Buck变换器的改进型互补滑模控制

针对Buck变换器系统中存在匹配和不匹配干扰的问题, 本文提出了一种基于干扰观测器(DOB)的改进型互补滑模控制(CSMC)策略. 首先, 建立存在多重干扰的Buck变换器数学模型, 将模型改写为标准二阶积分型控制对象, 将式中干扰统一为匹配干扰和不匹配干扰. 其次, 设计2个DOB分别估计匹配干扰和不匹配干扰, 实现有限时间内跟踪干扰信号, 以抵消各种不确定性对系统的影响. 然后, 设计互补滑模面, 提出基于等效控制的改进型互补滑模控制律, 保留边界层内鲁棒性的同时, 提升控制器的动态性能, 减小静态误差, 拓宽边界层参数选择范围. 最后, 基于李雅普诺夫理论证明所提出控制器的稳定性. 数字仿真表明, 提出的改进型CSMC控制器结合DOB的总体控制方案能够有效抑制系统匹配和不匹配干扰, 同时获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.     

基于事件触发的故障诊断与动态调节集成设计

本文发展了一种事件触发采样与更新检测机制、故障诊断及调节的集成设计框架.事件触发技术不仅用于传感器端,同时也用于容错控制器端.所设计的故障诊断观测器能够应用基于事件触发的非均匀采样输出同时估计故障和系统状态,基于所获得的状态和估计信息,构造事件触发更新检测器和动态容错控制器,进而借助于增广系统方法来集成设计两个事件触发检测器、故障诊断观测器和容错控制器,以保证故障系统的性能,同时尽可能的降低传感器、控制器、执行器三者之间的信息传输频率.仿真实例验证了所提方法的可行性和优越性.     

基于干扰观测器的航天器非奇异终端二阶滑模控制

为了消除干扰力矩和结构不确定性对卫星姿态控制性能的影响,本文提出了一种基于新型干扰观测器的非奇异终端二阶滑模控制方法.首先,文章设计了一种基于跟踪微分器的干扰观测器,来对卫星系统中的不确定项进行估计,利用估计值进行补偿,并保证估计误差在有限时间内收敛.在此基础上,文章设计一个非奇异终端滑模面,当系统到达滑模面时,姿态误差可以在有限时间内收敛,并利用二阶滑模趋近律设计控制器,保证系统在有限时间到达滑模面.在干扰观测器误差未完全收敛时,滑模控制器可以对存在的扰动进一步抑制,实现姿态跟踪系统的有限时间稳定,并通过李雅普诺夫方法严格证明了其稳定性.最后,仿真结果表明,干扰估计值误差可以在有限时间内收敛,证明了该控制方法对存在的干扰是具有较好的鲁棒性.     

基于干扰观测器的不确定非线性系统终端滑模控制器设计

考虑系统遭受复合干扰影响,针对一类不确定非线性系统的控制问题展开研究.首先,提出一种n阶超螺旋干扰观测器,对系统干扰进行估计;然后,结合系统的结构特点和滑模控制理论构造积分滑模面,并与二阶快速终端滑模控制理论相结合,设计基于干扰观测器的滑模控制器,通过引入反曲函数降低抖振,利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性;最后,将该方法应用到磁悬浮系统的稳定性控制并进行仿真实验,结果表明了所提出方法的有效性.     

基于T-S模糊双线性模型的事件触发滑模控制

针对模糊双线性系统,研究一类事件触发滑模控制;求出使控制器分母为零的奇异区域,选定事件触发阈值,确定事件触发需满足的条件区域,使奇异区域包含于条件区域;构造积分滑模面,得出常规滑模控制律,并在此基础上,结合事件触发机制,对控制律进行增广,设计辅助控制律,使得系统状态临近奇异区域时,得以平稳过渡,保证系统稳定性,同时保证状态正常到达滑模面;根据设计的事件触发滑模控制律,考虑系统状态趋近奇异区域的不同情况,结合李雅普诺夫稳定性条件,分别对系统状态的可达性和稳定性进行证明;最后,以数值仿真验证所提方法的有效性.     

基于干扰观测器的一类不确定非线性系统自适应二阶动态terminal滑模控制

针对一类不确定非线性系统的跟踪控制问题,在考虑建模误差、参数不确定和外部干扰情况下,以其拥有良好的跟踪性能以及强鲁棒性为目标,提出基于回归扰动模糊神经网络干扰观测器(recurrent perturbation fuzzy neural networks disturbance observer,RPFNNDO)的鲁棒自适应二阶动态terminal滑模控制策略.将回归网络、模糊神经网络和sine-cosine扰动函数各自优势相结合,给出一种回归扰动模糊神经网络结构,提出RPFNNDO设计方法,保证干扰估计准确性;构造基于带有指数函数滑模面的二阶快速terminal滑模面,给出其控制器设计过程,避免了滑模到达阶段、传统滑模的抖振问题,采用具有指数收敛的鲁棒项抑制干扰估计误差对系统跟踪性能的影响,利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性;将该方法应用于混沌陀螺系统同步控制仿真实验,结果表明所提方法的有效性.     

带有不匹配干扰的多智能体系统有限时间积分滑模控制

针对动态多智能体系统协同控制问题，本文研究了带有不匹配干扰的二阶多智能体系统的有限时间包容控制，提出了基于非线性积分滑模控制（Integral sliding-mode control，ISMC）的复合分布式包容控制算法.首先利用Lyapunov稳定性和齐次性定理，分析了未受扰系统的有限时间包容控制问题；然后针对存在不匹配干扰的多智能体动态系统，设计非线性有限时间干扰观测器估算智能体的状态和干扰，提出基于干扰观测器的复合分布式积分滑模控制协议，结合现代控制理论和滑模控制理论，研究了带有不匹配干扰的多智能体系统有限时间包容控制问题.最后数值仿真证明了控制算法的有效性.     

基于改进型积分终端滑模控制方法的移动机器人轨迹跟踪设计与实验

为了使移动机器人获得高精度和快速收敛的跟踪性能,设计一种基于积分终端滑模和滑模观测器的轨迹跟踪控制方法.首先,考虑到移动机器人在实际运动过程中会受到地面湿滑、摩擦等原因引起的侧滑扰动的影响,建立其在该扰动影响下的运动学模型;然后,利用该动态模型设计滑模观测器来估计系统受到的扰动;接着,将估计的扰动值前馈至反馈控制器,用来抑制扰动对系统控制性能的影响,从而达到削弱抖振的目的;同时,基于跟踪误差设计积分终端滑模面,并结合滑模面和扰动估计设计新型积分终端滑模控制器;最后,基于Lyapunov稳定性理论对整个闭环系统进行稳定性分析.仿真实验结果表明,所设计的控制器具有更高的跟踪精度和更强的鲁棒性.     

多无人机编队递归非奇异终端滑模容错控制

为解决四旋翼无人机编队飞行过程中易受到外部干扰、空气阻力、执行器故障等不确定因素影响的问题,提出了一种基于补偿函数观测器(CFO)的递归非奇异终端滑模控制(RNTSMC)方法来提高四旋翼无人机编队系统性能。首先,引入具有高精度估计的补偿函数观测器,实时估计外部干扰、执行器故障等信息,通过设计递归积分终端滑模面改进非奇异终端滑模面等效控制器对估计信息进行补偿控制,并给定滑模面初始值,保证两滑模面依次连续到达平衡点,确保跟踪误差在有限的时间内快速收敛到0。其次,根据长机-僚机法建立编队模型,基于滑模控制理论,设计编队协同控制器,保证无人机编队完成飞行任务。最后,通过对比仿真结果表明,该方法对四旋翼无人机编队具有良好的容错性能。     

一类高阶非线性系统的终端滑模复合控制

研究干扰观测器的控制与自适应终端滑模控制思想相结合,针对调整非线性系统跟踪误差,为了提高控制性能,提出一种适用于一类岛阶非线性系统的复合控制策略.通过引入干扰观测器对系统中存在的不确定进行估计,并利用估计结果对滑模控制输出进行补偿.根据干扰观测器的估计值设计自适应律,实现终端滑模控制器中的切换增益,根据系统扰动的大小进行自适应调节,从而改善由于固定切换增益所造成的滑模控制器输出量过大以及抖振等现象.基于Lyapunov理论证明了复合控制的稳定性,最后通过仿真进一步验证了控制策略的可行性及有效性.     

基于干扰补偿的拦截弹制导控制一体化设计

针对姿控式直接力/气动力复合控制拦截弹,提出一种基于干扰补偿和动态面方法的制导控制一体化(IGC)算法.首先设计一种适用于未知上界干扰的变增益扩张状态观测器(TVGESO),在有效保证估计精度的同时,能够减弱初始尖峰现象;然后考虑目标机动以及喷流扰动等模型不确定性,应用TVGESO在线干扰逼近补偿,基于积分滑模动态面方法设计了IGC算法;最后基于Lyapunov理论对闭环系统稳定性进行证明.数值仿真结果表明了所提出设计方案的有效性.     

一种基于时变干扰观测器的高超声速飞行器容错控制策略设计

为了提高高超声速再入飞行器(HRV)在执行机构故障情况下的姿态控制效果,提出一种基于时变干扰观测器和参考轨迹重构器(RVG)的滑模容错控制策略.首先,设计一种新型自适应干扰观测器(ADO)来估计系统扰动,在保证估计精度的同时,能够有效削弱传统干扰观测器的初始超调现象;然后,基于反步法设计HRV的滑模控制器,在设计中引入参考轨迹重构器以避免故障突变引起的初始尖峰,并且在滑模面的设计中利用ADO所估计的系统扰动实现干扰的在线补偿.仿真结果表明,所设计的控制策略可以有效解决传统的基于高增益干扰观测器的滑模控制律受故障引起的突变和初始估计误差造成控制系统动态性能恶化的问题.     

基于扰动观测器的双容水箱液位系统自适应滑模控制

针对存在外部扰动的双容水箱液位系统,为了实现精确的液位控制,该文提出了一种基于非线性扰动观测器的自适应滑模控制方法。设计了含积分作用的滑模面和自适应滑模趋近律,以提高趋近速度和控制精度,并且减小抖振。同时提出了一种非线性扰动观测器估计系统的外部扰动,并将估计值前馈补偿到自适应滑模控制器。通过李亚普诺夫稳定性定理证明了该控制策略的闭环系统稳定性。仿真和实验结果表明,在系统存在外部干扰的环境下,所提出的控制策略与传统滑模控制方法相比,控制精度更高且干扰抑制能力更强。     

一类不确定离散时间系统的积分滑模控制

针对一类同时存在匹配和非匹配不确定性的离散时间系统,提出一种基于幂次函数的离散积分滑模控制方法.理论分析表明,所提出的方法可以消除离散积分滑模控制系统的抖振,而且能够保证对系统的匹配和非匹配不确定性具有强鲁棒性.在系统不确定性的界未知的情况下,通过引入一步延时干扰估计完成了控制器的设计,并给出了闭环系统稳定性证明.仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

严格反馈非线性系统的自适应神经网络输出反馈控制

基于非线性反馈函数,文章设计神经网络状态观测器,解决一类非线性系统的输出反馈控制问题.非线性反馈神经网络观测器在系统存在不确定性函数的情况下实时估计系统状态.利用所获得的状态信号,设计了自适应神经网络动态面控制器,同时保证了闭环系统的稳定性和所有信号的有界性.通过调节设计参数的取值能够达到期望的闭环跟踪性能.数值仿真表明,所设计的状态观测器不需要对原系统做状态变换,能够克服输出反馈滑模控制器带来的抖震问题.     

非线性不确定系统的非奇异快速终端滑模控制

针对存在非匹配干扰的非线性系统,设计了一种基于干扰观测器和反步法的非奇异快速终端滑模控制.引入非线性干扰观测器估计系统的不确定性,利用反步的思想处理高阶非线性系统,从而可以将非线性干扰观测器估计的干扰值引入反步法的虚拟控制量中,同时设计一种新颖的非奇异快速终端滑模控制律保证系统的收敛速度和精度.利用Lyapunov函数从理论上证明了所设计的控制器可以保证闭环系统的有限时间收敛.最后通过数值仿真验证了所设计的控制方法的有效性.     

非匹配不确定系统的滑模控制及在电机控制中的应用

针对具有匹配与非匹配不确定的非线性系统,设计基于干扰观测器和多幂次趋近律的滑模控制策略.首先,通过干扰观测器估计系统的不确定,实现估计误差在有限时间内收敛;其次,基于积分型滑模面,并结合多幂次趋近律,设计了连续滑模控制律,避免了传统滑模的抖振问题.与基于单幂次和双幂次趋近律的滑模控制策略相比,所设计的基于多幂次趋近律的控制策略,提高了系统的收敛速度.最后,通过数值仿真和永磁同步电机控制仿真验证了所设计的控制策略的有效性.     

基于干扰观测器的非线性不确定系统自适应滑模控制

本文研究了一类基于非线性干扰观测器的多输入多输出非线性不确定系统的边界层自适应滑模控制方法并应用于近空间飞行器高精度姿态控制.考虑系统存在不确定性和外部干扰上界未知的情况,设计了基于干扰观测器的边界层自适应滑模控制器,以消除传统滑模控制中的"抖振"现象,使跟踪误差趋近于零.同时,利用李雅普洛夫方法严格证明了闭环系统的稳定性.最后将所研究的自适应滑模控制方法,应用于某近空间飞行器的姿态控制中,仿真结果表明在不确定性和外部干扰作用下能保证姿态控制的稳定性,对参数不确定具有较好的鲁棒性.     

基于三阶干扰观测器的三轴MEMS陀螺稳定控制

微机电系统(Micro-Electro-Mechanic System,MEMS)陀螺仪是一种新兴的惯性传感器,然而在加工制造和现场应用过程中,MEMS陀螺不可避免地会受到外界干扰的影响,降低角速率检测精度。针对无法等效到输入通道且频率成分复杂的不匹配干扰,提出一种基于三阶干扰观测器的全局滑模控制方法。利用三阶干扰观测器估计频率成分复杂的不匹配干扰,在此基础上提出一种新的非线性滑模面实现滑动模态的全局鲁棒性,滑模面的可达性由指数趋近律保证。仿真结果表明了该基于干扰观测器的全局滑模控制器能够有效抑制不匹配成分,干扰估计误差由0.58降至0.18,且陀螺三轴位置响应呈现更小的超调。     

具有外部干扰的二阶多自主体系统的协同运动

为解决多自主体系统在群集运动过程受到外部干扰影响的问题,本文研究了具有外部干扰的二阶多自主体系统的分布式协同控制.本文中的外部干扰包括匹配干扰和不匹配干扰,针对系统中的匹配干扰,设计了状态观测器和干扰观测器,对系统的未知状态和干扰进行估计,并且构造了基于干扰观测器的多自主体协同控制算法.对于系统中的不匹配干扰,设计了与匹配干扰不同的干扰观测器,构造了基于主动抗干扰观测器的协同控制算法.运用矩阵论和现代控制理论等方法,研究了基于干扰观测器的二阶多自主体系统的协同控制.应用计算机仿真分别验证在多自主体系统具有匹配干扰和不匹配干扰的情况下结论的有效性,仿真结果表明,本文所设计的多自主体协同控制算法可以使跟随者最终都收敛到领导者的状态,实现了具有匹配干扰和不匹配干扰的二阶多自主体系统的状态一致性.