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.     

基于干扰观测器的航天器非奇异终端二阶滑模控制

为了消除干扰力矩和结构不确定性对卫星姿态控制性能的影响,本文提出了一种基于新型干扰观测器的非奇异终端二阶滑模控制方法.首先,文章设计了一种基于跟踪微分器的干扰观测器,来对卫星系统中的不确定项进行估计,利用估计值进行补偿,并保证估计误差在有限时间内收敛.在此基础上,文章设计一个非奇异终端滑模面,当系统到达滑模面时,姿态误差可以在有限时间内收敛,并利用二阶滑模趋近律设计控制器,保证系统在有限时间到达滑模面.在干扰观测器误差未完全收敛时,滑模控制器可以对存在的扰动进一步抑制,实现姿态跟踪系统的有限时间稳定,并通过李雅普诺夫方法严格证明了其稳定性.最后,仿真结果表明,干扰估计值误差可以在有限时间内收敛,证明了该控制方法对存在的干扰是具有较好的鲁棒性.     

基于有限时间扰动观测器的四旋翼编队控制

针对复杂飞行环境下的多四旋翼飞行器系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的主从编队控制策略(FTESO-LFFC).对于领航者子系统,提出一种积分滑模控制(ISM)策略,通过引入的积分项,消除了传统滑模控制中的趋近阶段,提高了系统的鲁棒性.对于跟随者子系统,提出一种非奇异终端滑模控制(N TS M)策略,该方法在解决...     

基于干扰观测器的水下机器人预定性能控制

针对受外界干扰的水下机器人,提出一个预定性能控制器.首先,针对水下机器人的外界干扰,设计一个干扰观测器并且估计误差在有限时间内收敛至零;然后,利用干扰观测器进行前馈补偿,基于一种指数型障碍李雅普诺夫函数设计一个非奇异快速积分终端滑模控制器,使得水下机器人的轨迹跟踪误差在有限时间内收敛至零并且满足预定的性能要求;最后,严...     

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.     

基于观测器的多智能体系统的有限时间包含控制

在固定有向拓扑结构下,研究了具有多个静态或动态领导者的多智能体有限时间包含控制问题;假设领导者之间不存在信息的交互,提出基于快速终端滑模的控制算法,该算法驱使跟随者的运动轨迹在有限时间收敛到由领导者组成的凸包中;进一步,考虑实际应用中跟随者状态不能在线获得的情况,提出基于有限时间观测器的包含控制协议;利用图论和Lyapunov有限时间稳定性理论,给出了有限时间包含控制的充分条件;最后通过仿真示例,验证了算法的有效性。     

基于干扰观测器的一类不确定仿射非线性系统有限时间收敛backstepping控制

针对一类不确定仿射非线性系统的跟踪控制问题,提出一种基于干扰观测器的有限时间收敛backstepping控制方法.为增强小脑模型(CMAC)泛化和学习能力,将非对称高斯函数和模糊理论相结合,给出非对称模糊CMAC结构,设计干扰观测器实现系统未知复合干扰在线准确逼近;基于非对称模糊CMAC干扰观测器,给出有限时间收敛backstepping控制器设计步骤,利用Lyapunov稳定理论证明闭环系统稳定性,其中采用非线性微分器获取虚拟控制量滤波和微分信息以避免backstepping设计中的微分“膨胀问题”,设计辅助系统修正因微分器带来的误差对系统跟踪性能影响,引入基于障碍型函数的自适应滑模鲁棒项抑制复合干扰估计偏差对跟踪误差的影响;将所提方法应用于无人机飞行控制仿真实验,结果表明所提方法的有效性.     

基于光滑二阶滑模的可重复使用运载器有限时间再入姿态控制

针对可重复使用运载器(reusable launch vehicle,RLV)的六自由度再入模型,考虑模型不确定和外界干扰对再入姿态控制的影响,提出了一种非线性鲁棒控制策略.首先,根据多时间尺度特性将RLV的再入姿态模型分为姿态角子系统和姿态角速率子系统.其次,对每个子系统分别设计光滑二阶滑模控制器和滑模干扰观测器实现子系统的有限时间稳定.利用干扰观测器可以实现对不确定和外界干扰的精确估计,从而对控制器进行有效的补偿.进而,基于Lyapunov理论证明了整个系统的有限时间稳定.最后,通过仿真验证了提出的控制策略具有良好的控制性能和鲁棒性.     

自适应Terminal滑模控制及其在UASV再入中的应用

针对传统模糊干扰观测器在观测误差较小时学习速度缓慢的缺点,提出一种新型快速模糊干扰观测器;然后设计了基于快速模糊干扰观测器的自适应Terminal滑模控制方案,严格证明了跟踪误差和观测误差均在有限时间内收敛到非常小的区域;最后,仿真结果表明了所设计干扰观测器的优越性和闭环控制方案的有效性．     

基于有限时间扰动观测器的水厂加矾系统二阶滑模控制

水厂絮凝沉淀过程具有强非线性、不确定性和参数时变等特点,并且原水水质和水量突变等扰动容易对絮凝沉淀过程造成不利影响.本文提出了一种基于有限时间扰动观测器的加矾系统二阶滑模控制设计方法.首先,文章采用带有非光滑项的二阶滑模控制方法设计加矾系统反馈控制;然后,文章设计有限时间扰动观测器对原水水质和水量突变等扰动,以及絮凝沉淀过程强非线性、不确定性和参数时变等导致的模型不匹配进行估计,估计结果作为前馈补偿与反馈控制相结合;最后,理论分析证明了基于有限时间扰动观测器的二阶滑模控制方法的稳定性.仿真结果表明,本文所提出的复合控制方法有效提升了加矾系统的鲁棒性和抗扰动性能.     

Second-order terminal sliding mode control for hypersonic vehicle in cruising flight with sliding mode disturbance observer

This paper focuses on the design of nonlinear robust controller and disturbance observer for the longitudinal dynamics of a hypersonic vehicle (HSV) in the presence of parameter uncertainties and external disturbances. First, by combining terminal sliding mode control (TSMC) and second-order sliding mode control (SOSMC) approach, the secondorder terminal sliding control (2TSMC) is proposed for the velocity and altitude tracking control of the HSV. The 2TSMC possesses the merits of both TSMC and SOSMC, which can provide fast convergence, continuous control law and hightracking precision. Then, in order to increase the robustness of the control system and improve the control performance, the sliding mode disturbance observer (SMDO) is presented. The closed-loop stability is analyzed using the Lyapunov technique. Finally, simulation results illustrate the effectiveness of the proposed method, as well as the improved overall performance over the conventional sliding mode control (SMC).     

Finite time control of robotic manipulators with position output feedback

This paper deals with the robust finite time tracking of desired trajectories for a wide group of robotic manipulators in spite of unknown disturbances, uncertainties, and saturations of actuators while only manipulator's positions are available and its velocities are not measurable physically. A new form of chattering‐free second order fast nonsingular terminal sliding mode control scheme is introduced to design input torques for fulfilling the determined tracking objective in the adjustable total finite settling time. The proposed control algorithm is incorporated with two nonlinear observers to estimate disturbances and velocities of joints within finite settling times. The global finite time stability of the closed‐loop manipulator is analytically proved. Finally, a numerical simulation is carried out to verify the effectiveness of the designed input torques. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

基于干扰观测器的高超音速飞行器鲁棒反步控制

针对高超音速飞行器严格反馈不确定非线性MIMO系统,提出一种基于干扰观测器的鲁棒反步控制方法。该方法采用超扭曲算法设计干扰观测器以估计系统复合干扰,观测误差有限时间收敛。设计非线性反步控制律,引入鲁棒项使得系统满足干扰到性能输出的L2增益不超过设定的正实数,满足耗散不等式,使闭环系统跟踪误差一致最终有界稳定。仿真结果表明,所设计的控制律可以有效抑制系统复合干扰的影响,设计方法可行。     

Combining state estimator and disturbance observer in discrete‐time sliding mode controller design

In response to a multiple input/multiple output discrete‐time linear system with mismatched disturbances, an algorithm capable of performing estimated system states and unknown disturbances is proposed first, and then followed with the design of the controller. Attributed to the fact that both system states and disturbances can be estimated simultaneously with our proposed method, the estimation error is constrained at less than O(T) as the disturbance between the two sampling points is insignificant. In addition, the estimated system states and disturbances are then to be used in the controller when implementing our algorithm in a non‐minimum phase system (with respect to the relation between the output and the disturbance). The tracking error is constrained in a small bounded region and the system stability is guaranteed. Finally, a numerical example is presented to demonstrate the applicability of the proposed control scheme. Copyright © 2008 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

Sliding mode control with disturbance observer for a class of nonlinear systems

This paper is concerned with the stabilization problem for a class of nonlinear systems with disturbance. The disturbance model is unknown and the first derivative of disturbance is bounded. Firstly, a general disturbance observer is proposed to estimate disturbance approximatively. Secondly, since the bound of the disturbance observer error is unknown, an adaptive sliding mode controller is designed to guarantee that the state of system asymptotically converges to zero and the unknown bound can be adjusted by an adaptive law. Finally, an example is given to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

基于非线性干扰观测器的下肢外骨骼上楼梯滑模控制

针对下肢外骨骼在轨迹跟踪时对内部参数扰动和外界干扰较为敏感的特性,设计一种基于非线性干扰观测器的下肢外骨骼机器人滑模控制策略。首先建立下肢外骨骼上楼梯的动力学模型,分析其动力学特性;其次设计非线性干扰观测器,对下肢系统的不确定性和外部干扰进行观测;在此基础上,为保证系统轨迹跟踪误差的收敛性和减弱抖振,设计了低通滤波的滑模控制器,根据李雅普诺夫稳定性理论证明了下肢系统的稳定性;最后通过仿真与实验验证,该控制策略能够有效克服多种因素引起的干扰,改善系统的控制性能,提高系统的稳定性。     

改进非线性干扰观测器的机械臂自适应反演滑模控制

针对传统滑模和传统干扰观测器在机械臂关节位置跟踪中存在的控制输入抖振、需要测量加速度项、应用模型受限等问题,提出一种改进非线性干扰观测器的机械臂自适应反演滑模控制算法。首先,设计改进的非线性干扰观测器进行在线测试,在滑模控制律中加入干扰估计值对可观测的干扰进行补偿;然后选择合适的设计参数,使观测误差指数型收敛;其次,引入反演自适应控制律,对不可观测的干扰进行估计,进一步改善控制系统的跟踪性能;最后,利用李雅普诺夫函数验证了闭环系统的渐近稳定性,并将其应用于机械臂关节位置跟踪。实验结果表明,与传统滑模算法比较,所提控制算法不但加快了系统的响应速度,而且能有效地削弱系统抖振、避免测量加速度项并扩大应用模型使用范围。