考虑系统总和扰动的多关节机械臂 反步有限时间滑模控制

针对多关节机械臂轨迹跟踪控制中存在的模型参数摄动和外部有界扰动等不确定性因素影响问题,设计了一种考虑系统总和扰动的反步有限时间滑模控制算法,用于实现多关节机械臂轨迹跟踪控制任务。首先,利用严格反馈形式描述多关节机械臂的动力学模型,并将模型参数摄动和外部有界扰动等不确定性因素看成系统的总和扰动,进而设计非线性扩张状态观测器对系统总和干扰加以估计,以提高系统的鲁棒性能;其次,在传统反步法设计的基础上结合有限时间滑模控制技术,完成系统反步有限时间滑模控制器的设计;最后,应用Lyapunov稳定性理论证明了多关节机械臂的位置矢量能够实现对期望位置矢量的有限时间稳定跟踪。仿真对比结果表明设计反步有限时间滑模控制算法的有效性。     

考虑执行器饱和补偿的移动机器人自适应积分滑模控制

针对存在执行器输入饱和约束、模型参数不确定性以及外部扰动等因素影响下的移动机器人跟踪控制问题,提出一种考虑执行器饱和补偿的移动机器人自适应积分滑模控制方法。利用双曲正切函数对执行器输入饱和约束作近似处理,并将系统动力学模型表示为仿射系统形式。将执行器输入饱和约束的近似处理误差、模型参数不确定性以及系统外部扰动扩张为一个新的状态,进而设计扩张状态观测器对系统总和扰动进行估计,在此基础上设计系统自适应积分滑模控制器,从而改善普通滑模控制中抖振突出的问题,保证系统的跟踪控制性能。对所提控制方法进行了仿真验证,结果表明,所提控制方法在执行器输入饱和约束、模型参数不确定性以及外部扰动等因素影响下能够保证跟踪误差快速稳定收敛。     

具有参数不确定的移动机器人鲁棒轨迹跟踪控制

研究了具有参数不确定性的非完整移动机器人轨迹跟踪问题.综合考虑了移动机器人的运动学和动力学方程,首先采用输入-输出反馈线性化方法得到具有不确定性的线性化模型,系统中的不确定性满足匹配条件;然后基于积分滑模控制的思想设计了鲁棒轨迹跟踪控制器,保证了系统在整个响应过程中的鲁棒性,并且分析了参数不确定对控制器的影响,给出了一个闭环系统稳定的充分条件;最后对系统具有较大的参数摄动进行了仿真试验,结果表明所设计的控制器能够保证移动机器人有效性地跟踪期望轨迹.     

可重复使用运载火箭一子级垂直回收有限时间滑模控制

针对可重复使用运载火箭一子级在垂直回收过程无动力减速段的姿态控制问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器和改进超螺旋算法的积分终端滑模控制方法。首先,基于火箭一子级绕质心运动模型,将含有模型不确定和外部扰动的姿态跟踪控制问题转化为含总扰动的二阶系统有限时间控制问题;其次,采用有限时间扩张状态观测器对系统不可测量状态量和总扰动进行估计,进一步将状态量估计值引入积分终端滑模面,基于总扰动估计值和改进超螺旋算法设计改进超螺旋积分终端滑模控制器;最后,利用Lyapunov理论证明闭环系统有限时间稳定。研究结果表明:该控制方法能够实现可重复使用运载火箭一子级姿态的准确快速跟踪并具有良好的鲁棒性。     

不确定非线性系统SISO的综合终端滑模跟踪控制器及扩展状态观测器

对带有线性动力学性能和非线性动力学性能及带有系统内部不确定因素和外界扰动因素的单输入单输出系统,本文给出了终端滑模跟踪控制方法。由于该系统状态难以测量,本文将系统内部未知的复杂非线性动力学因素及系统外界扰动因素统称为"总扰动",并视其为系统模型的增广状态。该增广状态及系统状态可以通过一个线性扩展状态观测器同步评估出来。本方法的特点是设计这样一个观测器以保证近似误差一致最终有界于一个半径为设计参数的函数的球内,该球半径可以通过优化设计参数达到任意小的程度。基于所设计的线性扩展状态观测器的输出,文中给出了保证系统输出密切跟踪所需信号的终端滑模控制器,数值模拟的结果表明所给出的控制器是有效的。     

基于扩张状态观测器的四旋翼积分滑模反步控制

针对四旋翼路径跟踪控制问题,研究了基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)、积分滑模控制器(integral sliding mode controller,ISMC)及反步法(backstepping)的四旋翼控制算法。构造了一种考虑姿态控制器响应过程的无人机控制模型;设计了扩张状态观测器对扰动进行观测,并构建了积分滑模控制器以估计扰动观测误差;设计了基于反步法的抗干扰路径跟踪控制算法,利用扩展状态观测器估计的扰动信息,通过补偿方式较好地消除了扰动影响。仿真试验表明,该方法具有良好的轨迹跟踪性能和抗干扰能力。     

采用模糊扩张状态观测器的四旋翼无人机滑模轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机(UAV)的轨迹跟踪控制存在外界未知扰动的问题,提出一种基于模糊扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制算法.首先,根据双闭环控制结构分别对姿态内环、位置外环引入模糊扩张状态观测器,利用该观测器对系统所受到外部总扰动进行在线估计.然后,根据模糊扩张状态观测器的观测值,设计非奇异快速终端滑模控制器,保证四旋翼无人机的状态变量可在有限时间内收敛于期望轨迹.最后,根据李亚普诺夫理论,得出四旋翼无人机系统的闭环稳定性,并通过仿真对比实验验证该控制算法的优越性.结果表明：所提的控制算法可以提高跟踪性能,并有效增强系统的抗外界干扰能力.     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机自适应滑模调速控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统存在参数不确定性及负载扰动问题,提出了一种基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法.在系统模型存在参数不确定性及负载扰动情况下,通过扩张状态观测器对系统的总和扰动进行实时观测,并在控制过程中加以前馈补偿以降低系统总和扰动对控制精度的影响,提高系统的动态性能.由于系统观测误差上界无法精确获得,自适应滑模控制器中的切换控制增益采用参数自适应律来调节,可有效改善系统的抖振现象,保证系统输出高精度跟踪期望信号.仿真结果表明,与传统的比例-积分(proportional-integral,PI)控制方法相比较,提出的基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法具有转速超调量小,响应速度快,对系统的参数不确定性及负载扰动具有很强的抑制力,且能够有效减弱滑模控制的抖振问题和提高系统的鲁棒性能.     

具有外部扰动的非完整移动机器人的有限时间跟踪控制(英文)

研究了具有外部扰动的动态模型的非完整移动机器人有限时间跟踪控制问题,介绍了一种有限时间扰动观测器来估计外部扰动.首先,移动机器人的跟踪误差系统被转换成两个子系统:一个三阶子系统和一个二阶子系统.然后,我们分别讨论了这两个子系统,并且设计了连续的有限时间扰动观测器和有限时间跟踪控制律.严格的证明表明了移动机器人可以在有限时间内跟踪上期望的轨迹.仿真例子说明了我们方法的有效性.     

海上舷梯末端点位置终端滑模镇定控制

针对海上舷梯末端点位置镇定控制问题，通过运动学反解，计算出补偿海浪引起的船舶摇荡运动对舷梯末端点位置的扰动，保证舷梯末端点位置在惯性坐标系下保持不变的舷梯关节期望位置；综合考虑舷梯动力学模型参数不确定及海浪引起的船舶摇荡运动对舷梯的扰动力，构造扩张状态观测器(ESO),估计由参数不确定及海浪引起的船舶摇荡运动对舷梯的扰动力组成的总扰动；进一步，设计基于ESO的终端滑模关节位置跟踪控制律，保证舷梯的关节位置跟踪其期望位置。理论分析证明了所构造的ESO的状态估计误差有界和所设计的基于ESO的终端滑模控制律使舷梯的关节位置跟踪误差在有限时间内收敛至零，从而保证舷梯末端点位置在惯性坐标系下保持不变。仿真结果验证了设计控制律的有效性。     

基于模糊干扰观测器的移动机器人自适应滑模跟踪控制

针对轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot, WMR)轨迹跟踪中存在的速度跳变和未知系统扰动,提出一种新型轨迹跟踪控制策略。该策略基于反演技术,分别设计WMR系统的运动学控制器和动力学控制器。在运动学控制器中,采用分流技术克服了轨迹跟踪初期的速度跳变问题;在动力学控制器中,将模糊干扰观测器与自适应滑模控制结合,有效解决了未知系统扰动对控制性能的影响,并且消除了传统滑模控制的抖振现象。通过Lyapunov稳定性理论,证明了该控制策略的稳定性。仿真研究表明,该控制策略具有较小的速度跳变,控制信号抖振较小,并对系统扰动具有强鲁棒性。     

结合卡尔曼滤波和离散滑模的振镜位置跟踪研究

为解决外部扰动和噪声对振镜系统位置跟踪的影响,该文提出了一种结合卡尔曼滤波和离散滑模控制的振镜位置跟踪方法.首先,围绕振镜系统驱动电机的离散数学模型,构建卡尔曼滤波器来估计振镜系统真实的运动变化,降低外部扰动和噪声对系统的影响; 其次,结合离散滑模控制对跟踪误差进行修正,使振镜系统位置量和速度量快速稳定,进一步提升系统的抗干扰能力和位置跟踪能力; 最后,针对瞬时和连续性2种类型的外部扰动设计了对比仿真实验和振镜系统平台的验证实验.实验结果表明:在这2种不同类型的外部扰动下,该控制方法都能够使振镜的扫描反射镜快速、准确地跟踪给定期望值,且有效抑制离散滑模控制的抖振问题.     

基于干扰观测器的AUV深度自适应终端滑模控制

针对欠驱动自治水下机器人（autonomous underwater vehicle,AUV）在外部干扰和系统内部扰动下深度难以控制的问题,提出基于非线性干扰观测器（nonlinear disturbance observer,NDO）的自适应终端滑模控制方法。首先建立欠驱动AUV在垂直面上的状态方程并对其简化,其次根据简化后的系统状态方程构建NDO对外部干扰进行观测,再结合反步法设计出自适应终端滑模控制器;最后通过李雅普诺夫稳定性理论证明控制系统的稳定性。结果表明：欠驱动AUV最大跟踪误差为0.137 5 m,峰值时间为2.1 s,证明了所设计的控制器能够实现深度控制,降低抖振,具有较强的鲁棒性。     

基于扩展观测器的电液负载模拟器自适应鲁棒控制

针对电液负载模拟器中传感器测量噪声干扰和未知的外部扰动引起的跟踪精度不高的问题,提出了一种基于扩展观测器的自适应鲁棒控制器。利用扩展观测器估计系统中未知的模型不确定性并进行补偿,同时,在观测器和控制器的自适应模型补偿器设计中,将实际状态值替换为相应的期望信号值,以减少测量噪声的干扰,控制器和扩展观测器中的系统参数均通过参数自适应得到。利用Lyapunov理论进行了闭环系统的稳定性分析。仿真结果表明,在不存在外部扰动的情况下,所提出的控制器能够达到更高的跟踪精度,而在存在外部扰动的情况下,所提出的控制器不仅保持了良好的跟踪性能,同时具有较强的鲁棒性。     

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.