和侧向滑动对移动机器人系统控制性能的影响, 建立了受扰下 的运动学模型; 然后, 基于扩张后的运动学模型设计了扩张状态观测器来估计系统扰动; 接着, 利用扰动估计构建 了线性自抗扰控制器, 并利用Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 同时, 基于MATLAB/Simulink软件和微控制 器搭建了所推荐控制算法的实验验证平台. 最后, 仿真和实验结果都验证了所提出控制方法的有效性.     

基于视觉图像的全向移动机器人轨迹跟踪控制研究

机器人轨迹节点跟踪比较难,导致机器人实际轨迹偏离期望轨迹,所以设计基于视觉图像的全向移动机器人轨迹跟踪控制方法;构建全向移动机器人的运动学数学模型,以此确定机器人移动轨迹数学模型;以移动轨迹数学模型为基础,按照视觉图像划分标准对全向移动机器人运动图像的分割,通过分离目标节点的方式提取运动学特征参量,完成机器人轨迹节点跟踪处理;结合节点跟踪处理结果,将运动学不等式与误差向量作为机器人轨迹跟踪控制的约束条件,利用滑模变结构搭建轨迹跟踪控制模型,实现全向移动机器人轨迹跟踪控制;对比实验结果表明,所设计的方法应用后,全向移动机器人角速度曲线、线速度曲线与期望运动轨迹曲线之间的贴合程度均超过90%,满足全向移动机器人轨迹跟踪控制要求。     

移动机器人轨迹跟踪快速终端滑模自抗扰控制

针对移动机器人动力学模型难以精确建立、运动过程中各种干扰对高精度轨迹跟踪造成偏航等问题,构造出一种快速终端滑模自抗扰控制器,实现了高速高精度轨迹跟踪控制目标.首先建立非完整移动机器人的干扰控制模型;然后运用扩张状态观测器实时监测系统未建模动态与各种干扰;同时将扩张状态量和系统反馈量作为快速终端滑模算法的系统变量;最后设...     

轮子打滑状态下全向移动机器人轨迹跟踪控制

针对全向移动机器人轨迹跟踪控制中存在未知轮子打滑干扰问题,设计自抗扰反步控制器.首先,建立存在轮子打滑扰动的全向移动机器人的运动学模型;然后,融合自抗扰控制技术与反步控制技术,设计基于全向移动机器人运动学模型的轨迹跟踪控制器,该控制器分别从纵向控制、横向控制及姿态控制上对打滑干扰进行实时估计与补偿;最后,利用Lyapunov定理分析闭环系统的稳定性并通过仿真实验验证了所提出控制算法的有效性和鲁棒性.     

Robust tracking control for wheeled mobile robot based on extended state observer

This paper presents a new control scheme on trajectory tracking of wheeled mobile robot with nonholonomic constraints. Extended state observer is introduced to estimate unknown disturbances and velocity information. A robust tracking controller is designed to implement the accurate trajectory tracking and disturbance compensation. By theoretical, position and velocity tracking errors of wheeled mobile robot are proven uniformly ultimately asymptotically stable. Simulation results are given to illustrate the effectiveness of the developed technique.     

非完整移动机器人轨迹跟踪自适应控制器设计

针对轮式移动机器人的非完整运动学模型,将自适应反演控制技术和李亚普诺夫稳定性理论应用于机器人轨迹跟踪控制,设计了具有全局渐近稳定性的自适应轨迹跟踪控制器,并在Matlab环境下实现了移动机器人对直线和椭圆2种轨迹追踪的仿真实验.实验表明:该控制方法在轨迹跟踪控制中有较好的航向跟踪效果,对机器人非完整系统模型的非线性特性...     

Time‐varying input delay compensation for nonlinear systems with additive disturbance: An output feedback approach

This paper addresses the output feedback tracking control of a class of multiple‐input and multiple‐output nonlinear systems subject to time‐varying input delay and additive bounded disturbances. Based on the backstepping design approach, an output feedback robust controller is proposed by integrating an extended state observer and a novel robust controller, which uses a desired trajectory‐based feedforward term to achieve an improved model compensation and a robust delay compensation feedback term based on the finite integral of the past control values to compensate for the time‐varying input delay. The extended state observer can simultaneously estimate the unmeasurable system states and the additive disturbances only with the output measurement and delayed control input. The proposed controller theoretically guarantees prescribed transient performance and steady‐state tracking accuracy in spite of the presence of time‐varying input delay and additive bounded disturbances based on Lyapunov stability analysis by using a Lyapunov‐Krasovskii functional. A specific study on a 2‐link robot manipulator is performed; based on the system model and the proposed design procedure, a suitable controller is developed, and comparative simulation results are obtained to demonstrate the effectiveness of the developed control scheme.     

基于扩张状态观测的机器人分散鲁棒跟踪控制

针对模型不确定性多关节机器人的轨迹跟踪控制问题, 提出一种基于扩张状态观测补偿的关节独立分散鲁棒控制方法. 设计多个并联的扩张状态观测器, 分别对每个独立关节的未知模型动态与外部扰动进行动态估计和补偿, 采取非线性状态反馈控制以提高系统的控制性能. 各个关节的控制完全独立, 因而控制器结构简单、可靠、易于实现. 对所设计的关节分散鲁棒控制器的 Lyapunov 稳定性进行了分析, 证明系统是指数收敛全局一致最终有界稳定的. 对 PUMA560 机械手的大量控制仿真验证了本文方法的有效性.     

Adaptive observer-based trajectory tracking control of nonholonomic mobile robots

In this paper, an adaptive observer-based trajectory tracking problem is solved for nonholonomic mobile robots with uncertainties. An adaptive observer is first developed to estimate the unmeasured velocities of a mobile robot with model uncertainties. Using the designed observer and the backstepping technique, a trajectory tracking controller is designed to generate the torque as an input. Using Lyapunov stability analysis, we prove that the closed-loop system is asymptotically stable with respect to the estimation errors and tracking errors. Finally, the simulation results are presented to validate the performance and robustness of the proposed control system against uncertainties.