一类碟式飞行器的线性-自适应Terminal滑模混合控制

提出了一种新的线性-自适应Terminal滑模混合控制,把线性状态反馈控制和自适应Terminal滑模控制结合在一起.Terminal滑模控制能够使误差在有限时间内快速收敛到零.在介绍Terminal滑模概念和自适应Terminal滑模方法的基础上,设计了基于质量控制的飞碟的相应控制器.基于质量控制的飞碟是一个多输入多输出的高阶非线性系统.本文的方法保证了输出跟踪误差在有限时间内快速收敛到零,并且有比传统滑模控制更好的动态性能,最后仿真说明了本方法的有效性.     

模糊Terminal滑模变结构控制

普通的Terminal滑模控制器当误差较大时收敛的速度较慢,文中提出了一种新的Terminal模糊滑模控制方法.使其既具有普通Terminal滑模控制的优点,即保证了输出跟踪误差在有限时间内收敛到零,使系统的动态性能优于普通滑模中的性能;又使系统具有快速响应的特性,而且具有较好的鲁棒性.仿真结果表明,使用Terminal模糊滑模控制器控制十字梁实验系统是可行的.     

一种Terminal滑模制导规律研究

为拦截高速、大机动目标,建立了纵向平面内的拦截器-目标非线性相对运动学模型,基于Terminal滑模控制中滑模面上的跟踪误差能够在有限时间内收敛到0的思想,设计了纵向平面内的Terminal滑模制导律,并结合Lyapunov稳定性理论对其稳定性进行了证明推导;将继电特性连续化的方法引入到制导律设计中,实现了准滑动模态控制.仿真表明,所设计制导律能使视线角速率在有限时间内收敛到0.该制导律符合动能拦截器可用过载小、燃料受限、对脱靶量要求高等要求,具有一定的工程应用价值.     

有限时间收敛的引信滚转角控制方法

针对目前二维弹道修正引信滚转角控制方法中存在的气动力矩难以精确计算，精度过于依赖建模准确度，抗干扰能力差的问题，提出一种有限时间收敛的引信滚转角控制方法。该方法基于滑模变结构的理论，利用系统有限时间收敛的概念，选取合适的切换平面以及有限时间收敛的趋近律，使滚转角速率在有限时间内快速收敛到零，并控制翼面滚转角收敛到期望的滚转角。通过对算法的有限时间稳定性分析与仿真验证表明，对于二维弹道修正引信的滚转角控制系统，设计的算法同时满足对滚转角的精确控制和滚转角速度的快速响应，系统的快速性和鲁棒性均有所提升。     

基于NTSM的自适应最优滑模末制导律设计

针对基于线性滑模面的最优末制导律存在的视线角误差和角速率误差渐近收敛、鲁棒性较弱等不足,提出一种基于非奇异终端滑模(nonsingular terminal sliding mode,NTSM)的最优滑模末制导律。算法基于改进的非线性滑模面以解决普通Terminal滑模因参数选择不当出现的奇异问题,实现误差矢量的有限时间收敛。飞行器在该末制导律导引下,视线角误差及角速度误差快速收敛,从而保证飞行器具有较高的命中精度并满足约束条件要求。仿真结果表明该制导律的适用性及较强鲁棒性。     

基于有限时间小超调预设性能控制的三维滑模末制导律设计

为了实现对高速机动目标的特定攻击角拦截,本文结合控制领域的新型控制方法——有限时间小超调预设性能控制设计了新型三维滑模末制导律。为了确保视线角和视线角速率能够在有限时间内收敛至期望值,通过视线角偏差和视线角速率偏差构建了线性滑模面;在趋近律设计上,基于有限时间小超调预设性能控制分别设计了视线偏航平面和视线俯仰平面的制导指令,保证跟踪误差可以按预设的收敛时间收敛,并且超调量约束在较小范围内,同时引入非线性有限时间观测器对制导指令中包含的目标加速度项进行估计,进一步提高了制导精度。通过仿真可知,本文制导律可以实现不同拦截条件下对目标的特定攻击角拦截,与现有的快速终端滑模制导律相比,可以保证滑模变量在有限时间内小超调收敛,同时实现特定角度打击,拦截机动目标时脱靶量可以控制在1 m以下,提升了系统的稳态性能和瞬态性能。     

基于滑模观测信息的电动舵机自适应终端滑模控制

针对电动舵机控制中参数和负载的不确定性,设计自适应终端滑模控制器,利用滑模观测信息构造自适应律,对不确定参数进行估计,具有与复合自适应律相似的参数估计特性,但不需要系统状态的导数,理论上证明了系统的稳定性和输出误差的有限时间收敛.最后通过仿真证明了该方法的有效性.     

基于摩擦补偿的链式弹仓自适应滑模控制

针对链式弹仓精确到位控制中出现抖振与收敛速度慢等问题,提出了一种基于摩擦补偿的自适应非线性滑模控制(ANLSMC)方法。该控制方法引入LuGre动态摩擦模型用于补偿弹仓模型,使得弹仓模型更加贴近于真实工作环境。将传统线性滑模函数改进为非线性滑模函数,与自适应算法相结合,提高了系统鲁棒性,加快收敛速度,有效削减抖振。根据仿真结果表明,提出的摩擦补偿的自适应非线性滑模控制(ANLSMC)方法使弹仓跟踪轨迹误差减小,相比于线性滑模自适应控制方法其有效削减抖振,具有较快的收敛速度。     

临近空间高超声速飞行器自适应反演滑模控制

针对飞行器非线性动力学系统中存在的高度非线性、多变量耦合及参数不确定等特点,基于反演思想和滑模变结构控制方法,提出了一种飞行器自适应反演滑模控制器设计方法。该方法在反演设计的每一步都采用自适应滑模控制对各种不确定项及外界干扰进行补偿,避免了累积误差,实现对制导指令的鲁棒输出跟踪,并证明了跟踪误差收敛于原点附近任意小邻域。仿真结果验证了该方法满足跟踪性能要求。     

基于ATSMC的破障武器随动系统控制研究

针对电动缸驱动的车载破障武器随动系统控制问题,提出了一种基于指数收敛的干扰观测器和反正切滑模控制器的方法。研究了电动缸传动时系统具有的非线性增益,推导了电动缸机构的变传动比和变负载力矩的公式。为了对随动系统进行位置和速度控制,根据多项式Terminal滑模控制器的思想,采用等效趋近律的方法,设计了反正切Terminal滑模控制器(ATSMC),其具有全局鲁棒性和有限时间可达的能力;为了对系统内部的不确定性和外部扰动进行观测和补偿,设计了一种基于指数收敛的干扰观测器。对控制系统进行仿真,结果表明,ATSMC具有更好的鲁棒性,提高了随动系统控制精度,缩短了响应时间;基于指数收敛的干扰观测器能较好地补偿系统运行中产生的各种扰动,降低了系统稳态误差。     

带落角约束的有限时间收敛末制导律研究

针对导弹末制导过程中的终端落角约束的问题,基于滑模控制和有限时间控制理论,设计了一种有限时间收敛末制导律。利用终端滑模控制中滑模面上的跟踪误差能够有限时间收敛到0的特点,选取终端滑模面,引入落角约束项,采用有限时间稳定性理论对导引律的有限时间收敛特性进行了证明,并给出了收敛时间的数学表达式。将该末制导律与其他2种带落角约束的导引律进行了对比仿真。结果表明,利用该制导律,制导武器能以更高的命中精度和更小的落角偏差命中目标。     

高超声速飞行器的动态滑模飞行控制器设计

基于高超声速航空飞行器的纵向动力学,提出了一种基于动态滑模原理的飞行控制器。在将模型进行输入/输出线性化的基础上,构造辅助的滑模变量,求取了滑模控制量,实现了动态滑模控制的两阶段收敛。证明了传统滑模面以及辅助滑模面有限时间内的收敛特性,并给出了控制器参数所满足的条件。该方法对不连续的控制量输出加以积分作用,有效地降低了普通滑模控制器的抖振现象。在33 528 m高度和马赫数15的平稳巡航条件下的仿真研究表明：与普通滑模控制器相比,动态滑模有效降低了抖振,并且对参数不确定模型具有更好的鲁棒性。     

系统收敛时间和攻击角度控制的滑模导引律

针对打击机动目标带攻击角度约束的导引律设计问题,采用滑模控制理论、任意收敛时间控制方法和干扰观测器,设计了一种攻击角度和收敛时间控制的导引律。根据弹目相对运动关系,将目标机动和建模误差等视为干扰,构建了考虑攻击角度约束的制导系统状态方程。分析了任意收敛时间控制方法在干扰情况下的性能,采用滑模控制和干扰观测器对任意收敛时间控制方法进行改进,提升鲁棒性。将该方法用于滑模面和趋近律设计中,采用干扰观测器对系统扰动进行估计,基于滑模控制理论,结合制导控制系统状态方程,推导出了收敛时间和攻击角度可控的滑模导引律。相比有限时间收敛导引律,该导引律的收敛时间和攻击角度可直接设定,无需根据制导参数计算。设置不同的目标机动方式以及不同的攻击角度和收敛时间,进行了多场景的数值仿真。结果表明,所提导引律能够有效实现攻击角度和收敛时间控制,并精确命中目标,同时相比现有导引律其制导性能更佳。     

带视线角约束的多导弹有限时间协同制导律

针对多导弹在平面内从各自期望方向同时击中机动目标的问题,提出了一种带视线角约束且能打击机动目标的有限时间协同制导律。基于平面内的导弹-目标相对运动方程建立了考虑视线角约束的多导弹协同制导模型;在视线方向基于多智能体协同控制理论和积分滑模控制理论设计了多导弹分布式有限时间协同制导律,以保证所有导弹打击时刻有限时间趋于一致;在视线法向方向采用非线性干扰观测器对目标加速度在有限时间内进行估计,并基于有限时间滑模控制理论设计了带视线角约束的制导律,以保证导弹击中机动目标且其视线角有限时间内收敛到期望值。通过仿真验证了所设计的协同制导律可使多导弹从各自期望方向同时击中机动目标。     

基于模糊逻辑的自适应全局Terminal滑模控制

针对一类不确定非线性系统，分为已知名义模型和不确定模型两部分，考虑不确定因素的上界已知和未知两种情况，设计一种全局Terminal滑模和基于模糊逻辑的自适应全局Terminal滑模控制器，使得系统能够很好地跟踪参考输入，并且滑模控制的抖振在使用模糊系统逼近不确定参数上界时有所减弱，系统具有滑模控制所具有的鲁棒性。最后的仿真证明了理论分析的正确性。     

多约束条件下导弹制导控制一体化设计

为增大导弹战斗部毁伤效能,同时保证结构安全和飞行稳定性,基于固定时间稳定性理论和反演滑模控制,提出了一种考虑攻击角度约束、状态约束和控制受限的多约束制导控制一体化设计方法。在纵向平面内构建了带攻击角度约束的制导控制一体化设计模型,将目标机动、系统扰动、建模误差等看作未知有界干扰,采用固定时间收敛的滑模干扰观测器估计和补偿干扰。构建了严格固定时间收敛的非奇异终端滑模面,解决攻击角度约束问题。利用二阶指令滤波器约束系统状态和控制指令,构建一种辅助系统补偿滤波器跟踪误差。利用李雅普诺夫稳定性理论,严格证明了闭环系统的固定时间收敛特性。最后,通过对比仿真验证了所提制导控制一体化算法的有效性和优越性。     

基于滑模自适应的飞行器鲁棒姿态控制

针对一类不确定非线性系统,基于李亚普诺夫稳定性理论提出了滑模自适应算法。算法的核心为：将系统分为标称模型和包含建模误差、参数变化、干扰及未建模动态等在内的混合干扰项,用自适应控制实时逼近具有不确定性特征的系统输入系数,用鲁棒控制使系统的混合干扰在有限时间内减小到一个小范围内,用滑模控制最终消除不确定非线性系统的跟踪误差。不仅使系统有较好的鲁棒性,而且消除了传统滑模控制中系统输入的抖振现象。对微型飞行器的姿态控制系统进行了仿真研究,仿真结果验证了算法的有效性。     

动态事件触发机制下多智能体系统固定时间跟踪

针对受扰非线性多智能体系统跟踪控制问题，提出一种基于动态事件触发机制的固定时间积分滑模控制方法。设计与相对状态信息相关的新型积分滑模面且提出分布式控制协议，基于测量误差和滑模面构造动态变量和动态事件触发函数。采用固定时间稳定性原理证明，若选取适当的控制参数则可使多智能体系统在固定时间内实现动态事件触发机制下的跟踪控制，且避免Zeno现象。该控制方案能够有效抑制系统扰动的影响，减少多智能体系统通信和计算资源的消耗，且避免收敛时间对系统初始状态的依赖。仿真结果表明，新提出的动态事件触发控制器使得多智能体系统在固定时间内实现跟踪控制，降低触发频率而节省资源，更适用于实际应用。     

一类高阶线性时变系统自适应迭代学习辨识

针对一类在有限时间区间上可重复运行的一致强稳定、一致强可控的高阶线性时变系统,提出了模型参考自适应迭代学习参数辨识方法。基于类Lyapunov函数推导了时变参数的迭代学习律。该算法可以辨识未知的快时变参数,并保证模型跟踪误差随迭代次数趋于无穷关于有限时间区间一致收敛到0,参数估计误差有界且收敛。分析了参数估计收敛到真值的条件。仿真验证了所提辨识算法的有效性。     

基于滑模观测器的PMSM 有限时间混沌同步控制

针对非均匀气隙永磁同步电机混沌系统同步过程中易受参数摄动和外部扰动的影响,存在鲁棒性差等不 足,以永磁同步电机驱动和响应同步误差动态模型为基础,提出一种基于滑模观测器的有限时间混沌同步控制方法。 利用滑模观测器来实现不确定负载的在线观测,结合滑模理论和有限时间稳定理论,通过主动控制来实现系统非线 性项和线性项的近似解耦,采用有限时间稳定控制来增强系统的鲁棒性和快速响应能力,设计出有限时间同步控制 方法,并在有参数摄动和外部扰动情况下进行了仿真验证。仿真结果验证了该控制方法具有更快的动态响应能力和 鲁棒性,更适合复杂环境下PMSM 混沌系统的同步控制。