卫星姿态控制的变结构滑模控制方法

针对卫星姿态控制问题中经典滑模控制器存在的收敛速率方面的缺陷,提出了一种变结构滑模控制方法。在保持经典滑模控制器结构简单、鲁棒性强的优势前提下,通过对滑模参数进行设计来提高系统的收敛速率,并大幅度减小控制系统的控制力矩与姿态角速度。引入变结构动态滑模参数的概念,在系统尚未到达滑模面时维持经典滑模面结构,而在到达之后开始对滑模参数进行实时更新、放大;引入角速度与控制力矩约束,给出控制参数与系统性能指标之间的约束关系,防止系统状态超过其上界。通过Lyapunov稳定性理论及数值仿真对提出方法进行验证,实验结果表明：在合理设置实验参数条件下,所提的变结构滑模控制方法对比经典滑模控制方法收敛速率提高50%,系统的控制力矩和角速度全程不超过其上界。所提的变结构滑模控制方法不仅提高了系统的收敛速度,而且系统状态全程不超上界,这对系统控制和系统寿命有极大的益处。     

基于滑模控制的挠性卫星的自学习模糊控制

将基于滑模控制的自学习模糊控制应用于挠性卫星的姿态稳定控制中.给出了姿态控制系统的设计方法.自学习控制算法利用滑模控制原理和模糊性能判决表在线修改模糊控制器的规则参数.为了解决传统自组织模糊控制对外界信号敏感的问题,基于滑模控制的自学习算法同时考虑了误差状态矢量及其变化趋势,增强了系统的鲁棒性.与传统自组织模糊控制相比,仿真实验结果表明,该控制方法对卫星参数变化不敏感,能有效地抑制卫星的外界干扰及挠性附件的振动,使卫星的姿态角得到准确的控制.     

基于神经网络及综合电机特性的柔性关节空间机器人全阶滑模控制

研究了载体位置、姿态均不受控的自由漂浮柔性关节空间机器人机械臂轨迹跟踪及关节柔性振动主动抑制问题,利用系统动量、动量矩守恒关系及第二类Lagrange法,并综合考虑关节驱动电机特性,导出了其全系统动力学模型;然后基于奇异摄动理论将该动力学模型分解为描述机械臂刚性运动的慢变子系统及描述关节柔性振动的快变子系统,并结合关节电机输出力矩与电枢电流的关系,将对控制力矩的设计转化为对电流控制的设计。之后,针对关节柔性振动快变子系统,采用速度差值反馈控制方案对其进行了振动主动抑制;针对机械臂刚性运动慢变子系统,则基于RBF神经网络提出了一种全阶滑模控制方案;其中RBF神经网络用于逼近由系统不确定参数带来的未知非线性项,全阶滑模控制方案的引入在于使控制系统在兼备传统滑模控制方案鲁棒性强特点的同时,还能克服抖振问题。最后,系统数值仿真结果说明了所提方案的有效性。     

基于Lyapunov直接法的柔性梁振动控制

为避免控制溢出和保证控制系统实时性,针对具有边界未知扰动和变张力的柔性梁振动边界控制问题,基于柔性梁无穷维分布参数模型,结合边界控制技术和Lyapunov直接法设计了比例-微分(PD)边界控制器,用于对柔性梁的振动进行主动控制.该边界控制方法可使柔性梁系统达到外界干扰下的一致有界和指数稳定;所设计的PD控制器简单且独立于柔性梁系统参数,可确保系统具有较好的实时性和鲁棒性.仿真结果表明,文中控制方法能有效地抑制柔性梁的振动,降低其振动幅值.     

航天器姿态机动的滑模变结构控制与仿真*

针对航天器姿态机动的控制问题,设计了一种滑模变结构控制器,实现了航天器姿态对时变期望的跟踪。给出航天器姿态的数学描述,采用滑模控制思想设计了控制器,并基于Lyapunov稳定性理论给出控制器的稳定性证明。以推力器为姿态机动的执行机构,给出了控制信号的PWM调制方法。最后在Simulink环境下构建了仿真系统,仿真结果表明在该控制器下,航天器姿态可以实现对期望信号的跟踪。     

基于滑模变结构控制的液压伺服系统超低速轨迹跟踪

为了实现液压伺服系统大摩擦力矩下的超低速轨迹精确跟踪,分析了系统中存在的非线性摩擦特性及摩擦模型.针对中空液压电机液压伺服系统,设计了基于趋近率的滑模变结构控制器,进行了阀控中空液压电机伺服系统实验研究.结果表明:滑模变结构控制方案较PD控制策略具有更好的动、静态特性以及对参数变化和外界干扰的鲁棒性,实现超低速下的大摩擦力矩补偿.     

基于LTR观测器的输入时滞系统的滑模控制

针对一类线性时滞系统且存在外部噪声干扰和参数不确定性问题,提出一种基于回路传输恢复(LTR)观测器的滑模变结构控制方法.为了简化时滞变结构控制器的设计,采用非奇异线性变换将输入时滞的线性系统转化为无时滞系统,并进行滑模变结构控制器的设计、理论分析及稳定性证明.仿真结果表明,该方法对时滞系统在噪声干扰和过程参数不确定性时系统状态快速达到稳态,得到的控制效果仍具有较好的稳定性.     

高超声速再入滑翔飞行器的模糊变结构控制

针对高超声速再入滑翔飞行器的再入姿态控制,设计了模糊变结构姿态控制器.根据控制系统的任务,建立了面向控制的模型.将模糊控制与滑模变结构控制的思想相融合,研究了模糊滑模变结构控制器的设计方法.通过在稳定的误差相平面内构造稳定的滑模面,模糊控制器根据误差状态与滑模面的相对位置输出控制信号,使得系统的轨迹能趋近稳定的滑模面,从而使得误差沿着滑模面收敛到原点.将模糊滑模变结构控制方法应用于高超声速滑翔洲际飞行器,给出了再入滑翔姿态控制器的设计方案,分别对攻角、侧滑角和倾侧角设计了独立的模糊变结构控制器,提出了分段线性控制分配方法.在Matlab中进行了整个控制系统的仿真测试,验证了该方法的可行性.     

变姿态柔性机械臂横向振动主动控制理论与实验

综合模态控制和极点配置方法来抑制变姿态柔性机械臂的横向振动.建立了工程适用的柔性机械臂回转系统简化动力学模型,通过模态滤波器和状态观测器实现机械臂末端横向加速度到模态速度和模态位移的转换,结合极点配置法获得当前姿态下系统的模态增益系数,可计算得到模态控制力和实际控制力.实现了基于NI控制器和回转液压作动器的主动控制实验系统,开展了变姿态条件下柔性机械臂横向振动主动控制实验,结果验证了上述方法对变姿态条件下柔性机械臂横向振动抑制的有效性.     

基于干扰观测器的飞行仿真转台滑模控制器

针对飞行仿真转台中干扰观测器(DOB)对等效干扰项估计不足而影响跟踪精度的问题,提出一种基于DOB的滑模变结构控制器(SMVSC).它引入了附加干扰补偿项以及跟踪指令的速度信号和加速度信号,定义了一种新的滑模趋近律形式,并满足系统广义滑模存在条件.通过某单轴飞行仿真转台的实验结果表明,与传统的比例微分(PD)控制器+DOB方案相比,该控制方案提高了跟踪精度,同时,对系统参数变化和力矩扰动也具有更强的鲁棒性.     

漂浮基双臂空间机器人关节运动的模糊变结构滑模控制

讨论了载体姿态、位置均不受控制的双臂空间机器人系统的控制问题.利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,建立了双臂空间机器人系统的非线性动力学模型.以此为基础,对双臂空间机器人关节运动的控制问题作了研究.考虑到空间机器人系统结构的复杂性及其某些参数的变动性,根据具有较强鲁棒性的滑模变结构控制理论,设计了双臂空间机器人关节运动的滑模变结构控制方案;为了克服滑模变结构控制器抖振的缺点,附加设计了一个模糊控制器,以便根据系统的输出来动态调节滑模变结构控制器等速趋近率的系数,从而既确保了系统的快速响应而又消除了原有的抖振.系统数值仿真证明了该控制方案良好的控制效果.     

漂浮基空间机械臂姿态与末端爪手协调运动的模糊变结构滑模控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控制情况下,漂浮基空间机械臂载体姿态与末端爪手协调运动的控制问题.结合系统动量守恒关系,分析、建立了空间机械臂系统运动的Jacob i关系及完全能控形式的系统动力学方程.在此基础上,应用变结构滑模控制理论设计了空间机械臂载体姿态与末端爪手惯性空间轨迹协调运动的变结构滑模控制方案;为了克服上述变结构滑模控制器抖振的缺点,附加设计了一个模糊控制器,以根据系统的控制输出来动态调节变结构滑模控制器等速趋近率的系数,从而达到既保证系统具有快速响应又能消除原有控制器具有抖振缺点的目的.系统数值仿真运算,证明了上述控制方案的有效性.     

滑模变结构控制在惯性平台稳定回路中的应用

为了与新型高精度惯性平台相匹配,解决传统PID控制的稳定回路抗干扰性能不高的问题,设计了滑模变结构控制器.滑模变结构控制器的主要特点是:当系统状态穿越状态空间的不同区域时,反馈控制器的结构按照一定的规律发生变化,使得控制器对系统的内在参数变化和外在扰动等因素具有较强的鲁棒性,从而保证系统能够达到期望的性能指标要求.MATLAB仿真结果表明,滑模变结构控制器在很多指标上均优于传统PID控制器,特别表现在超调量,动态性能以及对干扰的抑制能力方面,是平台系统的理想控制器.     

旋转柔性智能结构振动滑模控制方法研究

基于Hamilton原理和高阶模型理论,建立了旋转刚柔耦合智能结构的动力学模型,并通过滑模变结构控制(SMC)对结构的振动进行控制.通过一阶近似模型理论考虑了结构轴向、横向和转角相互间的耦合作用,即考虑了柔性梁和智能材料的几何非线性.利用有限元方法得到了考虑离心刚化效应的有限维模型.利用滑模控制方法对结构的振动进行抑制.滑模面通过最优化方法得到.数值仿真结果表明滑模控制方法有效地控制了带有参数扰动的旋转柔性智能结构振动.     

带双模态控制器的异步电机矢量控制

针对比例积分控制抗干扰性差和模糊滑模变结构控制存在模态抖动的问题,采用双模态控制器对异步电机矢量控制系统的转速进行控制,设计了模糊滑模变结构控制器。将模糊滑模变结构控制器与比例积分控制器相结合,得到双模态控制器并给出其阈值选取原则。仿真结果表明:该方法不仅提高了系统的抗负载干扰性,而且基本消除了模态抖动,验证了双模态控制在异步电机矢量控制系统中的可行性。     

基于分布估计算法的柔性机械手滑模控制器设计与优化

为了提高柔性机械手末端位置控制的鲁棒性和精度,提出基于分布估计算法(EDA)的滑模控制器优化方法.首先通过奇异摄动理论将柔性机械手动力学解耦为快慢2个子系统,分别设计含待定参数的快慢子系统的滑模控制器,然后给出了基于EDA的控制器优化策略,对滑模控制器进行优化.最后通过仿真与传统滑模控制进行对比试验,结果显示该方法在响应速度、超调量、控制精度以及振动抑制方面都优于传统的滑模控制算法.     

柔性二级倒立摆的准滑动模态控制研究

柔性二级倒立摆是一个高阶非线性强耦合的自然不稳定系统,为了对其进行稳摆控制,基于建模机理建立了柔性二级倒立摆数学模型,提出准滑动模态控制方法,设计了滑模变结构控制器,使系统具有较好的稳摆控制和鲁棒性.仿真结果表明:基于准滑动模态控制的滑模变结构控制方法能够更好地实现倒立摆稳定控制;比传统指数趋近率的滑模控制器输出更加平滑,削弱了抖振.     

不确定性随机系统的输出反馈变结构滑模控制

研究了带有时变不确定性的It型随机系统的输出反馈镇定问题,采用变结构滑模控制(SMC)方法设计了镇定控制器.在系统的不确定性满足一定匹配条件的情况下,构造了对不确定性具有不变性以及参数不含噪声激励的滑模切换流形和变结构滑模控制律,分析和证明了滑模的可达性和闭环系统的稳定性,并给出了滑模控制律的参数选择条件.最后通过示例系统仿真实验证明了文中结果的正确性和有效性.     

时滞不确定系统的T-S模型滑模变结构控制

结合滑模变结构控制和T-S模糊技术,提出一种新的模糊变结构控制器(Fuzzy Variable Structure Controller,FVSC),用于非线性时滞系统的稳定控制.所设计的全局控制器由三部分组成,即为确保滑模到达的等效控制器、针对每个局部线性状态的局部补偿器和由滑模控制理论构造的监督控制器.从理论上给出了滑模的可达性及系统稳定性证明,说明了该设计方法的正确性.     

直驱式电液伺服转叶舵机AFSM-LTOC控制器

针对直驱式电液伺服转叶舵机的控制问题,提出一种带有负载力矩观测补偿的自适应模糊滑模设计方案.采用自适应模糊滑模控制解决由于系统的不确定性及干扰的存在而不能准确控制的问题,使控制器的设计不依赖于被控对象的精确数学模型.引入负载力矩观测补偿的方法,对负载力矩进行实时动态补偿,抑制负载力矩对系统响应和速度跌落的影响,提高系统的响应速度.基于李雅普诺夫函数推导出规则参数调整的自适应率,保证闭环控制系统的稳定性.实验结果表明:该控制器能够补偿执行单元的交流特性,降低稳态误差,抑制负载力矩扰动,提高系统的鲁棒性和动态特性.