基于扰动观测器补偿的机械臂非奇异快速终端滑模控制

针对机械臂系统在实际应用中存在的建模误差及未知扰动问题, 设计了一种基于扰动观测器的改进型非 奇异快速终端滑模控制策略. 通过扰动观测器准确估计系统存在的总扰动, 并设计恰当的非线性增益函数使扰动观 测误差指数收敛, 实现了对控制器的前馈补偿. 考虑到终端滑模存在的奇异性问题, 结合扰动观测器设计了非奇异 快速终端滑模控制器, 在保证跟踪误差有限时间收敛的同时抑制了滑模控制固有的抖振现象. 同时在控制器设计过 程中, 用fal函数代替sig函数有利于削弱滑模控制抖振, 提高系统稳定性及跟踪精度. 最后, 利用MATLAB软件进行 实验仿真, 验证了所设计控制器的有效性.     

基于扩张状态观测器的四旋翼无人机快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制

针对受多源干扰影响的四旋翼无人机系统的轨迹跟踪控制问题进行研究,充分考虑位置回路和姿态回路动态特性,提出一种全回路复合快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制方案.首先,通过变换将轨迹跟踪问题转化为位置回路和姿态回路的指令跟踪控制问题;然后,将各通道之间的耦合以及多源干扰影响视作集总干扰,并基于扩张状态观测器对其进行估计;接着,基于干扰估计信息和快速非奇异终端滑模控制算法,分别在位置回路和姿态回路构造复合快速非奇异终端滑模控制器;最后,基于位置回路和姿态回路虚拟控制量解得无人机真实控制量旋翼转速.仿真结果表明,所提出控制方案显著提升了四旋翼无人机轨迹跟踪的响应速度和抗干扰性能.     

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.     

新型有限时间收敛滑模扩张状态观测器研究

针对一类具有量测噪声的非线性不确定系统,设计了基于新型滑模扩张状态观测器的Terminal滑模控制方案．首先对系统进行两次状态扩张,然后设计一种新型滑模扩张状态观测器,通过采用特殊的滑模面保证观测误差在有限时间内收敛到零．在此基础上,设计Terminal滑模控制器,使系统状态也能在有限时间内收敛到零．严格的理论证明和仿真结果均证明了所设计新型滑模观测器及闭环控制方案的有效性和快速性．     

基于扩张状态观测器的改进型积分滑模结构设计

为了提高永磁同步电机(PMSM)速度环控制性能,在积分滑模的基础上进一步消除的抖动问题,提高速度控制的稳定性及负载抗性.使用扩张状态观测器将负载及其干扰扩张为状态变量,将扩张状态补偿到控制量中,从而提高系统的静态特性.同时对积分状态变量环节中引入比例状态变量,加快积分滑模的反应时间,提高控制系统的动态特性.最后进行仿真...     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机滑模控制

针对永磁同步电机对外部负载扰动和参数变化比较敏感的控制问题,研究了一种基于扩张状态观测器和趋近律的滑模控制方法.该方法首先对扩张状态观测器进行了设计,然后分别建立了基于扩张状态观测器和趋近律的滑模控制,并用双极S型函数代替符号函数用以削弱滑模抖振,最后对稳定性进行了证明.仿真结果表明:设计的控制方法不仅具有很强的鲁棒性和强抗干扰能力,而且响应速度快,控制精度高.     

基于扩张状态观测器的UCAV自适应滑模控制

针对固定翼UCAV（Unmanned Combat Aerial Vehicle）系统中存在的不确定性和外部扰动，设计了一种基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器用来抑制系统扰动，从而提高对于UCAV的控制性能。建立固定翼UCAV的六自由度非线性模型，针对姿态控制和速度控制分别设计扩张状态观测器对模型中难以精确测量的状态量和外部扰动进行估计，依据奇异摄动原理分别对姿态和速度设计自适应超扭曲滑模控制器，实现对UCAV的姿态和速度的跟踪控制。采用某型固定翼UCAV非线性模型对所设计的控制器进行仿真验证，并且与传统的自抗扰滑模控制方法进行了对比，仿真结果表明，基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器具有更小的超调量和稳态误差。     

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.     

Linear extended state observer based sliding mode disturbance decoupling control for nonlinear multivariable systems with uncertainty

In this paper, the sliding mode dynamic disturbance decoupling tracking control method based on the linear extended state observer (LESO) is proposed for a class of square multivariable nonlinear uncertain system. The model plant contains the known linear dynamics, the unknown nonlinear dynamics and the internal and external disturbances, and the various input-output pairs are interacted. The system states are not available for measurement. An improved LESO is developed. The leading feature which is different from the typical ESO lies in that its extended state does not contain the known linear dynamics. The improved LESO can guarantee the error variables to be uniformly ultimately bounded with respect to a ball whose radius is a function of design parameters. So this ball radius can be arbitrarily as small as desired by tuning design parameters. And we give a simple method by which the gain parameters of LESO can be computed easily. This estimation to the total disturbance of the original system is introduced into the sliding mode control design to complete disturbance rejection and decoupling. Rigorous stability analysis shows that the system output can track the desired signal closely. Finally, a class of mass–spring–damper system is taken to make the numerical simulation analysis to illustrate the effectiveness of the proposed control method.     

基于ESO 的复合滑模面非奇异terminal 滑模控制

针对传统非奇异terminal 滑模控制存在的收敛缓慢和控制输入抖振的问题, 提出采用复合滑模面函数和扩张状态观测器的控制器设计方法. 首先, 结合复合滑模面, 采用分阶段控制律提高系统收敛速度; 然后, 在此基础上使用扩张状态观测器在线估计并补偿系统的不确定量, 以有效削弱系统未建模动力学导致的抖振; 最后, 分别证明了以上两种方法的有限时间收敛特性. 仿真结果验证了所提出方法的有效性, 体现了系统的快速收敛和强鲁棒性等特点.     

Nonsingular terminal sliding mode based finite-time control for spacecraft attitude tracking

This paper studies finite-time attitude tracking control problem of a rigid spacecraft system with external disturbances and inertia uncertainties. Firstly, a new finite-time attitude tracking control law is designed using nonsingular terminal sliding mode concepts. In the absence and presence of external disturbances and inertia uncertainties, this controller can drive the attitude and angular velocity tracking errors to reach zero in finite time. Secondly, a finite-time disturbance observer is introduced to estimate the disturbance, and a composite controller is developed which consists of a feedback control based on nonsingular terminal sliding mode method and compensation term based on finite-time disturbance observer. Finite-time convergence of attitude tracking errors and the stability of the closed-loop system is ensured by the Lyapunov approach. Numerical simulations on attitude control of spacecraft are also given to demonstrate the performance of the proposed controllers.     

基于扩张状态观测器和反步滑模法的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

为了解决欠驱动四旋翼无人机（UAV）在实际飞行中存在的外界干扰问题,同时提高在系统参数摄动情况下的精确轨迹跟踪效果,设计了一种基于扩张状态观测器（ESO）和积分型反步滑模算法的飞行控制策略。首先,根据系统的半耦合特性和严反馈结构特点,采用反步法设计姿态内环和位置外环控制器;然后,将抗干扰能力较强的滑模控制融入其中,使得系统的鲁棒性得到增强;接着,为了减小系统的稳态误差,引入积分环节;最后,利用ESO实时估算出系统的内、外总扰动并对控制量进行补偿。通过Lyapunov稳定判据,可以说明该系统是一个全局渐进稳定的系统,并通过仿真分析验证了所提控制方法的有效性和鲁棒性。     

Nonsingular fast terminal sliding‐mode control for nonlinear dynamical systems

This paper investigates fast finite‐time control of nonlinear dynamics using terminal sliding‐mode (TSM) scheme. Some new norms of fast TSM strategies are proposed, and a faster convergence rate is established in comparison with the conventional fast TSM. A novel concept of nonsingular fast TSM, which is able to avoid the possible singularity during the control phase, is adopted in the robust high‐precision control of uncertain nonlinear systems. Numerical simulation on a two‐link rigid robot manipulator demonstrates the effectiveness of the proposed algorithm. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

一类3阶非线性系统的非奇异终端滑模控制

针对传统非奇异终端滑模控制方法不适用于3阶系统的问题,提出一类具有不确定和外干扰的3阶非线性系统的新型非奇异终端滑模控制方法.该方案首先结合backstepping控制中的动态面方法和传统2阶非奇异终端滑模控制构造非奇异3阶终端滑模面,首次提出采用高阶滑模微分器估计值代替控制器中的负指数项.采用非线性干扰观测器任意精度地估计不确定和干扰,设计控制器中的补偿项.采用终端吸引子函数做趋近律避免抖振的同时能保证有限时间趋近滑模面.基于有限时间稳定李雅普诺夫定理证明了被控状态将在有限时间内收敛到任意小的闭球内.所提出方案快于传统的递阶线性滑模控制和其他非奇异终端滑模控制.仿真中与其他滑模控制方案对比,总误差减小18%以上,超调及收敛时间也显著下降.     

基于神经网络观测器的反推终端滑模位置控制

为了提高永磁直线同步电机(PMLSM)的位置跟踪精度,本文提出了一种基于神经网络自适应观测器的反推终端滑模控制(TSMC)方法.首先,建立PMLSM的动力学模型.然后,利用RBF神经网络的万能逼近特性去逼近系统中不确定性,并将逼近后的输出信号输入给自适应观测器进行跟踪目标位置和速度的估计,补偿由不确定性所导致的跟踪误差,进而获得高精度的跟踪性能.同时反推TSMC方法能够保证系统状态在有限时间内收敛,有效改善了系统响应速度和鲁棒性能.此外,设计出一种新型饱和函数来改善系统抖振,并利用Lyapunov稳定性定理进行了闭环系统稳定性分析.最后,通过空载和负载实验证实了该控制方案的有效性.     

基于扩张状态观测器的SPMSM调速系统的滑模变结构反步控制

基于面贴式永磁同步电机(SPMSM)的数学模型,提出了反步控制与滑模变结构方法相结合的控制策略,增强了控制器的快速响应性和对外界扰动的抑制能力,滑模面中的积分作用可保证给定速度的无静差跟踪;同时设计了扩张状态观测器(ESO)以实时估计控制系统的外界负载扰动,及时调整控制量,有效减小滑模变结构中的趋近率参数.理论分析及仿真结果验证了该控制方法的有效性.     

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.