不确定时滞系统的滑模控制及其应用研究

研究了一类带有控制时滞的不确定性系统的滑模变结构控制器的设计问题。定义特殊线性变换,将原不确定时滞系统化为无时滞系统。在新坐标下,提出了基于二次型性能指标的最优滑模面的设计方法;选择适当的动态不连续控制律保证了系统状态在有限时间到达滑模面,并有效的削弱了抖振。提出并证明了原系统渐近稳定的充分条件。将该控制方法应用到典型的不确定时滞对象——聚合反应釜的温度控制系统中,仿真结果表明了该方法的有效性。     

非匹配不确定非线性系统的变结构控制器设计

考虑一类非匹配不确定非线性系统的变结构控制器设计问题。通过引入适当的坐标变换 ,将非匹配不确定非线性系统描述成两个串联子系统。第一个子系统与控制变量没有直接联系 ,将第二个子系统的状态变量当作虚拟控制量。在考虑所有不确定性的前提下 ,通过求解代数Riccati方程 ,构造非匹配不确定子系统的切换函数 ,由滑模运动可达条件 ,设计整个系统的变结构控制器 ,并根据系统的运行情况在线估计不确定项的参数 ,设计一种自适应变结构控制器。仿真结果表明 ,该方法是有效的。     

BTT导弹非线性自动驾驶仪最优滑模设计

针对BTT导弹的飞行控制问题,提出了一种基于θ-D方法的最优滑模非线性自动驾驶仪设计方法.把导弹动态模型转化成一个级联的二回路系统结构,外环控制器的设计是基于θ-D近似方法的最优控制方法,内环控制器设计采用的是滑模控制方法,内环控制器所跟随的滑模面方程由外环最优控制得出.对所设计的非线性控制器进行了仿真分析,结果表明基于θ-D方法的最优滑模自动驾驶仪在非线性导弹飞行控制中具有较高的控制精度和很好的鲁棒性.     

卫星姿态系统的抗干扰完整性容错控制

研究了一种线性不确定系统的完整性容错控制问题。针对卫星姿态系统中的执行机构完全失效故障,采用4个反作用飞轮结构进行姿态控制,利用Riccati方程和线性矩阵不等式组,提出一种具有抗干扰特性且对执行机构完全失效故障具有完整性的状态反馈容错控制设计方法。在此基础上进一步得出该控制器可以用于更多种故障形式的结论。最后在卫星姿态系统上对此方法进行了数学仿真,结果验证了该方法的正确性和有效性。     

一类非线性系统的滑模模糊动态加权控制

针对一类非线性系统提出了一种滑模模糊动态加权控制方法。该方法为系统中各个子系统分别设计简单的滑模模糊控制器，并采用模糊推理实时调节各滑模模糊控制器在系统控制中的作用。将该方法应用于吊车控制中，仿真结果证明了其有效性。     

非匹配不确定时滞系统的自校正滑模控制

针对一类不匹配、不确定并具有状态时滞的多输入多输出线性系统,基于线性矩阵不等式理论提出一种新的自校正滑模控制方法。该方法利用线性矩阵不等式给出滑动模态存在的充分条件,使系统在滑动模态运动下对于存在的不匹配不确定性扰动以及状态时滞具有完全不变性。引入双极性Sigmoid函数代替符号函数并根据Lyapunov稳定性理论设计了具有自适应能力的滑模控制器,在自适应律的作用下Sigmoid函数的边界层厚度以及切换增益可根据系统状态进行自适应调节,从而改善了滑模控制器输出量过大以及抖振等现象。基于Lyapunov理论证明了该方法的稳定性,最后通过仿真实验进一步验证了该方法的可行性及有效性。     

量测噪声情况下基于自适应D-S证据推理的滑模控制

在滑模控制中 ,当状态量测传感器存在噪声时 ,控制器不能获得准确的滑模函数信息。面向一类不确定非线性系统 ,根据滑模控制依赖滑模函数符号的特点 ,提出利用基于Dempster Shafer证据推理的多传感器信息融合方法 ,其作用是压缩滑模函数符号的不确定性 ,并基于闭环原理给出了对信息融合结果进行自适应补偿的改进方法。仿真表明了该方法的有效性。     

非匹配不确定线性系统离散滑模输出反馈控制

研究了一类非匹配不确定离散系统的输出反馈变结构控制问题,采用输出反馈控制不需状态完全可测.根据LyapunoV方法,给出了基于LMI技术的输出反馈变结构控制系统的滑模平面的设计方法,推导了稳定滑动模面存在的充分条件;根据滑模控制的到达条件给出了滑模控制器的设计方法.所设计的控制器与状态反馈相比更具实用性.最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性.     

基于干扰观测器的导引头稳定平台滑模控制

针对导引头稳定平台存在不确定弹体速度干扰以及非线性摩擦干扰的问题,结合滑模控制和非线性干扰观测器理论,提出一种基于非线性干扰观测器的二阶滑模控制方法。针对系统模型中的多个不确定干扰项,首先,采用新型微分跟踪器对状态量的导数值进行估计,进而得到干扰项的估计值,通过坐标变换,将系统中的不确定项进行归一化处理,便于控制器设计;其次,基于新型微分跟踪器设计了新型非线性干扰观测器,以实现对归一化后系统干扰项的精确估计;最后,采用二阶滑模控制算法进行控制器设计。仿真实验证明,新型非线性干扰观测器精度高、响应快,基于干扰观测器的二阶滑模控制方法能够有效隔离弹体扰动与非线性摩擦对导引头稳定平台的干扰,提高了稳定平台的鲁棒性和跟踪精度。     

分散自适应模糊滑模控制器与车辆跟随控制

针对一类不确定非线性大系统提出了一种新的组合型自适应分散模糊滑模控制算法.借助模糊逻辑系统与滑模方法设计的控制器加权组合了间接与直接自适应两种模糊控制器,可以同时融合被控对象知识与控制知识两种模糊信息来提高自适应效果.在一类大系统框架下基于统一的格式提出了间接与直接自适应模糊控制设计方案,并进一步消除了现有各种相关控制算法的缺陷.闭环大系统被证明是一致渐近稳定的.该算法应用于自动公路系统车辆的跟随控制,仿真结果表明提出的组合型自适应模糊控制系统比通常间接或直接自适应模糊控制系统具有更好的跟踪性能.     

基于状态依赖Riccati方程的复合控制导弹自动驾驶仪设计

针对直接侧向力与气动力复合控制拦截导弹的非线性控制问题,设计了基于状态依赖Riccati方程的自动驾驶仪。根据俯仰和偏航通道的非线性动力学模型,通过扩展线性化将其转化为具有状态依赖参数的类线性结构,并针对该类线性结构设计了基于状态依赖Riccati方程的加速度指令跟踪控制器。考虑到直接侧向力由脉冲发动机提供时具有离散特性,分析了实际控制量不能达到理想值时系统的非线性容限,给出闭环系统保持局部渐近稳定的充分条件。仿真实例验证了这种设计策略的有效性。     

Solution of the HJI equations for nonlinear H∞ control design by state-dependent Riccati equations approach

The relationship between the technique by statedependent Riccati equations (SDRE) and Hamilton-Jacobi-Isaacs (HJI) equations for nonlinear H ∞ control design is investigated.By establishing the Lyapunov matrix equations for partial derivates of the solution of the SDREs and introducing symmetry measure for some related matrices,a method is proposed for examining whether the SDRE method admits a global optimal control equivalent to that solved by the HJI equation method.Two examples with simulation are given to illustrate the method is effective.     

基于SDRE方法的制导律设计与仿真研究

研究基于SDRE的防空导弹的非线性制导律设计问题。首先建立了防空导弹二维制导律模型,选取了弹目相对距离和相对速率作为状态变量,用SDRE方法进行防空导弹二维制导律设计,分别用传统的Schur方法和θ-D方法以及改进的Newton方法对SDRE控制器进行了求解,对这三种算法进行了分析和比较。针对防空导弹的数值仿真显示基于SDRE方法的控制律对于二维制导律的有效性,而SDRE方法虽然比θ-D法的计算量大,但是其控制效果却又明显的优势,而改进的Newton法能比传统的Schur法提高计算的精度。     

Sliding mode H∞ control for a class of uncertain nonlinear state-delayed systems

A new proportional-integral (PI) sliding surface is designed for a class of uncertain nonlinear state-delayed systems. Based on this, an adaptive sliding mode controller (ASMC) is synthesized, which guarantees the occurrence of sliding mode even when the system is undergoing parameter uncertainties and external disturbance. The resulting sliding mode has the same order as the original system, so that it becomes easy to solve the H∞ control problem by designing a memoryless H∞ state feedback controller. A delay-dependent sufficient condition is proposed in terms of linear matrix inequalities (LMIs), which guarantees the sliding mode robust asymptotically stable and has a noise attenuation level γ in an H∞ sense. The admissible state feedback controller can be found by solving a sequential minimization problem subject to LMI constraints by applying the cone complementary linearization method. This design scheme combines the strong robustness of the sliding mode control with the H∞ norm performance. A numerical example is given to illustrate the effectiveness of the proposed scheme.     

空天飞行器再入过程姿态预测控制律设计

针对一类多输入多输出非线性系统,设计了一种基于SDRE(state-dependent Riccati equation)的预测控制方法,并应用于空天飞行器再入过程的姿态控制律设计。SDRE是一种有效的非线性系统优化控制设计方法,利用SDRE的局部渐进稳定的特点,与有限时间预测控制律设计相结合,提出的控制方案保证闭环系统的稳定性。最后利用所提出的控制方案设计了空天飞行器飞行控制系统,并在高超声速条件下进行了仿真验证。仿真结果表明了控制方案的有效性。     

基于GA的非线性电机自适应模糊滑模控制器设计

提出一种基于GA的自适应模糊积分型滑模控制策略,并将其用于具有非线性动态摩擦力的单轴运动控制系统中.控制器由自适应模糊控制项和补偿控制项组成,自适应模糊控制项用来逼近理想滑模控制律,补偿控制项用来补偿逼近偏差,利用李亚普诺夫稳定性理论推导出模糊规则和补偿控制项中逼近偏差边界在线自适应律,采用遗传算法优化自适应律中参数.仿真和实验结果表明了该控制策略的有效性.     

永磁交流位置伺服系统串级复合滑模控制

针对某永磁同步电动机位置伺服系统负载力矩和转动惯量变化大、干扰力矩强的特点,以及统一滑模变结构控制速度限幅的难题,提出并设计了串级复合滑模变结构控制器.其中速度环通过增加积分环节来消除滑模控制的力矩抖动,位置环通过复合滑模控制的设计来消除稳态滑模控制的抖振.计算机仿真结果表明,该控制器不仅响应速度快、无超调、控制精度高,同时对负载扰动和系统参数摄动具有较强的鲁棒性.     

Discrete sliding mode prediction control of uncertain switched systems

The robust stabilization problem for a class of uncertain discrete-time switched systems is presented. A predictive sliding mode control strategy is proposed, and a discrete-time reaching law is improved. By applying a predictive sliding surface and a reference trajectory, combining with the state feedback correction and rolling optimization method in the predictive control strategy, a predictive sliding mode controller is synthesized, which guarantees the asymptotic stability for the closed-loop systems. The designed control strategy has stronger robustness and chattering reduction property to conquer with the system uncertainties. In addition, a unique nonswitched sliding surface is designed. The reason is to avoid the repetitive jump of the trajectories of the state components of the closed-loop system between sliding surfaces because it might cause the possible instability. Finally, a numerical example is given to illustrate the effectiveness of the proposed theory.     

一种气液联控柔顺力控制系统的在线控制

运用滑动模态变结构理论中的经典非线性设计方法,设计了二阶滑模面变结构控制器。针对机械手臂的阻抗控制中力控制的难点在于不能精确的知道环境的刚度和位置从而导致给定参考位置的误差,应用在线环境参数估计的方法进行了仿真研究,仿真结果说明该方法能够较好的进行气液联控机械手臂的柔顺力控制。     

积分补偿的滑模控制器设计方法

对于一类具有不确定性扰动的非线性系统,提出了一种积分补偿的滑模控制器设计方法。为消除抖动现象,在切换面的邻近设置一边界层,在边界层外部,采用滑模控制方法驱动系统状态进入边界层。在边界层内部,在传统连续控制的基础上,引入积分补偿作用,以改善系统的稳态性能。对控制系统的稳定性进行了分析,并以倒立摆为对象进行了仿真验证,结果表明该控制方法是有效的。