基于积分滑动流形的高阶滑模控制器设计

滑模变结构控制方法因其易实现,鲁棒性强等优点广泛应用于实际控制系统中,讨论了具有积分滑动流形的高阶滑模控制器的设计方法.通过设计含积分滑动流形的高阶滑模面,使系统状态在一阶乃至高阶滑模面上均能达到滑动模态.同时利用高阶滑模面为状态变量设计新的状态空间系统,将原先促使系统状态接近并停留在滑模面上的控制目标,拓展为使高阶滑模状态变量趋近于零的控制目标,并结合最优控制方法来设计等效控制量,利用积分流形设计切换控制的切换面,通过严格证明来证实控制器设计的稳定性.在仿真验证部分采用了一阶倒立摆模型,通过比较常规趋近律滑模控制方法和本文方法的仿真结果,可以得出本文方法在减小系统控制量抖振方面的重要作用和优异效果.     

一类非线性不确定系统的自适应积分滑模控制

针对一类具有不确定参数的复杂非线性系统,提出了一种自适应积分滑模控制方法。控制器的设计分两步进行：首先,基于被控对象模型构造一个简化子系统,设计出该子系统的一个全局渐近稳定控制律;然后构造一个积分滑模面,设计自适应积分滑模补偿器以处理系统中含有不确定参数的部分,保证了滑模面的可达性和原系统的闭环稳定性。补偿后,系统的完整自适应控制律由简化子系统的控制律加补偿控制器两部分组成。所提设计方法简单,便于工程实现。最后,通过仿真结果验证了设计方案的有效性。     

机器人操作器的自适应模糊滑模控制器设计

针对机器人动力学系统提出了一种基于模糊逻辑的自适应模糊滑模控制方案.根据滑模控制原理并利用模糊系统的逼近能力设计控制器,基于李雅谱诺夫方法设计自适应律,证明了闭环模糊控制系统的稳定性和跟踪误差的收敛性.控制结构简单,不需要复杂的运算.该设计方案柔化了控制信号,减轻了一般滑模控制的抖振现象.仿真结果表明了所提控制策略的有效性.     

变速风力发电机组的自适应滑模变桨距控制

在风力发电系统稳定性优化控制的研究中,针对不确定性的变速风力发电机组的变桨距控制方式系统稳定性差的问题,提出了一种自适应全局快速Terminal滑模控制方法.建立变桨距风力发电机组动力学模型,针对模型中的未知环节,设计了自适应模糊逼近系统.采用由Terminal滑动模态和线性滑动模态组成的滑模模态,采用了自适应Terminal滑模变桨距控制器.根据Lyapunov稳定性理论证明了系统稳定性,并给出了具体的自适应律和不确定项边界的估计算法.对自然风下的机组变桨距控制情况进行了仿真,结果表明系统稳定且输出功率平稳.     

漂浮基空间机器人自适应RBF 网络终端滑模控制

主要研究漂浮基空间机器人对工作空间连续轨迹跟踪控制问题．针对系统动力学模型中非线性项未知，以及参数不确定性和外界扰动无法估计的情况，提出了基于自适应RBF网络终端滑模控制方法．该方法结合了非线性滑动流形与径向基函数特性，利用自适应RBF网络在线学习系统中的不确定性，使得无需精确的动力学模型亦能保证系统在有限时间内快速稳定．根据Lyapunov方法设计的自适应增益保证闭环控制系统具有全局稳定性，并且有效抑制抖振现象．针对6关节空间机器人的轨迹跟踪控制仿真表明，提出的自适应RBF网络终端滑模控制方法能够基于不完整动力学模型实现高精度轨迹跟踪，且误差在有限时间内快速收敛，系统抖振也得到了有效抑制．     

球形机器人的建模与控制研究

设计了一种通过三个惯性轮驱动的球形机器人,基于角动量守恒定律实现机器人移动。利用四元数及Kane方程建模方法,建立了球形机器人的完整动力学模型,给出了控制其运动的微分方程组,进而设计一个自适应模糊滑模变结构控制器,以实现对参数及动力学模型不精确的球形机器人的位置控制。为了减弱系统的抖振,通过对滑模控制器中的切换项进行模糊逼近,使切换项连续化。轨迹跟踪的仿真和试验表明,该控制器在参数不确定和动力学模型不精确的系统中有良好的表现。     

一种球形滚动机器人的路径跟踪控制器设计

对一种球形滚动机器人的路径跟踪问题进行研究,设计一种基于自适应滑模控制策略的路径跟踪控制器。所设计的路径跟踪控制器采用鲁棒滑模自适应增益控制律,能够有效实现带有扰动和不确定性的实际球形滚动机器人的路径跟踪。推导球壳纯滚动和无自转非完整约束下球形滚动机器人的运动方程,并在此基础上设计自适应滑模路径跟踪控制器。对于给定的参考几何路径,所设计的路径跟踪控制器能够确保路径跟踪误差在有限时间内收敛至很小的零邻域内。基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环控制系统的稳定性,数值仿真与样机实验结果进一步验证了所设计的路径跟踪控制器的有效性。     

基于滑模变结构控制的RBF神经元网络

针对高精度飞行仿真转台，设计一种基于滑模变结构控制的RBF神经元网络控制器。该控制器根据滑模变结构控制器的特点，将控制律分为等效控制律和到达控制律。等效控制律使系统运动于滑模面附近，由RBFN拟合而成，权值用自适应算法在线修正，确保了实时控制的可能性；到达控制律可使处于状态空间内任意初始位置的系统趋近于滑模面，由滑模控制器的可达性条件推出，其中用到了系统的不确定性参数的上下界。计算机仿真结果表明了该方法的鲁棒性和实际应用的可能性。     

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.     

R(o)ssler混沌系统的自适应滑模控制

为了实现对R(o)ssler混沌系统的控制,使得系统的状态变量在有限时间内达到平衡点,将R(o)ssler混沌系统作为控制对象,提出了一种自适应滑模变结构控制策略,主要包括滑模面设计和自适应滑模控制率的设计.设计了一种比例积分滑模面,并通过李雅普诺夫稳定性理论证明了滑模动态方程的稳定性,为解决滑模控制器抖振问题设计了参数自适应的趋近律,有效地消除了滑模控制器的抖振.仿真结果显示,经自适应滑模控制后的R(o)ssler混沌系统状态能快速稳定地收敛到平衡点,并消除了控制器的抖振.结果证明该方法有效地实现了R(o)ssler混沌系统的控制,并具有良好的动态性能.     

Second-order terminal sliding mode control of uncertain multivariable systems

A second-order terminal sliding mode controller for uncertain multivariable systems is proposed in this paper. The controller adopts the hierarchical control structure. The paper derives the state transform matrices which are used to transform a multivariable linear system to the block controllable form consisting of two subsystems, an input–output subsystem and a stable internal dynamic subsystem. The proposed controller utilizes a non-singular terminal sliding mode manifold for the input–output subsystem to realize fast convergence and better tracking precision. Meanwhile, a chattering-free second-order terminal sliding mode control law is presented. The stability of uncertain multivariable systems can be realized using the proposed controller. A derivative estimator is utilized in the paper to estimate the derivatives of the sliding mode functions for the controller. The simulation results are presented to validate the design method.     

基于干扰观测器的解耦快速终端滑模控制

针对一类欠驱动系统跟踪控制问题,提出了一种基于非线性干扰观测器的全局解耦快速终端滑模控制(NDODGFTSMC)策略。将欠驱动系统分解成两个子系统分别设计全局快速终端滑模面,利用其中一个子系统滑模面的符号函数来构造中间变量,并将该变量引入到另一个子系统的滑模面中,构造出整个系统的滑模面,采用等效控制法和模糊双幂次趋近律求解系统的控制律。同时为了消除系统扰动对控制效果的影响,设计了一种双曲正切非线性干扰观测器对系统干扰进行估计并补偿给控制器。利用Lyapunov稳定原理证明了系统滑模面的渐近稳定性。将该方法应用于小车倒立摆系统的控制中,仿真结果验证了其有效性及优越性。     

基于观测器的滑模控制非线性中立型时滞系统

针对一类状态不可测的非线性不确定中立型时滞系统,基于滑模控制理论,采用线性矩阵不等式的处理方法,提出了滑动模态鲁棒渐近稳定时滞相关的充分条件,设计了一类滑模观测器,同时给出了该观测器存在的充分条件;然后应用滑模控制的趋近率方法和基于观测器所得到的系统估计状态,综合了一类滑模控制器,该控制器同时保证了估计状态下滑模面和估计误差状态下滑模面的渐近可达性;最后通过数值实例证明了该控制方案的可行性.     

Sliding Mode Observer Controller Design for a Two Dimensional Aeroelastic System with Gust Load

The aim of this paper is to develop state estimation and sliding mode control schemes for the vibration suppression of an underactuated wing aeroelastic system in the presence of a gust load disturbance. Ignoring structural elastic deformation and using the concentrated elastic system (spring) to simulate the overall elastic deformation, this aeroelastic model consists of a straight wing and spring system, describing flap and pitch freedoms. The corresponding dynamic motion equation is established using the Lagrange method, and the gust is modeled as a typical “1‐cosine” gust. The aerodynamic lift and moment on the wing are computed by strip theory. The open loop system exhibits the limit cycle oscillations (LCOs) at a certain freestream velocity. The objective is to design a control system for suppressing the LCOs. For the purpose of control, a single trailing‐edge control surface is used. It is assumed that only the pitch angle is measured and the remaining state variables needed for full state feedback are estimated by the designed observer. Then an integral sliding surface is put forward on the estimation space; a new continuous reaching law is proposed to reduce the chattering phenomena. The finite‐time reachability of the predesigned sliding surface is proved and guaranteed by the designed sliding mode control law. The sufficient condition for the asymptotic stability of the closed‐loop system composed of the sliding mode dynamics and the error dynamical system is derived in terms of linear matrix inequality (LMI). The effectiveness of the proposed strategy is finally demonstrated by simulation results.     

仿生假手抓握力控制策略

为了使仿生假手完成各种精细作业,提出一种抓握力控制策略.在自由空间和约束空间中分别使用基于位置的阻抗控制和力跟踪阻抗控制.在过渡过程中使用模糊观测器切换控制模式.两种控制模式采用同一个基于位置的阻抗控制器,在约束空间向阻抗控制器中引入参考力,以满足约束空间的抓握力控制要求.这种方法可以使关节在自由空间和约束空间中分别实现良好的轨迹跟踪和力矩跟踪,在过渡过程中实现控制模式的可靠切换和系统的稳定过渡.提出一种自适应滑模摩擦力补偿方法,利用终端滑模思想设计了滑模函数,使得系统跟踪误差在有限时间内收敛,避免了传统线性滑模面状态跟踪误差无法在有限时间内收敛至0的问题.根据指数形式摩擦力的特点,利用终端滑模控制思想获得包含摩擦力参数估计的滑模控制律,并基于李亚普诺夫稳定性定理推导了估计参数的在线自适应律.对该抓握力控制策略在HIT假手上进行了抓取实验,实验结果证明了控制策略的有效性.     

基于趋近律滑模的台车式倒立摆系统控制研究

本文设计了一种基于趋近律方法的滑模控制器。趋近律方法是滑模变结构控制的一种典型控制策略。这种控制方法不仅可以对系统在切换面附近或沿切换面的滑模运动段进行分析,而且可以有效地对系统趋近段的动态过程进行分析和设计,从而保证系统在整个状态空间内具有较好的运动品质。仿真结果表明,将两种典型的趋近律滑模控制方法应用到台车式倒立摆系统中,指数趋近律滑模变结构方法有更好的稳定性和抗干扰能力。     

动态滑模控制及其在移动机器人输出跟踪中的应用

针对轮式移动机器人的输出跟踪问题,提出一种动态滑模控制方法,首先给出机器人的动力学简化模型,然后将其分解成两个低阶子系统,并给出其输出跟踪的动态滑模控制器设计方法,仿真试验表明该方法能明显地削弱滑模控制系统的抖振。     

滑模控制一类非线性分布式时滞系统

针对一类状态不可测的非线性不确定分布式时滞系统, 给出了系统滑动模态鲁棒渐近稳定的充分条件. 设计了一类滑模观测器, 同时采用线性矩阵不等式的处理方法给出了该观测器存在的充分条件. 再应用滑模控制的趋近率方法和基于观测器所得到的估计状态, 综合了一类滑模控制器. 该控制器同时保证了估计状态下的滑模面和估计误差状态下的滑模面的渐近可达性.     

基于新型趋近律的双定子电机控制系统研究

为了提高双定子永磁无刷(DS-PMBL)电机调速系统的动态品质,在纯指数趋近律的基础上,结合终端吸引因子与系统状态变量的幂函数,进而提出一种新型的趋近律,有效抑制了滑模控制抖振,显著提高滑模趋近速度.以该新型趋近律为基础,设计了DS-PMBL电机的数学模型与滑模速度跟踪控制器,采用id=0的矢量控制方法确定DS-PMBL电机的动态性能,并与常规指数趋近律进行仿真比较.结果表明,提出的改进控制系统与传统的控制方法相比,提高了滑模趋近速度,减小了抖振,明显地提高了系统的动态特性与鲁棒性.     

An adaptive full order sliding mode controller for mismatched uncertain systems

In this paper, an adaptive full order sliding mode (FOSM) controller is proposed for strict feedback nonlinear systems with mismatched uncertainties. The design objective of the controller is to track a specified trajectory in presence of significant mismatched uncertainties. In the first step the dynamic model for the first state is considered by the desired tracking signal. After the first step the desired dynamic model for each state is defined by the previous one. An adaptive tuning law is developed for the FOSM controller to deal with the bounded system uncertainty. The major advantages offered by this adaptive FOSM controller are that advanced knowledge about the upper bound of the system uncertainties is not a necessary requirement and the proposed method is an effective solution for the chattering elimination from the control signal. The controller is designed considering the full-order sliding surface. System robustness and the stability of the controller are proved by using the Lyapunov technique. A systematic adaptive step by step design method using the full order sliding surface for mismatched nonlinear systems is presented. Simulation results validate the effectiveness of the proposed control law.