基于反步法的移动机器人鲁棒跟踪控制

以四轮移动机器人为研究对象,建立了机器人完整的数学模型,包括运动学模型、动力学模型以及驱动电机模型。在机器人数学模型的基础上,采用反步法的思想设计具有全局收敛特性的鲁棒轨迹跟踪控制器,设计中考虑了驱动电机模型使控制器更符合实际控制要求,并将其分解为运动学控制器、动力学控制器以及电机控制器三部分,降低了控制器设计的难度。构造了系统的李雅普诺夫函数,证明了该类型移动机器人在所得控制器作用下,能实现对给定轨迹的全局渐近追踪。仿真实验结果表明基于反步法的控制器是有效的。     

干扰下的无人直升机自适应反步法鲁棒跟踪控制

针对无人直升机干扰下的鲁棒轨迹跟踪问题,设计了一种自适应反步控制方法.鉴于作用在直升机上的干扰是产生跟踪误差的主要原因,该方法的主要思想是寻求一种方法来补偿这种干扰.首先,将未建模动态如外部阵风干扰、配平误差、机身、垂尾、平尾以及其他可忽略的动态产生的力和力矩看成一种组合干扰,从而建立了一个方便反步法控制器设计的简化模型.当设计好反步法控制器后,设计了一个非线性自适应律来估计这种组合干扰,并通过将干扰估计值整合到反步控制器中,使得闭环跟踪系统的鲁棒稳定性得到了保证,即基于李雅普诺夫稳定性理论证明了所设的控制器对于干扰主动阻隔,特别是低频干扰的主动阻隔是有效的.最后,两个仿真研究验证了该方法是优于常规反步法和积分反步法的.     

一种基于反步法的鲁棒自适应终端滑模控制

针对不确定严格反馈块控非线性系统, 提出了一种基于反步法的鲁棒自适应终端滑模变结构控制方法. 系统的未知不确定及外界干扰由模糊系统在线逼近, 利用反步法设计了变结构控制的终端滑模面, 并由此得到了鲁棒自适应终端滑模控制器, 使系统的跟踪误差在有限时间内趋于给定轨迹的任意小的邻域内. 通过Lyapunov定理证明了闭环系统所有信号最终有界. 对某战斗机6自由度机动仿真结果表明, 该方法具有强鲁棒性.     

基于非线性干扰观测器的翼伞鲁棒反步跟踪控制

针对干扰条件下的无人翼伞飞行器路径跟踪控制问题,提出一种基于非线性干扰观测器的反馈增益鲁棒反步控制方法.采用二阶跟踪-微分器设计干扰观测器对系统复合干扰进行估计和补偿,设计了反馈增益反步跟踪控制律,通过合理设计增益参数,消除了部分复杂非线性项,避免了虚拟量高阶导数问题,简化了控制器形式.根据Lyapunov理论设计鲁棒反馈补偿项,在保证稳定性的同时提高了系统的鲁棒性.仿真实验结果验证了所提出方法的有效性.     

约束自适应反步法及其在飞行控制中的应用

为解决系统含有参数不确定性和(状态)执行器受限条件下的鲁棒自适应控制问题,将SISO系统指令滤波器推广到MIMO系统,提出一种基于指令滤波的自适应块控反步方法。在设计(虚拟)控制律时引入指令滤波器,在克服标准反步法虚拟控制律导数计算膨胀问题的同时,能够施加系统状态和执行器的限制条件,并通过引入扩展跟踪误差,有效解决了约束条件下参数估计过程的稳定性和跟踪误差收敛问题。给出了Lyapunov闭环稳定性证明,并将该方法应用于含有未知气动参数和输入饱和约束的飞行器非线性姿态控制器设计。6自由度飞行仿真表明,该控制器具有良好的指令跟踪能力和较强的鲁棒性。     

基于SG的Buck变换器自适应反步法控制

针对Buck变换器的非线性特性,考虑在电感电流连续导通模式下的数学模型,采用自适应反步法设计其闭环控制器,同时基于System Generator提出了数字控制器的实现方法,并分析了其负载扰动和电源扰动特性,将仿真结果与PI控制方式相比较,结果表明自适应反步控制的优越性和System Generator设计开发的有效性,为FPGA实现Buck变换器的数字控制器提供了新的设计流程,也为进一步研究其他DC-DC变换器的非线性控制提供了新思路.     

非线性系统鲁棒无模型学习自适应控制

给出了ＭＩＳＯ非线性系统的无模型学习自适应控制方案，它具有极其简单的递推形式，可以处理传统ＰＩＤ控制器不能处理的ＭＩＳＯ非线性系统、时变系统等。并且讨论了控制系统的收敛性；稳定笥及鲁棒性。仿真结果说明这种理论的优越性。     

基于自适应模糊反步法的永磁同步电机位置跟踪控制

研究具有参数不确定性的永磁同步屯动机位置跟踪控制问题.利用模糊逻辑系统逼近系统中非线性函数,采用反步设计方法实现永磁同步电动机的自适应模糊控制.所提出的自适应模糊控制器在电机参数不确定和负载扰动的情况下,实现了永磁同步电动机的高性能位置跟踪控制.仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

基于滤波反步法的无人直升机轨迹跟踪控制

针对无人直升机模型阶数比较高,设计常规反步法控制器时面临着对虚拟控制输入信号求导过程较为繁琐的缺陷,提出一种基于滤波器反步法的控制方法.首先,通过滤波器而非直接解析地对虚拟控制量求导,从而显著简化了反步控制器的设计过程,而且由于导数是通过积分过程而非微分得到,大大降低了测量噪声的影响;然后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了补偿跟踪误差是全局指数稳定的;最后,通过仿真结果进一步验证了所提出方法的稳定性和有效性.     

基于自适应反步法的轮式移动机器人跟踪控制

轮式移动机器人是一种典型的非完整约束系统.基于反步法提出一种自适应扩展控制器,对含有未知参数的非完整轮式移动机器人动力学系统进行轨迹跟踪控制并且Lyapunov稳定性理论保证跟踪误差渐近收敛到零.为了克服速度跳变产生滑动,加入了神经动力学模型对控制器进行改进.以两驱动轮移动机器人为例,利用运动学自适应控制器设计出转矩控制器,有效解决了不确定非完整轮式移动机器人动力学系统的轨迹跟踪问题.仿真结果证明该方法的正确性和有效性.     

大型风电机组桨距角跟踪鲁棒自适应反演控制

针对具有很强非线性的风力机桨叶系统,利用动量矩定理,建立桨叶动力学数学模型,采用自适应反演控制,设计独立变桨鲁棒自适应桨距角跟踪控制器;该控制方法采用在实际控制量中,引入自适应鲁棒项,克服和消除不确定性对桨叶系统的影响;利用Matlab/Simulink软件,搭建风力机仿真平台,仿真结果验证了所提出控制方法的可行性和有效性;在桨叶系统参数不确定、受到未知不平衡载荷的情况下,经过自适应过程,设计的控制器较好地实现了风力机桨叶桨距角独立、快速跟踪各自期望的桨距角。     

Robust Backstepping Control Based on Integral Sliding Modes for Tracking of Quadrotors

Modern non-inertial robots are usually underactuated, such as fix or rotary wing Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), underwater or nautical robots, to name a few. Those systems are subject to complex aerodynamic or hydrodynamic forces which make the dynamic model more difficult, and typically are subject to bounded smooth time-varying disturbances. In these systems, it is preferred a formal control approach whose closed-loop system can predict an acceptable performance since deviations may produce instability and may lead to catastrophic results. Backstepping provides an intuitive solution since it solves underactuation iteratively through slaving the actuated subsystem so as to provide a virtual controller in order to stabilize the underactuated subsystem. However it requires a full knowledge of the plant and derivatives of the state, which it is prone to instability for any uncertainty; and although robust sliding mode has been proposed, discontinuities may be harmful for air- or water-borne nonlinear plants. In this paper, a novel robust backstepping-based controller that induces integral sliding modes is proposed for the Newton–Euler underactuated dynamic model of a quadrotor subject to smooth bounded disturbances, including wind gust and sideslip aerodynamics, as well as dissipative drag in position and orientation dynamics. The chattering-free sliding mode compensates for persistent or intermittent, and possible unmatched state dependant disturbances with reduced information of the dynamic model. Representative simulations are presented and discussed.     

基于Backstepping的倒立摆鲁棒跟踪控制

针对内部参数不确定及存在外部干扰的非线性倒立摆系统,提出了基于Backstepping方法的滑模变结构控制律,并且采用RBF神经网络逼近系统不确定非线性函数,同时引入滑模误差对其神经网络权值进行在线自适应调整,使神经网络的逼近速度加快,改善了动态性能.该控制律能保证倒立撰轨迹跟踪误差的快速收敛性以及对外部扰动和内部参数不确定的不敏感性,最后给出的仿真实例证明了该理论分析结果的正确性,控制效果良好.     

基于矩阵分解的多变量鲁棒自适应反推控制

针对含有输入未建模动态的一类MIMO系统,在高频增益矩阵的顺序主子式的符号已知的前提下,给出了多变量自适应反推控制器的设计.严格地证明了对一类未建模动态,闭环适应系统的所有信号都是全局一致有界的,且输出渐近收敛于零.     

Speed-assigned Position Tracking Control of SRM With Adaptive Backstepping Control

A novel speed-assigned method is applied to the position tracking control of switched reluctance motor (SRM). A speed control freedom can be drawn into the position control through speed assignment. Adaptive backstepping control is used to design the position controller for the SRM. The accuracy of position tracking of the SRM can be enhanced with speed assignment. A disturbance observer is further designed to enhance the estimation accuracy of the unknown load torque. Simulation results certify that the design scheme is right and effective.      

一种环境自适应控制的直流电机控制系统设计

针对智能家居、智慧农业等应用领域对直流电机的环境自适应控制需求,设计了一种基于单片机小系统(AT89C51)的环境自适应控制的直流电机控制系统;该系统由直流电机控制系统由限位开关、复位按钮模块、无线遥控模块、水滴感应模块、直流电机控制模块、蜂鸣器报警模块、光线检测模块和单片机最小系统模块等组成;可实现2种模式的直流电机控制模式,一是根据光线强度、雨滴等环境因素自适应控制直流电机正/反转,另一种是利用按键功能模块手动控制直流电机的正/反转;经测试发现,当环境的光照强度的感知幅度值在10～600 lx之间变化时,该控制系统能够按照设定值实现直流电机的自动控制或者手动控制;同时,通过水滴感应模块,判断雨滴的有无和大小,实现直流电机的自动控制或者手动控制;因此,该环境自适应控制的直流电机控制系统具有响应特性好、可靠性高、成本合理等优点,可广泛应用于智能家居、智慧农业等领域.     

Congestion Tracking Control for Wireless TCP/AQM Network Based on Adaptive Integral Backstepping

International Journal of Control, Automation and Systems - This paper extends the backstepping control strategy to wireless Transmission Control Protocol (TCP) network to solve the Active Queue...     

Adaptive Fuzzy Backstepping Tracking Control for Flexible Robotic Manipulator

In this paper, an adaptive fuzzy state feedback control method is proposed for the single-link robotic manipulator system. The considered system contains unknown nonlinear function and actuator saturation. Fuzzy logic systems (FLSs) and a smooth function are used to approximate the unknown nonlinearities and the actuator saturation, respectively. By combining the command-filter technique with the backstepping design algorithm, a novel adaptive fuzzy tracking backstepping control method is developed. It is proved that the adaptive fuzzy control scheme can guarantee that all the variables in the closed-loop system are bounded, and the system output can track the given reference signal as close as possible. Simulation results are provided to illustrate the effectiveness of the proposed approach.      

Robust Tracking Control of Helicopters Using Backstepping with Disturbance Observers

This paper addresses the robust and accurate trajectory tracking problem for unmanned helicopters in the presence of model uncertainties and external disturbances. First, the helicopter's model is simplified to a six‐degrees‐of‐freedom rigid body augmented with a simplified rotor dynamic model, with the model uncertainties and the external disturbances being treated as lumped unknown disturbances. Second, a nonlinear disturbance observer is designed to estimate this lumped disturbance. Then, a backstepping controller with disturbance compensation is designed to ensure robust and highly trajectory tracking. After that, the theoretical analysis of the efficiency of the designed disturbance observer‐based backstepping controller (Backstepping+DO) is shown by the Lyapunov theory. Finally, simulation results and conclusions are presented and discussed.