一种远程自主水下航行器纵向滑模控制研究

根据一种远程自主水下航行器的组成和特点,建立了纵向运动的非线性数学模型,并进行了线性化处理。在此基础上,基于滑模控制理论,分别研究了基于水平舵的纵向低速巡航控制和高速巡航控制及基于前、后垂向推进器的纵向悬停控制。仿真结果初步表明:该控制器可满足水下航行器纵向巡航控制和悬停控制的需要,并对参数不确定性和未建模动态都具有良好的鲁棒性。     

自主水下航行器轴向运动的自适应反演滑模控制

研究了自主水下航行器在未知海流作用下的轴向运动跟踪控制问题,采用非线性反演设计技术,引入自适应机制在线估计未知海流速度和模型参数,用滑模控制克服系统中的未建模动态特性,保证了轴向位置跟踪误差的全局渐近稳定性。仿真结果表明,该自适应反演滑模控制具有良好的鲁棒性和自适应性。     

Design of Novel S-plane Controller of Autonomous Underwater Vehicle Established on Sliding Mode Control

本文在深入分析智能水下机器人（AUV）数学模型的条件下,权衡考虑了AUV的纵向速度对其他自由度产生的耦合影响,同时探讨了它自身所受剩余浮力与恢复力矩的影响,据此提出了一种基于滑模变结构的新型S面控制器。该控制器在保持普通S面控制器结构简单、参数易于调节的优点基础上,可克服AUV高速航行时采用普通S面控制器控制效果不佳的缺点;引入李雅谱诺夫函数开展控制器的稳定性分析,并将基于滑模变结构的新型S面控制器成功应用在AUV-X的基础运动控制上。开展了与普通S面控制器的对比试验,完成了试验结果对比分析,验证了文中提出的基于滑模变结构的新型S面控制器在AUV基础运动控制方面的有效性及可行性。

     

滑模变结构控制在机械臂跟踪轨迹控制中的应用

针对滑模变结构控制中存在的抖动现象,通过调整控制律设计了一种新的抑制抖动的滑模变结构控制方法。该控制方法与常规滑模变结构法、饱和函数法相比,不仅满足了平滑控制量的要求,而且较饱和函数法控制精度高。仿真实例验证了该设计方法的正确性。     

Nonlinear Derivative and Integral Sliding Control for Tracked Vehicle Steering with Hydrostatic Drive

In the steering process of tracked vehicle with hydrostatic drive,the motion and resistance states of the vehicle are always of uncertain and nonlinear characteristics,and these states may undergoe large-scale changes. Therefore,it is significant to enhance the steering stability of tracked vehicle with hydrostatic drive to meet the need of future battlefield. In this paper,a sliding mode control algorithm is proposed and applied to achieve desired yaw rates. The speed controller and the yaw rat...     

AGV建模和自适应模糊滑模跟踪控制研究

介绍了自动导引小车AGV的跟踪控制技术的研究现状;建立了AGV跟踪误差系统运动学和动力学的混合模型;针对AGV的初始位存在误差或给定轨迹不连续时,传统PID轨迹跟踪控制器会使其初始速度产生一个较大跳变的问题,将滑模变结构控制技术与自适应模糊控制技术相结合,提出了一种基于模糊滑模的AGV自适应模糊路径跟随和轨迹跟踪控制器。仿真和实验结果表明,给出的自适应模糊滑模控制器不仅有较好的轨迹跟踪控制效果,而且具有较强的鲁棒性。     

漂浮基空间机器人姿态与末端爪手协调运动的反演滑模控制

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基空间机器人系统的控制问题。结合系统动量守恒关系及拉格朗日方法,建立了漂浮基空间机器人的运动Jacobi关系及系统动力学方程。以此为基础,借助于反演设计方法,设计出空间机器人载体姿态与机械臂末端爪手协调运动的滑模控制方案。此方案可有效地减少控制系统的在线计算时间,更能满足空间机器人这一时变系统控制的实时、在线要求。数值仿真结果证实了该控制方案的有效性。     

滑模变结构控制DC-DC变换器的设计

开关变换器是一个非线性变结构系统,线性控制算法的控制性能在开关变换器系统中受到制约.针对这一问题提出滑模变结构控制法在开关变换器中的应用.滑模变结构控制法对被控系统数学模型精度要求不高,对系统参数变化、外界环境扰动具有完全的自适应性.以Buck型变换器为例,分析滑模控制在开关变换器中的使用方法,并给出了仿真和实验结果.     

不确定系统的上界自适应动态神经滑模控制

针对滑模控制中不确定上界值的问题,提出一种神经网络上界自适应学习的动态滑模控制方法。该方法将系统中不确定及干扰部分分离出来,构造不确定量的联合上界,然后分两步进行分析。当上界已知时,采用动态滑模方法设计滑模控制器;上界未知时,采用神经网络自适应学习不确定项的上界,设计了权值调整规则及动态神经滑模控制器。该控制器不仅可以保证非线性不确定系统渐近稳定,降低一般滑模控制理论分析的条件,还有效地抑制了抖振。仿真实例表明,该控制方法是正确有效的。     

Adaptive Sliding Mode Control for the Excavator Manipulator

挖掘机滑模自适应轨迹控制研究

徐国胜,吕广明,陆念力

（哈尔滨工业大学 机电学院,哈尔滨 150001）

创新点说明：

1） 挖掘机的动力学模型考虑了各机械臂的重量及形状,并给出了动力学各元素的显示表达,

(1)

式中, 为斜对称矩阵,这也是考虑挖掘机形状与重量的表达式所具有的。

2） 滑模控制算法的符号函数采用sigmoid 函数代替,通过李雅普诺夫理论得到自适应控制率,调节切换项比例因子,使之跟踪参数误差导致的输入误差,且消除抖振。

3） 轨迹规划,考虑以定切削角进行整平作业生成铲斗轨迹。

研究目的：

挖掘机技术文档参数与装配实机存在误差,该误差不能得到合理估计,但显然是有界的。由于滑模变结构对于模型误差,负载扰动等具有鲁棒性,对于控制处于复杂工作环境的挖掘机轨迹而言非常适用,但滑模切换项容易引起抖振现象,而切换项又是滑模变结构鲁棒适应性所必要的,一般切换项的比例因子要大于模型误差,才能使整体控制系统稳定。但较大的比例因子引起的抖振也愈剧烈,导致对挖掘轨迹自动控制的效果不够理想,为此,探究自适应算法补偿有界误差项进行解决。

研究方法：

首先建立更加符合挖掘机实际情况的动力学模型,其次将滑模控制引入对挖掘机的轨迹控制中。为了低乃至消除抖振,采用sigmoid函数替代切换项符号函数,并通过李雅普诺夫理论得到自适应控制率,自适应调节切换项比例因子,使之补偿挖掘机技术文档参数与实机参数误差导致的控制输入误差,最后与传统滑模控制进行仿真对比。

研究结果：

自适应滑模控制效果达到或优于传统滑模控制,且消除抖振,切换项能很好地补偿参数误差导致的输入误差。

结论：

采用本文自适应滑模控制算法对挖掘机轨迹控制效果相比传统滑模控制消除了抖振现象,取得良好控制效果。该方法摒弃了传统滑模控制需要建模误差界大小的先验知识,对于有界建模误差的系统均能适用。不需估计挖掘机建模误差,符合挖掘机控制实际。

关键词：动力学;自适应滑模控制;挖掘机

     

基于模糊逻辑的滑模控制及其应用

根据滑模控制原理,提出了一种基于模糊逻辑的滑模控制设计方法,此方法将滑模控制和模糊控制的长处综合在一起,不仅增强了系统的鲁棒性,同时削弱颤抖,仿真结果表明了这种算法的有效性和简洁性。     

主动磁轴承系统的滑模控制设计

主动磁轴承具有无摩擦、无磨损、无需润滑、无污染、寿命长等优点,在高速运动场合、低速洁净场合都有广泛的应用前景. 力求解决目前主动磁轴控制系统的非线性问题,提出了主动磁轴承系统的滑模控制,该方法使得磁悬浮轴承系统的鲁棒性和稳定性进一步提高. 首先介绍了磁轴承系统的结构和工作原理,建立了主动磁轴承的系统方程. 其次,对滑模控制进行具体分析,并讨论了滑模控制的可达条件和其稳定性分析. 仿真结果表明,滑模控制器具有良好的鲁棒性和快速性,基本满足磁轴承系统实时控制的要求.     

动态车辆调配问题中的车辆供给变动分析

动态车辆调配问题中,车辆供给的变化会对车辆调配方案带来影响.本文将车辆的使用情况以网络图的形式表示出来,并利用网络图分析车辆供给变化的五种情况,进而分析不同的车辆供给变化对车辆调配方案所产生的影响.     

模糊滑模变结构控制系统的研究

对于矢量控制的交流伺服系统,根据离散滑模控制理论和模糊控制理论,设计了一种离散模糊滑模控制器,即在离散滑模控制器后加一个积分环节再与模糊控制器相结合,有效地削弱了单纯滑模变结构控制系统的“抖振”。仿真实验结果表明由该离散模糊滑模控制器构成的交流位置伺服系统,具有良好的快速性和抗负载扰动、参数摄动的鲁棒性．     

多关节机器人的非奇异终端模糊滑模控制

针对多关节机械臂轨迹跟踪控制,提出了一种非奇异终端模糊滑模控制方法.采用模糊控制调节滑模控制的切换增益,改善了非奇异终端滑模控制的局限性,利用积分的方法自动对系统的建模误差和干扰的上界进行评估,实现了对建模误差和干扰的自动跟踪,削弱了抖振.文中利用李亚普诺夫定理证明了系统的稳定性,仿真结果证明了其有效性.     

一类具有非线性不确定项时滞系统的滑模控制

针对一类具有非线性不确定项的时滞系统,给出了一种新的时滞依赖条件,利用LMI的解,得到了滑动模态和控制器的方法,所提方法简单易行,且比过去的方法具有较小的保守性.最后仿真结果证明了所提方法的有效性.     

低抖振非奇异终端滑模控制

为了解决常规滑模控制中产生的抖振,同时利用终端滑模控制中快速收敛的优良特性,针对一类二阶仿射非线性系统,将非奇异终端滑动流形和终端到达律同时应用到滑模控制设计中,得到低抖振非奇异终端滑模控制,并证明其具有较强的鲁棒性.     

时滞不确定系统的支持向量机滑模控制

针对一类具有不确定性参数和状态时滞的系统,利用线性矩阵不等式（LMI）方法设计了滑模控制器,并且针对系统的不确定性,引入支持向量机（SVM）对其进行在线学习,获得不确定性部分的上界值,保证了系统的稳定性与鲁棒性,有效地降低了滑模控制固有的抖振现象,改善了系统的控制品质。仿真研究表明了此方法的可行性与有效性。     

网络控制系统的滑模控制器设计

针对网络控制系统中的网络诱导时延问题，设计了具有指数趋近律的滑模变结构控制器，并对其稳定性进行了分析，同时给出了系统的最大允许时延。仿真结果验证了该设计方法的可行性和有效性。     

基于微粒群算法的模糊滑模控制

针对一类非线性控制系统,提出一种新的基于微粒群算法的模糊滑模控制方法。将模糊控制和滑模控制相结合,利用滑模控制使系统的跟踪误差进入给定的边界层内,启用模糊控制取代切换控制;同时为保证模糊滑模控制系统的全局稳定性,加入监督控制以柔化控制输入;最后基于微粒群算法对滑模面系数和不均匀隶属度函数因子寻优,不仅加快了系统到达滑模面的速度,减小了误差,而且有效地消除了高频抖振。仿真结果表明了该方法的有效性。