集成神经网络与自适应算法的分数阶滑模控制

针对被控对象的参数时变和外部扰动问题,本文融合神经网络的万能逼近能力和自适应控制技术,并结合分数阶微积分理论,提出了基于神经网络和自适应控制算法的分数阶滑模控制策略.本文采用等效控制的方法设计滑模控制律,并利用神经网络的万能逼近能力估测控制律的变化,结合自适应控制算法和分数阶微积分理论抑制传统滑模控制系统的抖震,同时根据Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性,最后给出了实验结果.实验结果表明,本文提出的基于神经网络和自适应控制算法的分数阶滑模控制系统,能保持滑模控制器对系统外部扰动和参数变化鲁棒性的同时,也能有效地抑制抖震,使得系统获得较高的控制性能.     

非匹配不确定MIMO系统的分数阶终端滑模控制

针对一类非匹配不确定多输入多输出(Multi-input multi-output, MIMO)系统提出一种分数阶终端滑模控制(Fractional-order terminal sliding-mode, FOTSM)策略, 使系统输出收敛到零而非其邻域. 该方法解除传统反步法控制律设计中, 虚拟控制增益右伪逆矩阵必须存在的严苛限制; 对系统不确定性的假设不局限于慢时变和H2范数有界型扰动, 分析控制增益存在摄动情况下系统的控制问题. 分数阶终端滑模面及其控制律的设计使得虚拟和实际控制信号连续, 削弱抖振现象, 利用自适应滑模切换增益技术解决由控制增益矩阵摄动引起的代数环问题. 最后, 仿真分析验证所提方法的正确性和优越性.     

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.     

不确定扰动分数阶混沌系统自适应Terminal滑模同步

针对带扰动不确定分数阶混沌系统的同步问题,基于自适应Terminal滑模控制,设计了一种分数阶非奇异Terminal滑模面,保证误差系统沿着滑模面在有限时间内稳定至平衡点,在系统外部扰动和不确定性的边界事先未知的情况,设计了自适应控制率,在线估计未知边界,使得同步误差轨迹能到达滑模面。最后,以三维分数阶Chen系统和四维分数阶Lorenz超混沌系统为例,利用所设计的自适应Terminal滑模控制器进行同步仿真,验证了所给方法是有效性和可行性。     

基于分数阶PI的逆变器双环控制研究

研究逆变器波形控制技术的问题,传统PI控制存在明显的缺点,导致输出电压质量不佳.为了提高逆变器输出电压的稳态和动态性能,提出了一种新的分数阶PI控制策略.分数阶PI控制器比PI控制器多了一个可调参数λ,使设计更加灵活,性能更加优越.仿真结果显示,分数阶PI控制策略提高了逆变器输出电压的稳态精度,增强了负载抗干扰能力,系统获得较快的动态响应,改进控制策略对于中小型风力发电系统并网逆变器的实际应用具有重要圣者价值.     

分数阶鲁棒自适应控制

研究了分数阶模型参考自适应控制系统.引入了分数阶微积分的概念,利用系统的输入输出,通过构造辅助信号设计了分数阶的自适应控制器和一类新的有界干扰系统的变结构分数阶鲁棒自适应控制器.基于分数阶微积分和Lyapunov稳定性理论,证明了所设计的闭环系统的稳定性.最后,仿真实验验证了此方法的有效性.     

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.     

基于自适应神经网络的分数阶混沌系统滑模同步

针对一类异结构不确定分数阶混沌系统的同步问题,基于Lyapunov稳定性理论和分数阶系统稳定性理论,提出一种神经网络结合干扰观测器的主动反馈控制方法. 设计一种非线性干扰观测器对干扰进行观测,通过滑模控制对未观测出的部分干扰进行补偿,最终实现分数阶混沌系统的同步.与现有方法相比,采用的模型更符合工程应用实际,且不需要已知不确定项上界.数值仿真验证了所提出方法的有效性和正确性.     

基于分数阶滑模控制技术的永磁同步电机控制

针对传统整数阶滑模控制系统中存在的抖震问题,本文提出了分数阶滑模控制策略并应用到永磁同步电机的速度控制.传统滑模控制器中的开关函数由作用在切换流型或其整数阶导数面推广到其分数阶导数面,利用分数阶系统的特性,缓慢地传递系统的能量,有效地削减抖震.本文采用模糊逻辑推理算法,实现软开关切换增益的自整定.仿真和实验证明,本文提出的分数阶滑模控制系统不但能有效地削减抖震,而且能保持滑模控制器对系统参数变化和外部扰动的鲁棒性.     

基于非线性扰动观测器的PMLSM自适应反推分数阶积分滑模控制

为提高永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统的位置跟踪精度,克服其易受外部扰动、参数变化、摩擦力等不确定因素影响的问题,本文提出了一种基于非线性扰动观测器(NDO)的自适应反推分数阶积分滑模(ABFOS-MC)控制方法.首先,对PMLSM建立动态数学模型.其次,针对PMLSM的非线性特性,采用反推控制设计虚拟控制函数,实现系统位置的精准跟踪,并结合分数阶积分滑模控制方法增强系统的鲁棒性.最后,引入NDO估计系统不确定性,将观测结果动态补偿到ABFOSMC中,有效降低不确定性因素对系统伺服性能的影响,提高位置跟踪精度.实验结果显示,所提出的方法切实可行,有效提高了系统鲁棒性能和跟踪性能.     

Comments on “Adaptive multiple-surface sliding control for non-autonomous systems with mismatched uncertainties”

This note points out that the time complexity of the main multiple-surface sliding control (MSSC) algorithm in Huang and Chen [Huang, A. C. & Chen, Y. C. (2004). Adaptive multiple-surface sliding control for non-autonomous systems with mismatched uncertainties. Automatica, 40(11), 1939-1945] is O(2ⁿ). Here, we propose a simplified recursive design MSSC algorithm with time complexity O(n), and, using mathematical induction, we show that this algorithm agrees with this MSSC law.     

海浪扰动下水下航行器的动力定位性能分析

水下航行器动力定位是通过对水下航行器的多个螺旋桨推进器的转速、推力进行控制调节以抵御外界环境扰动,体现了水下航行器在外界环境扰动下执行各种任务的能力.通过对随机波浪扰动下的水下航行器前向动力定位进行建模仿真,分析得到各个状态特性与环境扰动分量对水下航行器动力定位性能的影响.进行了水下航行器的运动方程和螺旋桨动力学特性的精确建模;再针对波频扰动下的变参数问题以及控制器的鲁棒性和自适应性要求,建立了水下航行器动力定位滑模控制器;最后,将PM谱的随机波浪扰动应用于动力定位仿真研究,仿真结果显示,螺旋桨的动力学特性、幅值限制以及波浪的流速与加速度信息直接影响了水下航行器的动力定位性能.     

一类非线性系统的间接自适应模糊滑模控制

基于启发式知识的模糊控制是一种解决非线性系统控制问题的有效方法。然而其设计缺乏系统性,并且系统的稳定性和鲁棒性难以保证。本文利用滑模控制的概念和Lyapunov综合方法提出一种针对一类非线性系统的间接自适应模糊滑模控制（IAFSMC）方法。仿真研究表明即使在缺少系统先验知识和不确定性干扰的情况下,系统性能也十分理想。     

ADALINE based robust control in robotics: a Riemann-Liouville fractional differintegration based learning scheme

This paper presents an approach to improve the performance of intelligent sliding model control achieved by the use of a fundamental constituent of soft computing, named Adaptive Linear Element (ADALINE). The proposed scheme is based on the fractional calculus. A previously considered tuning scheme is revised according to the rules of fractional order differintegration. After a comparison with the integer order counterpart, it is seen that the control system with the proposed adaptation scheme provides (1) better tracking performance, (2) suppression of undesired drifts in parameter evolution and (3) a very high degree of robustness and insensitivity to disturbances. The claims are justified through some simulations utilizing the dynamic model of a two degrees of freedom (DOF) direct drive robot arm and overall, the contribution of the paper is to introduce the fractional order calculus into a robust and nonlinear control problem with some outperforming features that are absent when the integer order differintegration operators are adopted.     

一类非线性系统的模糊自适应滑模输出反馈控制

针对一类非线性系统,提出一种新的模糊自适应滑模输出反馈控制方法,该方法不需要非线性系统的状态可测的假设。基于李亚普诺夫函数方法,给出了模糊自适应输出反馈控制律以及在线调节的参数自适应律,证明了模物闭环系统的稳定性和跟踪误差的收敛性。     

Chattering free adaptive fuzzy terminal sliding mode control for second order nonlinear system

A novel fuzzy terminal sliding mode control （FTSMC） scheme is proposed for position tracking of a class of second-order nonlinear uncertain system. In the proposed scheme, we integrate input-output linearization technique to cancel the nonlinearities. By using a function-augmented sliding hyperplane, it is guaranteed that the output tracking error converges to zero in finite time which can be set arbitrarily. The proposed scheme eliminates reaching phase problem, so that the closed-loop system always shows invariance property to parameter uncertainties. Fuzzy logic systems are used to approximate the unknown system functions and switch item. Robust adaptive law is proposed to reduce approximation errors between true nonlinear functions and fuzzy systems, thus chattering phenomenon can be eliminated. Stability of the proposed control scheme is proved and the scheme is applied to an inverted pendulum system. Simulation studies are provided to confirm performance and effectiveness of the proposed control approach.     

Chattering free adaptive fuzzy terminal sliding mode control for second order nonlinear system

A novel fuzzy terminal sliding mode control (FTSMC) scheme is proposed for position tracking of a class of second-order nonlinear uncertain system. In the proposed scheme, we integrate input-output linearization technique to cancel the nonlinearities. By using a function-augmented sliding hyperplane, it is guaranteed that the output tracking error converges to zero in finite time which can be set arbitrarily. The proposed scheme eliminates reaching phase problem, so that the closed-loop system always shows invariance property to parameter uncertainties. Fuzzy logic systems are used to approximate the unknown system functions and switch item. Robust adaptive law is proposed to reduce approximation errors between true nonlinear functions and fuzzy systems, thus chattering phenomenon can be eliminated. Stability of the proposed control scheme is proved and the scheme is applied to an inverted pendulum system. Simulation studies are provided to confirm performance and effectiveness of the proposed control approach.