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。     

欠驱动TORA系统的自耦PID控制策略

针对欠驱动旋转激励平移振荡器(translational oscillations with a rotational actuator,TORA)系统的控制问题,使用一种自耦PID(self-coupling proportional-integral-differential,SCPID)控制方法.该方法首先利用坐标变换使TORA系统的质心映射为Huygens振动中心,以实现新系统控制输入解耦,避免零动态不稳定问题;然后对Huygens振动中心设计平移位置的SCPID控制器,同时获得小球偏转角度的虚拟指令,进而设计小球偏转角度的SCPID控制器,从而实现TORA系统的平衡点跟踪控制;最后在复频域对闭环控制系统的稳定性进行严格的数学分析和证明.仿真及与其他方法的结果对比表明,所设计的控制算法简单高效,在欠驱动控制系统领域具有实际的应用价值.     

基于输出反馈的欠驱动TORA系统的有界输入控制

针对欠驱动TORA (Translational oscillations with a rotational actuator)系统, 设计了一种具有执行器饱和约束的输出反馈控制器.与其他现有方法相比, 本文方法不仅考虑了执行器饱和约束和速度信号不可测情形, 而且考虑了旋转小球可能存在的循环行为.具体而言, 首先根据TORA系统模型分析了TORA系统的控制目标; 随后, 构造了一种新颖的能量函数, 在此基础上设计了一种考虑执行器饱和约束的输出反馈控制器, 并通过严格的数学分析证明了闭环系统关于平衡点的稳定性; 最后, 借助数值仿真测试检验了所提控制器的控制性能, 并与已有方法进行了对比.仿真测试结果表明本文所提方法具有更好的控制性能.     

基于滑模方法的桥式吊车系统的抗摆控制

针对桥式吊车这类欠驱动系统，提出一种基于滑模控制的抗摆方法．该方法将系统状态分成两组。构造出一种双层滑动平面．结合桥式吊车系统数学模型的特点。求取了总的滑模控制量并进一步设计了控制器的参数．采用Lyapunov方法，从理论上证明了各级滑动平面的稳定性．仿真结果验证了该方法对于桥武吊车系统抗摆控制的有效性．     

一类不确定系统基于滑模干扰补偿的广义预测控制

广义预测控制(GPC)是基于非线性机理模型的一种优化控制策略, 但当系统存在内部不确定性、建模动态误差和外部干扰的情况下, 采用基于标称系统模型的GPC方法的系统性能将显著下降. 为此, 针对一类不确定非线性系统, 首先分析设计了一种基于不确定模型的理想GPC控制律; 同时设计了一种滑模干扰补偿器(SMDC)对系统的复合干扰进行估计, 将其输出作为补偿控制与标称GPC控制律结合以消除不确定性和外干扰的影响, 并利用Lyapunov理论分析了闭环复合系统的性能; 最后将其应用于一种高超声速飞行器(HSV)姿态控制系统, 仿真结果表明该方法具有很好的鲁棒特性和干扰衰减特性.     

欠驱动RTAC的滑模自抗扰镇定控制

针对欠驱动RTAC(rotational/translational actuator)的镇定问题,提出了一种滑模自抗扰控制方法,通过对总扰动的观测和补偿降低了未知扰动对RTAC的影响.为克服RTAC的欠驱动特性,所提方法通过将可驱动的摆球角度和无驱动的小车位置两个状态相结合,构建出虚拟被控量作为系统输出,从而使RTA...     

增强耦合的TORA系统镇定控制方法设计

针对欠驱动TORA系统,设计一种镇定控制器和增强型耦合控制器。根据TORA系统的动力学模型,分析旋转小球与平移振荡器之间的耦合关系和系统的无源特性。构造一个新型的Lyapunov函数,并得到一种耦合镇定控制器。采用Lyapunov方法和LaSalle不变性原理证明了闭环系统的稳定性。最后,通过改进所设计的控制器得到一种增强型耦合控制器。仿真结果验证了所提出控制器的有效性和优越性。     

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.     

基于生物启发模型的欠驱动水平TORA系统的有界输入镇定控制

针对欠驱动水平TORA(translational oscillators with rotating actuator)系统,提出一种基于生物启发模型的有界输入控制方法,实现系统在执行器存在饱和约束情况下的镇定控制.首先,根据水平TORA系统的动力学模型分析系统的无源特性,进而给出系统的控制目标;接着,基于无源特性构造一种新颖的Lyapunov函数,在此基础上设计一种结构简单的非线性状态反馈控制器;然后,考虑执行器的饱和约束条件,引入受生物启发建立的神经动力学模型,利用该模型的有界平滑输出特性,设计一种改进的状态反馈控制器;最后,根据LaSalle不变性原理对系统的稳定性进行严格的数学分析和证明.与其他方法相比,所提方法不仅考虑了执行器的饱和约束问题,而且设计的控制算法简单高效,易于工程实现.仿真与对比结果表明,所提方法具有更好的控制性能.     

基于扰动动态补偿的离散滑模变结构控制

提出一种扰动动态补偿的离散趋近率，分析了不确定离散滑模控制系统的鲁棒性，研究了准滑动模态的存在条件及其动态特征，利用不确定条件下实际趋近率与理想趋近率的偏差，直接平滑地预测内部参数摄动与外部扰动，克服了常规变结构控制中需已知不确定性边界的限制，而且不必满足匹配条件，既保留了传统趋近率的所有优点，又有效地降低了系统的抖振，仿真结果证明了理论推导的正确性。     

基于等价输入干扰滑模观测器的磁悬浮球系统模型预测控制

本文针对系统不确定性和外部干扰引起的磁悬浮球系统控制性能下降的问题,提出了一种基于等价输入干扰滑模观测器的模型预测控制(MPC+EIDSMO)方法.首先将原系统转化为EID系统,采用等价输入干扰滑模观测器对EID系统状态变量及等价输入干扰进行估计;然后基于状态估计值设计模型预测控制器,并将等价输入干扰估计值以前馈的方式...     

Second-order terminal sliding mode control for hypersonic vehicle in cruising flight with sliding mode disturbance observer

This paper focuses on the design of nonlinear robust controller and disturbance observer for the longitudinal dynamics of a hypersonic vehicle (HSV) in the presence of parameter uncertainties and external disturbances. First, by combining terminal sliding mode control (TSMC) and second-order sliding mode control (SOSMC) approach, the secondorder terminal sliding control (2TSMC) is proposed for the velocity and altitude tracking control of the HSV. The 2TSMC possesses the merits of both TSMC and SOSMC, which can provide fast convergence, continuous control law and hightracking precision. Then, in order to increase the robustness of the control system and improve the control performance, the sliding mode disturbance observer (SMDO) is presented. The closed-loop stability is analyzed using the Lyapunov technique. Finally, simulation results illustrate the effectiveness of the proposed method, as well as the improved overall performance over the conventional sliding mode control (SMC).     

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.     

基于滑模控制的充液航天器燃料晃动抑制研究

考虑一类带液体燃料的航天器,由于航天器控制自身姿态的同时,还需要抑制液体燃料的晃动,使得系统整体表现为一个欠驱动系统.针对给出的物理模型,将其转化为一定形式的标准型,并对模型的特性进行了分析验证,最后采用一种适用于一类欠驱动系统的滑模控制方法来进行控制器的设计.由系统的稳定性分析可以看出,设计的控制器可以使系统的一些状态量达到平衡点,而剩下的状态量在系统自身特性的作用下,也能够达到平衡点,进而使整个航天器系统渐近稳定.仿真结果证明了控制器的有效性和可行性.     

滑模控制和自抗扰控制的研究进展

本文概括了滑模控制和自抗扰控制的研究进展,进一步给出了复合控制的思想.滑模控制和自抗扰控制都有它们各自的优点,但是也都有它们各自的局限,例如:滑模控制中的抖振问题和自抗扰控制中的估计能力受限问题.复合控制结合了滑模控制和自抗扰控制的优点,并能提高闭环系统的性能.     

Higher order sliding mode control based on integral sliding mode

A higher order sliding mode control scheme for uncertain nonlinear systems is proposed in the present paper. It is shown that the problem is equivalent to the finite time stabilization of higher order input-output dynamics with bounded uncertainties (r∈N). The controller uses integral sliding mode concept and contains two parts. A part achieves finite time stabilization of the higher order input-output dynamics without uncertainties. The other part rejects bounded uncertainties throughout the entire response of the system. As a result, a higher order sliding mode is established. The advantages of the method are that its implementation is easy, the time convergence is chosen in advance and the robustness is ensured. An illustrative example of a car control shows the applicability of the method.     

自适应时变Terminal滑模控制研究

针对Terminal滑模控制到达阶段鲁棒性不强的问题,提出了时变Terminal滑模控制方法。分析Terminal滑模面的设计参数对系统性能的影响,提出一种非线性时变Terminal滑模面的设计方法。为了消除多输入多输出(MIMO)非线性系统的不确定,构建动态干扰观测器系统,根据干扰观测误差在线调节参数,从而在线逼近外部干扰,证明了逼近误差一致最终有界。采用倒立摆系统进行仿真验证,提出的自适应时变Terminal滑模控制方法比传统的PID控制镇定时间缩短80%,且无超调。仿真结果表明,所提方法可以用于MIMO非线性系统的控制。