有限时间收敛的Terminal滑模控制设计

讨论了一类SISO非线性系统的滑模变结构控制有限时间收敛问题,提出一种新的Terminal滑动模态及相应控制的设计方法,可用于带有外部扰动的二阶非线性系统。研究结果表明,系统状态在滑模面上能以较快的速度达到平衡点,在滑模面上到达平衡点的时间均是有限的,并且与普通的Terminal滑模相比,在滑模面上能以更短的时间到达平衡点。仿真结果表明了所提方法的有效性。     

快速收敛的机器人滑模变结构控制

针对滑模变结构控制的收敛速度问题,提出了一种新的非线性滑模面．系统到达该滑模面上任一位置 后,都能够以高于线性滑模和终端滑模的速度收敛到平衡点．同时,提出了一种新的双幂次趋近律,使得系统状态 在趋近滑模面的全过程中,也能够拥有较高的速度,并消除了传统滑模变结构控制所固有的抖振．最后将该方法用 于仿真机器人的路径跟踪控制,结果表明,系统具有较强的鲁棒性和较快的收敛速度,验证了该方案的有效性．     

一种改进指数趋近律单向辅助面滑模控制

针对连续非线性系统,结合指数趋近律,采用一种改进指数趋近律的单向辅助面滑模控制方法。首先依据给定的连续非线性系统和状态约束,设计基于指数趋近律的单向辅助面滑模控制器,在此基础上,引入了改进指数趋近律单向辅助面滑模控制器,并给出有限时间收敛的理论证明和收敛时间计算公式。最后通过仿真验证了改进的指数趋近律单向辅助面滑模控制方法具有更快的收敛速度和更有效的抖振抑制能力。     

不确定非线性系统的自适应反演终端滑模控制

针对一类参数严格反馈型不确定非线性系统, 本文提出一种自适应反演终端滑模控制方法. 反演控制的前n-1步结合自适应律估计系统的未知参数, 第n步采用非奇异终端滑模, 使系统最后一个状态有限时间内收敛.利用微分估计器获得误差系统状态的导数, 并设计了高阶滑模控制律, 去除控制抖振, 使系统对于匹配和非匹配不确定性均具有鲁棒性. 同自适应反演线性滑模方法相比, 所提方法提高了系统的收敛速度和稳态跟踪精度, 并且控制信号更加平滑. 仿真结果验证了该方法的有效性.     

连续非线性系统的滑模鲁棒正不变集控制

针对一类具有控制和状态有界约束的连续非线性系统, 提出了一种基于单向辅助面滑模控制的正不变集设计方法. 该方法通过将约束条件引入单向辅助面的设计中, 利用单向辅助面构造系统状态的正不变集, 以保证系统状态和控制输入在整个过程中都能满足约束条件. 同时, 滑模控制器设计不再受到切换面的限制, 一些不稳定的超平面也可以作为单向辅助面以设计控制器. 随后给出该方法的稳定性分析以及正不变集的理论证明, 并且通过仿真验证了设计方法的有效性.     

基于高阶观测器和干扰补偿控制的模型预测控制方法

针对状态不可测、外部干扰未知, 并且状态和输入受限的离散时间线性系统, 将高阶观测器、干扰补偿控制与标准模型预测控制(Model predictive control, MPC)相结合, 提出了一种新的MPC方法. 首先利用高阶观测器同步观测未知状态和干扰, 使得观测误差一致有界收敛;然后基于该干扰估计值设计新的干扰补偿控制方法, 并将该方法与基于状态估计的标准MPC相结合, 实现上述系统的优化控制. 所提出的MPC方法克服了利用现有MPC方法求解具有外部干扰和状态约束的优化控制问题时存在无可行解的局限, 能够保证系统状态在每一时刻都满足约束条件, 并且使系统的输出响应接近采用标准MPC方法控制线性标称系统时得到的输出响应. 最后, 将所提控制方法应用到船舶航向控制系统中, 仿真结果表明了所提方法的有效性和优越性.     

有限时间快速收敛滑模变结构控制

讨论了一类非线性系统的滑模变结构控制有限时间收敛问题.提出了一种新的收敛滑模超曲面及相应控制方案.研究结果表明,系统状态变量能以较快的收敛速度在有限时间内进入各级滑模超曲面最终到达平衡点,并具有良好的动态性能.最后仿真结果验证了该方案的有效性.     

快速二阶终端滑模控制及其在下肢外骨骼的应用

为了提高传统二阶终端滑模控制的全局收敛性,提出一种快速二阶终端滑模控制算法.设计一种二阶趋近律,将绝对值函数隐藏在积分项里,并增加线性项以提高全局收敛性.当系统状态未到达滑模面时,采用二阶趋近律,并通过调整参数避免奇异问题;当系统状态到达滑模面时,采用不含不连续符号项的指数趋近律,以保证控制误差有限时间收敛.采用Lyapunov直接法证明快速二阶终端滑模控制算法的稳定性,及其比super twisting算法具有更优良的收敛特性.以下肢外骨骼为研究对象,建立动力学模型.在考虑建模误差和外部干扰的情况下,将该算法应用于下肢外骨骼的姿态控制.仿真结果表明,所提出的控制算法能够有效抑制抖振,并且比super twisting算法具有更良好的跟踪性能,验证了该算法的有效性.     

移动机器人向目标点运动的变增益控制方法

针对控制量受限的移动机器人，研究其向目标点运动的控制问题，提出了移动机器人有效控制的概念，并采用交增益控制方法，使系统的状态单调收敛，最终到达目标点．该方法可有效避免系统收敛于极限环上的情况，仿真结果验证了交增益控制器的有效性。     

具有量化输入和边界扰动的柔性臂边界振动滑模控制

本文针对量化输入和有界扰动下柔性臂系统的振动抑制和边界滑模控制器设计问题开展研究. 柔性臂的动态特性由偏微分方程表示的分布参数模型描述. 对于具有未知有界干扰的柔性臂系统, 其主要控制目标是减小干扰的影响, 使柔性臂到达期望角度并同时抑制系统的振动. 首先, 利用边界输出信号构造滑模函数和滑模面. 其次, 结合所构造的滑模面, 设计一种边界滑模控制器, 并利用算子半群理论证明了闭环系统的适定性. 所提出的边界滑模控制策略保证了系统状态能够在有限时间内到达滑模面, 并且系统状态在滑模面上是指数收敛的. 最后, 通过物理实验验证了所提出控制策略的有效性.     

自行车机器人系统的稳定滑模控制

基于拉格朗日方法建立自行车机器人动力学模型,针对自行车机器人这一非线性欠驱动系统,利用稳定滑模控制算法实现系统的稳定.该方法首先从各个子系统中取出一个变量组合成一个中间变量;然后从该中间变量出发构造滑模函数,从滑模控制器设计的角度求取控制量,保证中间变量在有限时间内收敛到平衡点,从而保证系统状态收敛到收敛域内.该方法能够保证自行车机器人系统的稳定性,并在仿真实验中得到了验证.     

永磁同步电机伺服系统模糊分数阶滑模控制

针对传统整数阶滑模控制系统中的抖震问题,结合分数阶理论、模糊逻辑推理和滑模控制技术的优点,提出了模糊分数阶滑模控制策略.将传统滑模控制器中的整数阶切换面推广到分数阶并设计了全控制域滑模面,保证系统在整个控制域都具有较强的鲁棒性.采用模糊逻辑推理算法,实现了开关切换增益的自整定.仿真和实验验证了模糊分数阶滑模控制系统不但能有效地削减抖震,而且能保持滑模控制器对系统外部扰动的全局鲁棒性.     

一种连续非奇异快速终端滑模控制方法

为解决现有终端滑模控制算法在收敛速度和抖振方面的问题, 提出一种连续非奇异快速终端滑模控制方法. 采用变系数双幂次趋近率和非奇异快速终端滑模面相结合的设计方式, 提高系统状态在趋近和滑动阶段的收敛速度. 通过Lyapunov 稳定性方法证明所提出的控制率可使得状态轨迹在扰动存在的情况下, 在有限时间内快速收敛到一个区域. 与传统方法相比, 所提出的控制率是连续的, 因此抑制了抖振, 拥有更高的控制精度. 将所提出的方法应用于光电稳定平台, 仿真结果验证了算法的有效性.

     

一类带有变时滞的广义切换系统的滑模控制

研究一类具有非匹配不确定性和变时滞的广义切换系统的滑模控制问题.首先,基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)技术,针对每个子系统设计对应的积分型滑模面,给出了每个滑动模态方程鲁棒渐近稳定的充分条件;然后,设计了滑模控制器及切换规则,使得闭环系统的状态能够到达滑模面上,产生滑动模态;最后以仿真实例说明了所提出方法的有效性.     

一类非线性系统准滑模控制的稳态误差分析

针对一类具有未知控制增益的不确定非线性系统准滑模跟踪控制,通过分析跟踪误差和滑模变量之间的关系,利用有界输入有界输出稳定的思想,分别推导了采用Slotine形式的传统滑模面和传统积分滑模面时系统的稳态跟踪误差的界.将其与现有的几种方法进行比较,该方法求得的稳态跟踪误差界更精确.根据给定的稳态跟踪误差要求,可设计出适合抑制抖振的饱和函数.通过仿真算例验证了所提出方法的有效性.     

基于滑模控制的单域电力系统负荷频率控制

针对一类包含非匹配参数不确定和负荷干扰的电力系统,提出一种负荷频率滑模控制器的设计方法.所设计的积分型切换面有效地改善了系统到达阶段的动态性能,提高了系统的鲁棒性;基于趋近律方法设计了滑模控制器,以保证系统运动轨线在有限时间内到达滑动模态;给出了单区域电力系统仿真模型,分别考虑了不同参数不确定条件下的仿真问题.仿真结果表明了所设计的控制器的有效性和鲁棒性.     

基于双幂次趋近律的滑模控制方法

针对滑模控制中传统趋近律存在抖振、收敛速度慢的问题, 提出一种基于特定双幂次趋近律的滑模控制方案. 双幂次趋近律具有全局快速的固定时间收敛特性, 收敛时间存在与滑模初值无关的上界. 当系统存在有界集总扰动时, 双幂次趋近律能使滑模及其一阶导数在有限时间收敛到稳态误差界内. 仿真分析验证了所提出方法的有效性.

     

含有参数化和非参数化不确定性系统重复学习控制

针对含有参数化和非参数化的高阶非线性系统,设计了一种重复学习控制方案.假设未知时变参数和参考信号的共同周期是已知的,通过参数重组技巧,将所有未知时变项合并为一个周期时变向量.将改进Backstepping方法与分段积分机制相结合,构造了微分-差分参数自适应律和重复学习控制律,使跟踪误差在误差平方范数意义下渐近收敛于零.利用Lyapunov泛函,给出了闭环系统收敛的充分条件.仿真结果验证了该方法的有效性.     

带ESO 的自适应滑模调节的SPMSM自抗扰-无源控制

设计了一种新颖的由非线性综合控制方法实现的表面式永磁同步电机调速系统.首先构造了基于扩张状态观测器(ESO)的自适应滑模速度调节器,采用ESO估计系统的部分扰动项并进行前馈补偿,参数的不确定项由新的自适应控制律估计得到;然后设计了自抗扰-无源电流调节器,简化了控制器的设计,在稳定性的基础上增强了鲁棒性和快速性.仿真结果表明,该方法对负载的自适应性、抗扰动性和鲁棒性均较强,系统具有优良的动、静态性能.     

融合沿墙行为的多移动机器人有序化多模态群集运动控制

一类基于势场原理的群集控制理论正逐步应用于多agent(智能体)/机器人稳定协同运动中.针对群集运动系统在非规则障碍物环境中运行时易出现的局部极小问题,引入基于行为的机器人学理念,构成多移动机器人多模态群集控制系统.在此框架内,仿生的动物沿端行为与有序化群集运动控制策略相融合,实现了多移动机器人系统快速聚合行为与高效避障行为的统一.移动机器人仿真实验验证了该方法的有效性.