一种新型复合滑模趋近律设计与分析

针对传统幂次趋近律存在的抖振以及全局收敛缓慢的问题,提出一种新型复合滑模趋近律,该趋近律通过引入正切函数以及对传统幂次趋近律的改进,实现趋近律的快速收敛和无抖振特性.首先,引入正切函数,在初始状态已知的情况下使系统更快地收敛;其次,通过设计的趋近律改进传统幂次趋近律中含符号函数乘积项容易引起的抖振;然后,理论证明新型复合趋近律能够快速收敛且无抖振,并推导出趋近速率及稳态误差界;最后,以直线磁悬浮同步电动机磁悬浮系统为例,与双幂次趋近律和多幂次趋近律仿真对比,进一步验证新型复合趋近律能够明显缩短系统的动态过程并消除抖振,且存在模型不确定性及外加干扰作用下,系统仍能迅速地收敛到平衡点附近的领域内.     

一种多幂次滑模趋近律设计与分析

针对传统滑模趋近律使系统存在抖振现象、收敛速度较慢及动态响应不平滑等问题, 提出一种多幂次滑模趋近律.该趋近律通过三个幂次项系数在系统趋近过程不同阶段进行针对性地调节, 使系统动态响应过程的收敛速度大幅度提高, 且无抖振现象.理论验证了其存在性、可达性及稳定性, 并详细推导了趋近速率及干扰稳定界.以航天器姿态机动控制系统为例, 对比仿真结果表明该趋近律下, 系统的动态过程有较大改善并消除了抖振, 且在存在模型不确定性及外加干扰作用下, 系统仍可较快地收敛到平衡点附近的邻域内.     

带饱和函数的幂次新型滑模趋近律设计与分析

针对滑模控制系统中存在抖振严重、收敛速度慢的问题,设计了一种带饱和函数的幂次滑模趋近律,该趋近律通过饱和函数和两个幂次项系数在系统趋近过程不同阶段进行针对性地调节,提高了系统动态响应过程的收敛速度,且有效削弱了抖振,从理论上证明了其存在性和可达性。将该趋近律应用到存在干扰的二力臂机械手名义模型控制系统中,结果表明,所提出的趋近律提高了系统的收敛速度,而且有效抑制了系统的抖振。     

一种新型滑模控制双幂次趋近律

针对滑模控制中传统趋近律存在收敛速度慢、时间长和抖振严重等不足,提出一种利用双幂次趋近律提高系统状态收敛速度的设计方案.该双幂次趋近律无论在远离滑动模态还是在接近滑动模态的空间内均具有快速收敛能力.理论分析表明,该双幂次趋近律具有二阶滑模特性,当系统存在不确定性时,系统状态及其导数可以快速收敛到平衡零点的邻域内.仿真结果表明,双幂次趋近律与传统幂次趋近律、指数趋近律、快速幂次趋近律相比,具有更快的收敛速度和更好的运动品质.     

一种离散系统滑模双幂次趋近律设计

在控制理论的研究中,离散系统的滑模变结构控制是控制理论所关注的重要问题,其中趋近律与控制器的设计直接影响系统稳定性及动态性能.为了解决传统趋近律存在系统抖振、动态过程过渡较慢等问题,提出一种基于神经网络的离散系统双幂次趋近律,并设计了相应滑模控制器.经理论证明,该趋近律可以有效抑制系统抖振、加快动态趋近速度并增强系统鲁棒性.通过与单幂次趋近律以及传统双幂次趋近律仿真对比,趋近律具有较快收敛速度并且系统在基于趋近律设计的控制器控制下,动态性能得到明显改善.     

基于双幂次趋近律的滑模控制方法

针对滑模控制中传统趋近律存在抖振、收敛速度慢的问题, 提出一种基于特定双幂次趋近律的滑模控制方案. 双幂次趋近律具有全局快速的固定时间收敛特性, 收敛时间存在与滑模初值无关的上界. 当系统存在有界集总扰动时, 双幂次趋近律能使滑模及其一阶导数在有限时间收敛到稳态误差界内. 仿真分析验证了所提出方法的有效性.

     

全景式航空相机的离散滑模控制

为了提高全景式航空相机镜筒速度控制系统的动态特性,使其具有响应速度快且超调小的特点,本文提出一种基于降维状态观测器的离散滑模控制方法,对镜筒角速度、角加速度进行观测,并对其速度系统进行控制.针对高氏趋近律带来的控制抖振和稳态抖振问题,本文采用幂次函数趋近律的方法,并对这种方法进行了无抖振理论分析以及稳定性证明.最后以某全景式航空相机作为实验平台,将基于幂次函数趋近律的离散滑模控制应用到镜筒速度控制系统中.实验结果表明,本文提出的控制方法能够有效地减小系统的抖振,使镜筒速度控制系统表现出良好的动态品质.     

改进幂次趋近律的机械臂滑模控制律设计

针对机械臂滑模控制中存在的抖振问题,采用趋近律的方法来进行改善,在对机械臂的控制特点和常用的滑模趋近律进行分析的基础上,针对幂次趋近律的缺点,提出了一种改进的幂次趋近律,并对其趋近性能进行了分析;根据机械臂动力学模型和改进的幂次趋近律设计了相应的滑模控制策略,对其控制策略的位置跟踪特性和抖振消除能力等进行了验证;仿真结果表明,该控制策略不仅有效地抑制了机械臂滑模控制中的抖振问题,而且保证了机械臂系统对期望轨迹的快速跟踪性,具有更好的趋近特性和收敛特性。     

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.     

基于幂次函数的离散滑模控制算法

利用幂次函数构造一种新的趋近律离散滑模控制算法,并给出了无抖振的理论证明.对于标称系统,该算法可使切换函数无抖振、无正负交替地快速趋近于零;对于满足匹配条件的不确定性系统,可使切换函数无抖振、单调地收敛于与外干扰相关的某一数值.利用倒立摆模型进行了数值仿真,结果表明,控制器的输出、切换函数、被控系统的输出均不存在抖振现象,而且被控系统表现出了良好的动态品质.     

An improved continuous sliding mode controller for flexible air‐breathing hypersonic vehicle

An improved continuous sliding mode control algorithm is proposed for a flexible air‐breathing hypersonic vehicle (FAHV), including nonsingular fast fixed‐time sliding surface (NFFS) and dual‐layer adaptive continuous twisting reaching law (DACTL). Firstly, the nonlinear control‐oriented model of FAHV is processed using input/output feedback linearization method with the significant flexible effects modeling as unknown matched disturbances. Secondly, a novel NFFS is improved from conventional fixed‐time sliding surface by adjusting power exponent to accelerate convergence rate. In the meanwhile, in order to avoid singularity aroused by fractional power term, an exponential convergent sliding surface is switched when tracking error approaches zero. Thirdly, a DACTL is proposed to realize finite‐time convergence of sliding mode variable with higher convergence precision and less chattering. Dual‐layer adaptive law is utilized to adjust the gain in DACTL based on equivalent control concept so as to enhance robustness automatically and avoid overestimation of control gain. Meanwhile, disturbances can be compensated without knowledge of Lipschitz constants. Ultimately, simulations on longitudinal control of FAHV demonstrate the control algorithm proposed is superior to conventional quasi‐continuous sliding mode controller in the aspect of convergence accuracy and chattering suppression.     

On 2 types of robust reaching laws

The reaching law is an important part of a sliding‐mode controller, which guarantees the existence of sliding motion in finite time. Fast access to sliding motion with a weak chattering phenomenon in control input is always desired. In this paper, 2 different types of reaching laws are proposed, which guarantee finite‐time convergence to the sliding manifold. Moreover, the reaching time is robust to initial conditions and can be designed by the user. Some useful discussions on the design of parameters are also presented to weaken the chattering phenomenon. A careful simulation study is finally provided to verify the effectiveness and efficiency of the proposed methods.     

基于变速趋近律的机电伺服系统自适应滑模控制

针对带有摩擦力矩、负载力矩以及扰动力矩等不确定性的机电伺服系统,提出一种基于变速趋近律的自适应滑模控制方法.首先,构造双曲正切型辅助函数并设计新的变速趋近律,用以调节滑模变量的收敛速度,使其在到达减速点之前具有较快的收敛速度,而在到达减速点以后则能有效削弱抖振.在此基础上,构造自适应滑模控制器,保证系统位置输出能够快速...     

基于隐式积分的广义离散趋近律

针对传统基于前向欧拉近似的离散趋近律存在数值抖振的问题,首先,提出一种衍生于后向欧拉积分的广义离散趋近律,该广义离散趋近律具有全局无抖振收敛特性,并释放更多的参数设计自由度;然后,揭示趋近律参数对滑模变量收敛速率的影响关系,为参数整定提供理论依据;最后,在考虑系统不确定性时,给出滑模面最终的边界层,验证所设计的趋近律可同时确保系统的快速瞬态响应和高精度控制.数值仿真验证了所提出算法的有效性.