基于反演算法的严格反馈非线性系统固定时间跟踪控制

针对一类严格反馈非线性系统,研究固定时间跟踪控制问题.基于反演控制策略及Lyapunov稳定性理论,给出使系统全局固定时间稳定的充分条件和设计步骤.所提出的反演控制方案可以消除控制器存在的奇点问题,保证系统的跟踪误差在固定时间内收敛于原点的一个小邻域内,且收敛时间与系统的初始状态无关.最后,通过一个数值仿真示例验证了所提出设计方案的有效性.     

带有执行器故障的多水面船固定时间分布式滑模协同控制

针对未知环境干扰、未知执行器故障等多水面船协同控制问题,提出一种带有执行器故障的多水面船固定时间分布式滑模协同控制方法,可保证协同控制系统的全局固定时间的稳定性.首先,设计一种固定时间干扰观测器,用于估计集总扰动(包括未知环境扰动和未知执行器故障);其次,引入固定时间非奇异快速终端滑模面,可有效地消除系统的奇异性,改善系统的抖振;然后,提出一种基于固定时间非奇异快速终端滑模面和固定时间干扰观测器的分布式容错控制器,使得收敛时间上界与系统初始状态无关;最后,通过仿真实验验证所提出控制律的有效性.     

并联DC-DC变换器系统的固定时间分布式协同控制

针对负载为超级电容的并联DC-DC变换器系统,为了在固定时间内实现电流输出均衡目标,提出固定时间分布式协同控制方法.将耦合子系统之间的通信拓扑,利用无向图进行刻画.借助输入输出反馈线性化技术,将并联DC-DC变换器系统的电流均衡控制设计难题转化为固定时间内一阶多智能体系统的一致性跟踪问题.借助符号函数、拉普拉斯矩阵、牵制增益矩阵,基于最近邻原则,设计参数可调的固定时间电流均衡分布式协同控制律.利用李亚谱诺夫函数严格证明整个闭环系统的稳定性,并推导出收敛时间的上界.所提出的固定时间电流均衡分布式协同控制方法,可以克服有限时间协同控制方法对初始状态依赖性强的缺点,同时改善了系统的收敛性.借助仿真,验证了所提出方法的有效性和可行性.     

多航天器系统分布式固定时间输出反馈姿态协同跟踪控制

针对角速度信息不可测条件下的多航天器系统姿态协同跟踪控制问题,提出一种基于积分滑模的分布式固定时间姿态协同跟踪控制方法.基于bi-limit齐次性理论设计一种新型的固定时间收敛的积分滑模面.为估计出不可测的航天器信息,提出一种固定时间观测器,同时为减少航天器间的通信信息流,引入滑模估计器估计领航者的姿态信息.结合固定时...     

基于有限时间指令滤波的非线性系统固定时间预设性能控制

针对一类严格反馈非线性系统,提出一种基于有限时间指令滤波的自适应固定时间预设性能控制策略.首先,引用非线性映射技术及适当的误差变换,建立等效的误差模型;其次,综合利用反步法、固定时间控制和自适应控制等方法,设计一种基于有限时间指令滤波的预设性能跟踪控制器.该策略应用指令滤波器解决了反步法中对虚拟控制律反复求导问题,减轻了计算负担.此外,预设性能控制和固定时间控制保证了系统的跟踪误差能够在固定时间内收敛到预设性能函数限定的范围内,其收敛时间与系统初始条件无关,且确保系统中全部信号在有限时间均达到有界区域.理论分析与仿真验证均表明了所提出设计方法的有效性.     

Biologically Inspired Control Of A Fleet Of Uavs With Threat Evasion Strategy

In this paper, navigation algorithms for a fleet of multiple nonholonomic UAVs capable of evading a chasing predator and also pursuing a desired target are proposed. The proposed biologically‐inspired navigation algorithms are used to define path planning trajectories which are tracked by a designed backstepping tracking controller. We implement the group of nonholonomic UAVs in an adaptive network, specifically inspired by the relationship between a school of fish and a predator. This approach approximately simulates an air combat field. To put this in context, the aim is to use a biologically inspired algorithm along with a designed controller to achieve both target pursuance and effective evasion from a predator. This is equivalent to having multiple UAVs on the same mission of attacking a target, while also aware of a predator on pursuit. The UAVs aim to maneuver and evade the predator while also coordinating their movement and behaviors in a cooperative and coherent manner.     

An Optimal Control Strategy for Multi-UAVs Target Tracking and Cooperative Competition

An optimal control strategy of winner-take-all (WTA) model is proposed for target tracking and cooperative competition of multi-UAVs (unmanned aerial vehicles). In this model, firstly, based on the artificial potential field method, the artificial potential field function is improved and the fuzzy control decision is designed to realize the trajectory tracking of dynamic targets. Secondly, according to the finite-time convergence high-order differentiator, a double closed-loop UAV speed tracking the controller is designed to realize the speed control and tracking of the target tracking trajectory. Numerical simulation results show that the designed speed tracking controller has the advantages of fast tracking, high precision, strong stability and avoiding chattering. Finally, a cooperative competition scheme of multiple UAVs based on WTA is designed to find the minimum control energy from multiple UAVs and realize the optimal control strategy. Theoretical analysis and numerical simulation results show that the model has the fast convergence, high control accuracy, strong stability and good robustness.      

基于事件触发的AUVs固定时间编队控制

针对多自主水下航行器编队系统受限于有限的通信资源及收敛速度慢等问题, 提出一种基于事件触发的自主水下航行器固定时间领航?跟随编队控制方法. 首先, 将动态面控制算法与反步法结合, 消除“计算膨胀”问题; 其次, 为节约有限通信资源, 将事件触发通讯机制和固定时间理论引入多自主水下航行器编队控制中, 设计编队控制器, 实现编队系统的固定时间稳定, 且系统收敛时间与初始状态无关, 并通过理论证明无Zeno行为; 最后, 对4艘自主水下航行器的编队进行仿真实验, 验证算法的有效性.     

一类非线性系统模糊自适应固定时间量化反馈控制

研究了一类严格反馈不确定非线性系统的模糊自适应实际固定时间量化反馈控制问题. 基于李雅普诺夫有限时间稳定理论、自适应模糊控制理论及反演控制算法, 提出了一种非线性系统模糊自适应实际固定时间量化反馈跟踪控制方案. 所设计的控制方案能够保证闭环系统的输出跟踪误差在固定时间内收敛于原点的一个充分小邻域内, 且闭环系统内所有信号均有界. 最后, 数值示例验证了设计方案的有效性.     

基于径向基函数神经网络的移动机器人多变量固定时间编队控制

针对带多不确定性的一组非完整移动机器人的编队控制收敛问题,提出了基于径向基函数神经网络的移动机器人多变量固定时间领航者-跟随者编队控制算法.RBFNN补偿了系统所受的多不确定性,并消除了鲁棒控制的抖振现象.基于固定时间理论和Lyapunov方法进行了控制算法设计,使所提出的控制方法保证了编队控制系统中的所有信号全局固定时间收敛,在任意系统初始条件下,在通过参数设计的固定时间内,使机器人编队达到期望编队.仿真结果显示了所提出算法的有效性.     

Fixed-Time Stabilization of a Class of Strict-Feedback Nonlinear Systems via Dynamic Gain Feedback Control

This paper presents a novel fixed-time stabilization control(FSC) method for a class of strict-feedback nonlinear systems involving unmodelled system dynamics. The key feature of the proposed method is the design of two dynamic parameters.Specifically, a set of auxiliary variables is first introduced through state transformation. These variables combine the original system states and the two introduced dynamic parameters, facilitating the closed-loop system stability analyses. Then, the two dyna...     

基于观测优化的双机协同控制与避障

为实现不确定环境下无人机对远程超视距目标的精确指示,考虑空中移动和静止障碍物,提出基于观测优化的双机协同控制与避障算法,从而增加测量信息,减小目标状态估计的不确定度.以费舍尔信息矩阵(FIM)表征所获取的目标信息,理论推导出三维空间中双机最优观测的指标函数,并设计无人机协同控制律,得到优化的无人机观测航迹,增强无人机协...     

孤岛微电网的分布式固定时间二次协调控制

孤岛微电网的下垂控制策略会导致系统稳态的频率和电压偏离额定值.为此,提出一种分布式固定时间二次协调控制策略以实现系统频率和电压的恢复控制,并实现期望的有功功率分配.所提出的控制方法能在固定时间内完成二次控制目标,而不依赖于系统的初始状态.该优势使得根据任务需求来离线预设整定时间成为可能.同时,采用固定时间Lyapunov方法分析二次协调控制系统的稳定性.最后,通过Matlab/Simulink仿真实验验证分布式固定时间二次控制策略的有效性.     

事件触发下多智能体系统固定时间二分一致性

针对具有符号有向图的一阶多智能体系统,研究了其固定时间二分一致性问题。为降低控制过程中多智能体系统的能量损耗,提出了一种基于事件触发机制的分布式控制协议。以图论和李雅普诺夫理论为主要研究工具,给出了多智能体系统在所设计控制协议作用下实现固定时间二分一致性的充分条件和与系统初始状态无关的收敛时间上界,并证明了使用该协议可以有效避免对智能体的连续控制和Zeno行为的发生。数值算例验证了所得理论结果的有效性。     

Distributed observer-based fixed-time cooperative guidance law against maneuvering target

This paper presents a fixed-time cooperative guidance law for leader-following missiles, comprising one leader missile with the target seeker and several seeker-less follower missiles. The aim is to achieve a simultaneous attack on a maneuvering target at desired impact angles. First, a guidance law with impact angle control for the leader missile against a maneuvering target is proposed based on nonsingular fast terminal sliding mode (NFTSM) control algorithm. Then, the design of cooperative guidance law for the follower missiles is composed of two parts: along the follower-to-leader line of sight (LOS) direction, the guidance command derived from bi-homogeneous property is designed to ensure that the follower-leader ranges keep proportional consensus with the range-to-go of the leader missile, thus avoiding the estimation of time-to-go ( $$); in the normal follower-to-leader LOS direction, considering the relative impact angle constraints which is determined by the leader LOS angle, the guidance command is proposed based on predefined-time sliding mode control method. What's more, a distributed fixed-time observer is designed for the follower missiles to compensate for unobtainable leader missile information. The fixed-time stability of the proposed methods is demonstrated using the Lyapunov theory and bi-homogeneous property. Finally, simulation results confirm the effectiveness and superiority of the proposed fixed-time cooperative guidance law with leader-following strategy.     

Fixed-Time Lyapunov Criteria and State-Feedback Controller Design for Stochastic Nonlinear Systems

This paper investigates the fixed-time stability theorem and state-feedback controller design for stochastic nonlinear systems. We propose an improved fixed-time Lyapunov theorem with a more rigorous and reasonable proof procedure. In particular, an important corollary is obtained, which can give a less conservative upper-bound estimate of the settling time. Based on the backstepping technique and the addition of a power integrator method, a state-feedback controller is skillfully designed for a class of stochastic nonlinear systems. It is proved that the proposed controller can render the closed-loop system fixed-time stable in probability with the help of the proposed fixed-time stability criteria. Finally, the effectiveness of the proposed controller is demonstrated by simulation examples and comparisons.      

分布式多无人机的时变编队非线性控制设计

研究了基于分布式通信网络的多无人机时变编队控制问题,考虑到外界扰动对多无人机协同编队系统的影响,提出一种新的连续非线性鲁棒编队控制方法.首先基于一致性方法构造了分布式无人机编队误差系统,降低了编队控制器对全局编队信息的要求;然后采用一种基于误差符号函数积分的鲁棒控制算法补偿未知外界扰动的影响,提高了无人机编队系统的鲁棒性,并基于Lyapunov分析的方法,证明了多无人机编队误差的半全局渐进收敛性;最后在四旋翼无人机编队实验平台上进行了多无人机时变编队的实时实验验证,实验结果表明,所提出的分布式编队控制算法可以实现多无人机时变编队控制,且具有较好的协同性能和抗干扰能力.     

欠驱动无人船非奇异固定时间鲁棒包容控制

针对外界干扰下的欠驱动无人船包容控制问题,提出一种新型非奇异固定时间滑模控制策略.整个控制器设计过程分为运动学回路设计和动力学回路设计.在运动学回路设计中,利用图论知识和固定时间稳定性理论设计非奇异固定时间分布式虚拟控制律,使得所有跟随船在固定时间内收敛于领导船张成的凸包内;在动力学回路设计中,为实现对虚拟控制律的跟踪控制,利用固定时间滑模控制法设计鲁棒包容控制律.最后,证明系统跟踪误差在固定时间收敛于平衡点,且与船舶的初始状态无关.仿真结果验证了所提出控制策略的有效性.     

固定翼无人机密集编队极速穿越策略研究

针对固定翼无人机密集编队穿越门框的任务场景,提出系统编队穿越方案.首先,根据机载相机测量信息,提出基于视线角的制导策略,能够快速调整机头指向对准门框;其次,为了提高成功穿越的可靠性以及解决视线遮挡问题,提出基于门框位置解算的协同制导策略;然后,针对复赛存在导航干扰情况,在水平方向上设计基于特征点测量的惯性导航算法,在垂直方向采用基于微分滤波的气压高度和升降率提取方法,并且利用视线角穿越门框,设计基于距离控制的编队控制律;最后,设计相应的固定翼无人机系统,并以7机编队的形式参加了2021年“无人争锋”极速穿越比赛,参赛结果验证了所提出极速穿越方法的有效性.     

基于事件触发二阶多智能体系统的固定时间比例一致性

研究了在无向拓扑下,由多个子群组成的二阶多智能体系统的固定时间比例一致性问题,采用反推法设计了一种基于事件触发的固定时间非线性比例一致控制策略,该策略包含分段式事件触发函数:当智能体在追踪虚拟速度时,给出了基于速度信息的触发条件;当智能体速度与虚拟速度达到一致时,切换至基于位置信息的触发条件,可有效减少系统能量耗散及控...