饱和输入下四旋翼无人机滑模轨迹跟踪控制

为解决四旋翼无人机在饱和输入下的轨迹跟踪控制问题,同时兼顾系统存在的参数不确定性和外部风力扰动影响,设计了一种改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制方法;基于六自由度架构,设计四旋翼无人机简化的系统模型,进而降低控制器设计的复杂程度;引入带有误差信号的滑模函数,设计带有误差信号的饱和补偿自适应控制律,同时增加鲁棒控制项,降低由于饱和输入问题带来的抖振影响,并减小参数不确定和外部风力扰动对系统稳定性的影响;系统模型与抗干扰自适应控制律相结合,形成了改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制策略,实现四旋翼无人机的位置轨迹和姿态轨迹的稳定跟踪;最后通过数值仿真与传统PD控制算法进行仿真比较,验证控制方法的有效性和优越性。     

基于自适应模糊滑模控制的分数阶混沌系统的投影同步

基于模糊控制理论和滑模控制理论以及自适应控制理论,研究了一类含有外部扰动的不确定分数阶混沌系统的混合投影同步问题.提出了一种自适应模糊滑模控制的分数阶混沌系统投影同步方法.模糊逻辑系统用来逼近未知的非线性函数和外部扰动,并且对逼近误差采用了自适应控制,同时构造了一种具有较强鲁棒性的分数阶积分滑模面.应用分数阶Barbalat引理设计了自适应模糊滑模控制器和参数自适应律.最后数值仿真结果验证了所提控制方法的有效性.     

陀螺仪系统同步控制的参数自适应滑模控制

针对带有内部不确定性及外部扰动的陀螺仪混沌系统的同步问题,提出了一种参数自适应滑模控制方法,并给出参数自适应律.该方法不依赖被控混沌系统的数学模型,可以快速跟踪主混沌系统.时域及复频域理论分析表明,由参数自适应滑模控制器组成的闭环控制系统是全局渐近稳定的,而且参数自适应滑模控制器具有良好的抗扰动鲁棒性.仿真结果表明该控制方法计算量小、响应速度快、控制精度高、抗扰动鲁棒性强,在非线性不确定系统控制领域具有广泛的应用价值.     

具有未知参数的混沌系统的有限时间滑模同步控制

针对带有未知参数和非线性输入的两个不同的混沌系统之间的同步问题进行研究. 提出一个相比于传统滑模面具有更快收敛速度的终端滑模面, 并结合自适应控制理论和滑模控制理论, 设计一个自适应滑模控制律, 使同步误差在有限时间内收敛到滑模面, 并沿滑模面在有限时间内收敛到零点, 最终实现两个不同的混沌系统之间的同步. 最后, 以带有不确定性和外部扰动的Lorenz 系统和Liu 系统为例进行数值仿真, 仿真结果表明, 同步误差在有限时间内收敛到零点, 从而验证了所设计控制律的有效性和可行性.     

永磁同步电机的自适应反演滑模变结构控制

针对永磁同步电机提出一种基于反演的PMSM自适应滑模控制方案.设计基于反演的滑模变结构位置控制器,通过RBF神经网络实现系统参数变化和外部负载扰动等引起的不确定上界值的在线辨识,减小滑模控制器的控制量,并引入饱和函数来减弱系统的"抖动"现象.理论分析和仿真结果对比表明,基于RBF神经网络的自适应反演滑模控制对参数变化和外部负载扰动具有很好的鲁棒性,永磁同步电动机获得了很好的跟踪效果.     

基于神经网络的PMSM自适应滑模控制

结合滑模控制和神经网络各自的优点,对永磁同步电机(PMSM)提出了一种基于神经网络的PMSM自适应滑模控制方案.首先设计了带积分操作的滑模变结构位置控制器,通过递归神经网络的在线学习来实时估计系统参数变化和外部负载扰动等不确定性的界限,减小滑模控制器的控制量.进而,在滑模控制器中又引入饱和函数取代符号函数,进一步减弱"抖振"现象.理论分析和实验仿真对比研究的结果表明所提出方法具有优越的动态性能和鲁棒性.     

基于扰动观测器的机械臂自适应反演滑模控制

机械臂的动力学模型通常包含一定的结构不确定性,并受到外界未知干扰的影响。针对现有模型的不确定性特点,提出了一种基于非线性扰动观测器的自适应反演滑模控制方法,解决机械臂的轨迹跟踪控制问题。对于外界干扰,利用非线性扰动观测器进行观测补偿,无需上界先验知识;对于结构不确定性,引入反演滑模控制,同时设计自适应律,保证闭环系统的稳定性并增强系统的动态适应性。仿真结果证明,所提出的方法可以有效克服系统不确定性,降低控制输入信号的抖振,最终实现期望轨迹的快速精确跟踪。     

基于自适应滑模的不确定Euler-Lagrange多智能体系统抗扰动蜂拥控制

针对具有参数不确定性和未知外部扰动的Euler-Lagrange多智能体系统,设计一种基于自适应滑模控制的分布式蜂拥算法.该算法使用自适应滑模控制和自适应控制律分别补偿未知的外部扰动与模型中可线性参数化回归的不确定项,从而在实现蜂拥控制的同时,避免智能体对外部扰动先验知识的要求.理论分析表明,在多智能体达成蜂拥的同时,算法保证滑模的自适应增益有界.此外,所提出的算法同时考虑虚拟领导者追踪与基于目标区域的跟踪问题,并给出碰撞避免的条件.最后,通过算例仿真验证所提出算法的有效性.     

一个新混沌系统的自适应滑模变结构控制

研究了一个新混沌系统的控制问题．基于自适应滑模变结构控制的方法，用该控制律，即使系统存在输入饱和及外界扰动，也可以将混沌系统的状态渐进稳定到指定的平衡点．该控制律对外界扰动俱有鲁棒性．数字仿真表明，其控制效果极好．     

基于反步法的自适应滑模大机动飞行控制

针对飞机大机动飞行时模型非线性和参数不确定性的特点,提出一种非线性反步自适应滑模变结构控制方法．基于反步法的思想适当选取Lyapunov函数,回馈递推得到自适应滑模控制律,并利用一种自适应参数策略的混沌粒子群算法优化控制器的固定参数改善系统性能,同时利用矩阵SDU分解克服高频控制增益矩阵估计时可能存在的奇异问题．仿真结果验证了算法的有效性．     

基于自适应模糊滑模控制的船舶航向控制器设计

针对船舶运动系统中固有的非线性、模型不确定性和风、浪、流等的干扰.提出了自适应模糊滑模控制(AFSMC)策略解决船舶的航向控制问题.通过采用模糊逻辑系统逼近系统未知函数,将滑模控制技术与自适应模糊控制技术相结合,设计了船舶航向AFSMC控制器.在滑模边界层内应用PI (proportional-integral)控制代替滑模控制中的切换项,削弱了滑模控制带来的抖振现象.借助李亚普诺夫函数证明了船舶运动系统中的信号都一致有界并利用Barbalat引理证明了跟踪误差渐近收敛到零.在参数摄动和外界干扰情况下进行了航向保持与改变仿真试验,采用AFSMC控制器得到了与无摄动和无干扰情况下相似的输出响应.实验结果表明,所提控制器能有效地处理系统不确定性和外界干扰,控制性能良好,具有很强的鲁棒性.     

输入输出受限船舶的轨迹跟踪自适应递归滑模控制

针对输入输出受限,模型部分不确定和受到未知海洋干扰的全驱动船舶的轨迹跟踪问题,提出一种基于时变非对称障碍李雅普诺夫函数的最小参数自适应递归滑模控制策略.该策略首先设计障碍李雅普诺夫函数约束船舶轨迹在有限区域内,利用最小参数法神经网络逼近模型不确定项,降低系统的计算复杂度,然后采用指令滤波器对输入信号进行幅值约束,同时避免对因反步法导致的微分爆炸问题,综合考虑船舶位置以及速度误差间的关系设计递归滑模控制律,提高系统的鲁棒性,采用双曲正切函数和Nussbaum函数补偿由输入饱和引起的非线性项,提高系统稳定性.最后通过Lyapunov理论分析证明了全驱动船舶闭环系统中所有信号是一致最终有界的.仿真结果表明,本文所设计的船舶轨迹跟踪控制方案能有效处理船舶模型不确定部分以及未知外界干扰的问题,能够实现船舶在输入受限的情况下在有限区域内航行并准确的跟踪期望轨迹,具有较强的鲁棒性.     

基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模 动态面输出反馈控制

针对三自由度全驱动船舶速度向量不可测问题,考虑船舶模型参数和外部环境扰动均未知的情况,提出一种基于神经网络观测器的船舶轨迹跟踪递归滑模动态面输出反馈控制方法.该方法设计神经网络自适应观测器估计船舶速度向量,且利用神经网络逼近模型参数不确定项,综合考虑船舶位置和速度误差之间关系构造递归滑模面,再采用动态面控制技术设计轨迹跟踪控制律和参数自适应律,并引入低频增益学习方法消除外界扰动导致的高频振荡控制信号.选取李雅普诺夫函数证明了该控制律能够保证轨迹跟踪闭环系统内所有信号的一致最终有界性.最后,基于一艘供给船进行仿真验证,结果表明,船舶轨迹跟踪响应速度快,所设计控制器对系统模型参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性.     

波浪作用下船舶航向自抗扰控制设计及参数配置

针对具有内部参数不确定性和外部扰动的海上船舶设计了航向自抗扰控制器,并解决了舵机模型中舵角的限幅和限速问题,基于滑模控制理论提出了反馈控制带宽的计算方法.采用频域分析的方法,系统地分析了自抗扰控制器对外部波浪扰动的抑制能力、模型参数不确定时的鲁棒性;结合作者实船工作经验以及系统动态特性与控制参数的关系,提出了船舶航向控制器参数的配置规律;最后以一艘57000吨级散货船为控制对象,验证了航向控制器的鲁棒性和本文所述参数配置规律的有效性.为将自抗扰控制算法应用于船舶自动舵设计提供理论依据和实践参考.     

Integral sliding mode control for Euler‐Lagrange systems with input saturation

This paper investigates the robust control for the Euler‐Lagrange (EL) system with input saturation by using the integral sliding mode control and adaptive control. An integral sliding mode surface that is suitable for solving the problem of the input constraint is given based on the saturation function. By using the integral sliding mode surface, two robust antisaturation controllers are designed for the EL system with external disturbances. The first controller can deal with the external disturbances with known bounds, whereas the second one can compensate the external disturbances with unknown bounds by using the adaptive control. Finally, the effectiveness of the proposed controllers is demonstrated by strict theoretical analysis and numerical simulations.     

功能性电刺激下的关节自适应运动控制研究

针对功能性电刺激（Functional electrical stimulation,FES）下外部干扰和肌肉疲劳对关节运动的影响,提出了一种神经网络自适应滑模控制方法以获得更加精确的关节运动.本文建立了电刺激下的关节运动模型,在此模型的基础上设计了滑模控制律,利用径向基神经网络在线逼近系统不确定特性,并通过Lyapunov方法设计了径向基神经网络的自适应律,以电刺激所产生的膝关节运动控制为例,通过仿真和实验研究验证了该神经网络滑模控制方法相对于传统的滑模控制来说,不仅可以准确地控制电刺激而获得期望的关节运动,而且当关节运动受到外部干扰和肌肉疲劳的影响时,还可自适应地对此进行补偿,有效地调节电刺激强度以获得准确的关节运动.     

喷水推进型无人艇航向跟踪的反步自适应滑模控制*

针对单泵喷水推进型无人滑行艇的航向跟踪非线性系统,提出了一种反步自适应滑模控制方法。该系统由无人艇运动非线性响应模型和舵机伺服系统组成,并考虑运动响应模型的建模误差、外界干扰力等非匹配不确定性,利用全局微分同胚坐标变换将原系统变换为具有下三角特征的非线性系统。基于Backstepping方法和滑模控制理论,提出了一种自适应滑模控制律;利用Lyapunov函数,证明该控制律保证了航向跟踪系统的全局渐近稳定性。仿真对比结果验证了所提出控制器的有效性。     

Adaptive nonsingular fast terminal sliding mode control for underwater manipulator robotics with asymmetric saturation actuators

In this paper, an adaptive nonsingular fast terminal sliding mode control (ANFTSMC) is proposed for underwater manipulator robotics with asymmetric actuator saturations and unknown time-varying (TV) external disturbances. Firstly, the nonsingular fast terminal sliding mode (NFTSM) control scheme is conducted for the underwater manipulator robotics, which guarantees the boundedness of all the signals in the control system. Secondly, the adaptive method and the smooth hyperbolic tangent (tanh) function are introduced to address the unknown TV external disturbances and the input saturation errors. Thus the prior knowledge about the upper bounds of the system uncertainties is not needed in this paper. To deal with the nonlinear asymmetric input saturation issue, a Gaussian error function is employed in the asymmetric saturation module so that the discontinuous input signals can be transformed into smooth forms. Thirdly, the rigorous mathematical verification is conducted to demonstrate the stability and finite-time convergence of the closed-loop control system via the Lyapunov theory. Finally, numerical simulations are performed on a two-link underwater manipulator robotic system to illustrate the effectiveness of the proposed controller.     

一类不确定分数阶混沌系统同步的自适应滑模控制方法

针对一类系统不确定及受外界干扰的分数阶混沌系统,本文首先将分数阶微积分应用到滑模控制中,构造了一个具有分数阶积分项的滑模面.针对系统不确定及外界干扰项,基于分数阶Lyapunov稳定性理论与自适应控制方法,设计了一种滑模控制器以及分数阶次的参数自适应律,实现了两不确定分数阶混沌系统的同步控制,并辨识出相应误差系统中不确定项及外界干扰项的边界.在分数阶系统稳定性分析中使用的分数阶Lyapunov稳定性理论及相关函数都可以很好地运用到其它分数阶系统同步控制方法中.最后数值仿真验证了所提控制方法的可行性与有效性.