基于非线性干扰观测器的机械臂终端滑模控制

为了在干扰存在的情况下实现对五自由度机械臂的有效控制,提出了一种基于非线性干扰观测器的终端滑模控制策略.通过选择适当的非线性增益函数,干扰观测器能够精确地估计未知干扰,实现对控制器的补偿,降低滑模控制抖振.非奇异快速终端滑模面的设计提高了收敛速度,保证轨迹跟踪误差在有限时间内快速收敛.基于Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性,数值仿真结果验证了所设计方法的有效性.     

基于干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法

针对多关节机械臂难以实现对目标轨迹的高精度跟踪控制的问题,提出了一种基于非线性干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法。首先,结合了传统的快速终端滑模控制和非奇异终端滑模控制,不仅可以使跟踪误差在有限时间快速收敛至零且对机械臂建模误差和外界干扰具有强鲁棒性。其次,针对控制输入抖振严重的问题,通过引入非线性干扰观测器技术和饱和函数方法,从而降低了抖振。最后,以三自由度机械臂为研究对象在Matlab/Simulink环境下进行了对比仿真实验,结果表明,相比于现有的线性滑膜和非奇异快速终端滑模控制方案,在存在建模误差、外界干扰和关节摩擦等不确定性的情况下,所设计的控制方法不仅解决了控制输入抖振较大的问题且实现了各关节对期望轨迹的高精度快速跟踪,从而验证了所提出的基于非线性干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法的有效性和可行性。     

压电定位台RBF非奇异快速终端滑模跟踪控制

为了实现对具有强非线性压电定位台的精确位置跟踪,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络和非奇异快速终端滑模面的自适应控制方法.对压电定位台进行了自适应控制建模,设计了非奇异快速终端滑模控制器.结合RBF神经网络实现了控制器的改进,提出了RBF非奇异快速终端滑模控制器及其参数更新规律,采用李雅普诺夫理论进行了稳定性证...     

面向旋翼飞行器的仿生机械臂终端滑模控制

为满足不断增长的空中作业需求,提出一种面向旋翼飞行器的仿生机械臂,并针对仿生机械臂的控制问题,设计一种基于时延估计及模糊自适应增益调整的非奇异终端滑模控制器,该方法采用时延估计技术对仿生飞行机械臂系统的未知动力学参数进行估计,不需要精确的动力学模型,更具实用性.控制器的主要部分是非奇异终端滑模,在时延估计误差和外界干扰...     

柔性物料提升机不确定鲁棒控制及振动抑制

以柔性臂式物料提升机为对象,研究了其惯性参数不确定情况下的鲁棒位置控制和柔性振动主动抑制.利用拉格朗日-假设模态法建立其刚柔耦合模型,针对刚柔耦合系统强非线性的特点,基于奇异摄动法,将系统降阶为快、慢双时间尺度子系统,快变子系统表征机械臂柔性振动,采用最优控制主动抑制;慢变子系统表征机械臂刚性运动,考虑到提升机末端负载变化会给系统参数带来不确定性,采用非奇异终端神经滑模控制.计算结果表明:所设计控制器不仅能保证柔性臂式物料提升机位置的精确控制,对末端负载变化有较强的鲁棒性,而且能实现对柔性振动的快速抑制.     

火箭炮位置伺服系统非奇异终端模糊滑模控制

针对火箭炮位置伺服系统运行过程中所存在的转动惯量和冲击力矩变化大等各种不确定因素,提出了一种基于多滑模面的终端模糊滑模控制策略。引入Nussbaum增益补偿实际控制器不确定量,使用模糊逻辑系统自适应补偿系统中未知非线性量,最后一步引入非奇异终端滑模使系统的位置误差在有限时间内收敛,从而降低系统参数变化和外部干扰对火箭炮跟踪性能的影响。仿真结果表明,同传统终端滑模控制方法相比,该控制方法不仅能够有效消除滑模抖振,保证系统速度响应和控制精度,同时对参数摄动和负载扰动具有很强的鲁棒性。     

基于趋近律的力矩电机终端滑模轨迹跟踪控制

针对终端滑模控制的抖振及收敛缓慢问题,提出一种基于改进趋近律的快速非奇异终端滑模控制(FNTSM)策略,将提出的控制策略应用于直流力矩电机的跟踪控制,设计了FNTSM轨迹跟踪控制器.仿真结果表明:在负载扰动力矩影响下,该算法能有效地抑制抖振,准确跟踪目标轨迹,使跟踪误差在有限时间内收敛到零;此外,与基于指数趋近律、快速平滑趋近律的普通非奇异终端滑模相比,具有更好的趋近性能和更快的收敛速度,验证了所提算法的有效性和优越性.     

基于干扰观测器的板球系统非奇异终端滑模控制研究

针对板球系统存在非匹配外界干扰和建模误差的问题,提出了基于非线性干扰观测器(NDO)的非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC)。首先利用非线性干扰观测器对系统的非匹配干扰进行估计,结合反演法思想对虚拟控制量进行调整;然后设计非奇异快速终端滑模控制律保证系统的收敛速度和精度,并对其稳定性进行了分析;最后将所设计方法用于板球系统的不同速度情况下的控制。仿真结果表明,所提出的方法能有效地观测系统干扰,保证系统的鲁棒性。     

不确定非线性系统的自适应反推终端滑模控制

针对一类具有未知非线性函数的严格反馈型不确定非线性系统,提出了一种自适应反推终端滑模控制方法。反推控制的前n-1步结合动态面控制技术设计虚拟控制律,第n步仅采用一个神经网络函数逼近器补偿系统所有未知非线性函数,得到了基于全局快速终端滑模控制的自适应神经网络控制器；通过引入一阶滤波器，不仅避免了传统反推控制存在的复杂计算,提高了系统的收敛速度,而且通过引入逼近误差和不确定干扰上界的自适应补偿项来消除建模误差和参数估计误差的影响,改善了稳态跟踪精度。理论分析证明闭环系统所有信号半全局一致终结有界，仿真结果验证了该方法的有效性。     

考虑关节摩擦的机械臂系统变结构自适应控制

针对机械臂关节非线性摩擦因素影响,结合滑模变结构控制方法,提出一种考虑关节摩擦作用的机器臂系统变结构自适应控制方法。通过定义Lyapunov函数,获得了参数自适应律。在回归矩阵计算中,利用期望轨迹及速度替代关节实际轨迹及速度,有效节约了回归矩阵计算时间。仿真结果表明,该方法对系统不确定性和非线性关节摩擦等干扰具有很好的鲁棒性。     

带摩擦补偿的滚珠丝杠副进给系统自适应滑模控制

为了提高滚珠丝杠副进给系统的跟踪性能,采用了带摩擦补偿的自适应滑模控制方法.基于滚珠丝杠副进给系统轴向振动特性建立了两自由度的质量模型,根据模型的状态方程设计了系统的反演滑模控制器,考虑到外界干扰的影响设计了带自适应律的自适应滑模控制器.采用基于Stribeck摩擦模型的摩擦补偿方法和遗传算法对滚珠丝杠副进给实验台的Stribeck摩擦模型进行了参数辨识.采用建立的控制方法在实验台上进行了轨迹跟踪实验.实验结果表明:在没有使用摩擦补偿情况下自适应滑模控制器最大跟踪误差为31.85μm;使用带摩擦补偿的自适应滑模控制器,其最大跟踪误差减小为15.55μm.实验结果证明了针对滚珠丝杠副进给系统轴向振动特性模型设计的自适应滑模控制器具有较高的跟踪性能,并且采用带摩擦补偿的自适应滑模控制方法显著提高了滚珠丝杠进给系统的跟踪精度.     

电子节气门的非奇异快速终端滑模控制

为了提高汽车电子节气门开度控制的响应速度和精确度,研究与设计了一种非奇异快速终端滑模控制策略.建立了电子节气门控制系统的非线性数学模型;利用节气门阀片实际开度与期望开度的误差及误差的导数设计非奇异快速终端滑模面和终端吸引子,使用扩张状态观测器估计开度的一阶导数,设计了不存在奇异控制量且收敛快速的节气门非奇异快速终端滑模控制器,证明了这种控制器的李雅普若夫稳定性;对4种参考输入信号使用非奇异快速终端滑模控制和普通滑模控制在MATLAB/simulink中进行了仿真.仿真结果表明,相比于普通滑模控制方法,非奇异快速终端滑模控制方法具有更短的调节时间和更小的跟踪误差,在4种参考输入信号的作用下,普通滑模控制器需要1s甚至1.2s的时间才可基本实现跟踪,且跟踪误差较大,而非奇异快速终端滑模控制器可确保电子节气门开度在0.1s实现对参考信号的跟踪,且跟踪误差的绝对值小于0.2°,同时冲击扰动信号作用下的仿真结果表明非奇异快速终端滑模控制器具有较好的鲁棒性.     

主从机械手遥操作双边自适应阻抗控制策略

在主从机械手遥操作实现力、位移协同一致跟踪控制过程中,存在着机械手关节摩擦以及外部不确定干扰引起的模型不确定的问题,针对此问题提出了双边自适应阻抗控制策略.通过设计两种非线性模型参考自适应控制器,设计基于滑模函数的鲁棒自适应控制律补偿机械手模型不确定误差;利用自适应律估计外界干扰的上界,保证了主从机械手闭环动态方程与参考阻抗模型动态方程相一致,实现了主从机械手末端对参考阻抗模型输出的期望位置误差渐进收敛于零.通过李雅普诺夫函数证明了跟踪性能与全局稳定性,在MATLAB/Simulink平台上实现了二自由度机械手遥操作仿真实验.结果表明:整体控制在模型不确定及外部干扰条件下具有很好的力-位置跟踪渐进收敛能力,整体系统具有稳定性和较高的透明性,并且具有鲁棒性及较小的稳态误差,具有自适应控制能力.     

受限机械臂的自适应小波滑模位置/力混合控制

针对终端运动受约束的机械臂位置/力混合控制问题,提出了一种自适应小波滑模控制算法.该控制方案将滑模控制的鲁棒性及自适应调整能力与小波神经网络相结合,根据坐标变换得到降阶位置/力模型,针对降阶模型采用小波神经网络在线学习系统未知动力学模型中的非线性部分,同时引入滑模控制自动调整小波网络权值参数,从而对神经网络的固有逼近误差进行有效补偿,达到期望的跟踪性能.二自由度机械臂的仿真结果表明该控制器能保证系统快速有效跟踪指定参考信号.     

TCP网络的非线性自适应滑模控制

针对TCP网络存在网络参数高度变化和UDP流的情况,提出了两种非线性自适应滑模控制算法.考虑到系统不确定的上界很难获得,针对系统不确定的上界设计了一种自适应滑模控制器.由于使用了符号函数,该算法不能有效地抑制抖振.为此,设计了一种直接对不确定进行自适应的滑模控制器.仿真结果表明,对不确定的上界自适应的滑模控制器优于对上界自适应的滑模控制器,对上界自适应的滑模控制器优于PI控制器.     

基于固定时间终端滑模控制的塔吊防摆定位研究

为了提高受外部干扰的四自由度欠驱动塔吊系统防摆定位控制性能和鲁棒性能，研究了基于固定时间收敛理论的非奇异快速终端滑模控制(Non-singular fast terminal sliding mode control, NFTSMC)方法。设计了一种非奇异快速终端滑模面，可避免控制器在系统状态接近平衡点时发生奇异。为有效抑制滑模控制器的抖振效应，设计了一种弱抖振固定时间趋近律。在此基础上，提出了一种基于固定时间分层滑模的塔吊防摆控制方法，并利用Lyapunov理论证明了闭环系统的固定时间有界。最后仿真结果验证了所提方法的有效性。     

高超声速飞行器自适应高阶终端滑模控制

针对高超声速飞行器的纵向运动模型,研究了飞行器输出跟踪控制问题,提出了一种将动态逆方法与高阶终端滑模控制相结合的鲁棒自适应控制方法.首先,利用反馈线性化方法对高超声速飞行器纵向模型输入输出线性化;通过设计具有全局鲁棒性的终端滑模面,提高系统的输出收敛速度;同时,采用自适应高阶滑模控制律,在不确定上界未知条件下对其进行自适应估计,从而实现控制器增益的实时在线调整,减少系统抖振;最后,基于Lyapunov理论证明了此控制策略可以保证闭环系统稳定.仿真结果表明,所设计的控制器能够实现高超声速飞行器纵向爬升机动中速度和高度的稳定跟踪控制.     

带有未知参数和有界扰动的机械臂混沌反控制

混沌反控制是指通过对在自然状态下并不存在混沌的系统设计控制方案来实现闭环系统的混沌.文中针对带有未知参数和有界扰动的机械臂,设计了一种带有自适应终端滑模项的RBF神经网络控制器,来实现机械臂的混沌反控制.采用RBF神经网络逼近系统的未知非线性函数,通过自适应终端滑模实现系统对外界扰动的鲁棒性;利用Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统所有信号的最终一致有界;最后,以两连杆平面机械臂为例,通过仿真验证了所提方法的可行性与有效性.     

基于新型双曲正切趋近律的固定/有限时间姿态控制

本文研究了基于一种新型双曲正切趋近律和非奇异固定时间终端滑模面的固定/有限时间姿态控制方法. 对没有外部干扰的航天器姿态控制问题，本文基于双曲正切函数提出了一种新型的固定时间趋近律，该趋近律只需调节控制参数就可保证滑模变量在固定时间内收敛于原点，接着结合非奇异终端滑模面设计了固定时间姿态控制器，保证航天器姿态在固定时间内收敛于原点. 对存在未知外部干扰的情况，设计了双层自适应有限时间滑模观测器估计外部扰动，基于观测器的输出设计了基于非奇异固定时间滑模面与新型双曲趋近律的控制器来对扰动进行补偿. 数值仿真验证了所提控制方法的有效性.      

基于固定时间非奇异终端滑模的汽车主动前轮转向系统控制

针对汽车主动前轮转向系统(active front steering, AFS)中的安全控制问题,提出一种基于固定时间非奇异终端滑模的主动前轮转向控制器.将固定时间终端滑模与幂次趋近律相结合设计一种新的固定时间非奇异终端滑模控制器,以实现系统的快速稳定控制和削弱系统稳态时的抖振,使得闭环系统的收敛时间仅取决于滑模面及控制器的参数设计,而与系统的初始值无关.基于Lyapunov稳定性理论验证了闭环系统的稳定性.仿真结果表明,所提固定时间终端滑模控制方法的快速性和稳定性均优于传统滑模控制和PI控制方法.