直线二级倒立摆基于线性矩阵不等式算法的滑模鲁棒H_∞控制

倒立摆系统是高阶次、自然不稳定系统,容易受到外界干扰或者自身一些不确定性因素的影响而失去稳定。若用传统的滑模控制难以实现系统具有全程鲁棒抗干扰能力,同时存在控制输入抖振的现象。对此,提出了滑模鲁棒状态反馈H∞控制,即设计了带有滑模面参数和状态反馈增益的复合控制器。将问题转化为通过线性矩阵不等式求解优化值的优化问题,优化了状态反馈增益和滑模面,使得整个闭环控制系统具有全局强鲁棒性的特点;并实现了削弱抖振的目的。仿真结果表明了该控制方法的有效性和可行性,并且具有较强的鲁棒性和响应速度快的优越性,对高阶次不稳定系统具有很好的控制效果。     

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.     

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.     

旋转倒立摆平衡姿态模糊变结构控制算法研究

针对非线性、多变量、强耦合的旋转倒立摆系统,利用模糊控制与滑模变结构控制相结合设计了一种模糊变结构控制器,该控制器既保持了滑模变结构控制的快速性和鲁棒性,又能较好地消除单纯采用滑模变结构所产生的抖振问题。仿真结果表明,模糊变结构控制算法能够实现倒立摆的平衡姿态控制,抖振现象基本消除且具有很强的鲁棒性。     

基于动平衡状态的不确定倒立摆系统跟踪控制

针对存在不确定摆杆质量、长度和外加干扰的倒立摆系统的稳定控制问题,提出了基于动平衡状态理论的鲁棒自适应控制策略.首先对台车位置和摆杆摆角规划了理想的动平衡状态参考轨迹,然后应用分段滑模和模糊逻辑系统设计了直接自适应模糊控制器实现对动平衡状态的实时跟踪.理论分析和仿真结果证明了不确定倒立摆系统是全局渐近稳定的,并具有很好的适应性和鲁棒性.     

旋转倒立摆平衡姿态模糊变结构控制算法研究

针对非线性、多变量、强耦合的旋转倒立摆系统,利用模糊控制与滑模变结构控制相结合设计了一种模糊变结构控制器,该控制器既保持了滑模变结构控制的快速性和鲁棒性,又能较好地消除单纯采用滑模变结构所产生的抖振问题.仿真结果表明,模糊变结构控制算法能够实现倒立摆的平衡姿态控制,抖振现象基本消除且具有很强的鲁棒性.     

采用高阶终端滑模观测器的执行器未知故障重构

针对常规滑模观测器抖振现象易造成故障误判和漏判的不足,考虑实际系统故障信息未知的情形,提出了一种含自适应律修正的高阶终端滑模观测器执行器鲁棒故障重构方法。首先引入线性变换矩阵实现系统降维,确保状态估计不受干扰和故障的影响,并将观测器增益矩阵设计方法转化为线性矩阵不等式约束下的凸优化问题;其次考虑故障变化率上界未知的情形,在高阶非奇异终端滑模控制输入中添加了自适应律,确保滑模运动不受未知信息故障的影响,在有限时间内到达滑模面以实现鲁棒性,在此基础上给出了执行器故障重构的计算方法;最后以某飞控系统为例开展了仿真研究,结果表明所提方法能有效减小抖振,快速估计系统状态,自适应律在3s内可以实现对未知故障的自适应调节,确保准确实现执行器未知故障重构。     

基于反演的不确定非线性系统自适应滑模控制

针对一类参数半严格反馈形式的非匹配不确定非线性系统,基于反演设计方法和滑模控制技术,研究了其在非匹配未知参数和非参数不确定性下的跟踪控制问题,提出了自适应反演滑模控制策略,实现了不确定非线性系统的鲁棒输出跟踪.本方法允许系统同时存在匹配和非匹配的参数不确定性及非参数不确定性,而且考虑了控制增益的不确定性,通过增益参数的设计还可实现滑模面到达时间的调节,并进一步削弱了抖振.仿真算例验证了理论的有效性.     

非线性不确定系统的鲁棒拟人控制器设计

尽管拟人智能控制方法自提出以来取得了很多成功应用，但在系统存在不确定性的情况下，如何基于拟人智能控制方法设计系统的鲁棒控制器一直是个难题．针对仿射非线性不确定系统，结合二级倒立摆系统作为设计实例，提出了一种鲁棒拟人智能控制器设计方法．首先，基于被控对象的标称模型设计拟人控制律；然后在采用拟人控制律的基础上，应用积分滑模控制方案设计鲁棒补偿器，用以抑制模型不确定性对系统稳定的不利影响、提高系统的鲁棒性．最后，对二级倒立摆控制系统进行了仿真和实验验证，仿真和实验结果进一步证明了设计方案的有效性．     

弹性飞翼无人机自适应反步终端滑模姿态控制

针对存在非线性、强耦合、参数不确定性及外部扰动的大展弦比飞翼布局无人机刚/弹耦合动力学模型,提出了基于反步思想的自适应范数型终端滑模姿态控制策略.首先,基于李雅普诺夫稳定理论,利用反步方法设计系统的虚拟控制量和实际控制量.其次,在虚拟控制中,采用自适应范数型滑模消除不确定项和刚/弹耦合项,并在反馈中采用非线性增益提高系统的鲁棒性和动态特性;在实际控制中,引入鲁棒自适应终端滑模项消除不确定项、刚/弹耦合项与扰动的影响,既解决了虚拟量求导的计算膨胀和实际控制量抖振问题,又提高了系统的控制精度和鲁棒性.最后,基于李雅普诺夫理论证明了跟踪误差收敛到任意小邻域.仿真结果表明:该控制方法对模型不确定性、气动弹性及阵风等外扰影响具有鲁棒性,能够实现高精度的姿态跟踪控制.     

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。     

一种控制增益函数未知的自适应模糊控制

针对一类控制增益函数未知的、含有不确定项的非线性系统,为实现其跟踪控制目标,提出了一种鲁棒直接自适应模糊控制方法.该方法仅要求控制增益函数为有界函数,用广义模糊双曲正切模型逼近一个与控制增益函数无关的新颖的等价控制器,并为消除系统中的不确定项和逼近误差设计了一个双曲形式的鲁棒补偿控制项,从而保证了系统跟踪误差收敛到原点的一个小的邻域内,且所有的变量一致有界,控制输入平滑没有抖振.利用Lyapunov函数证明了该算法的有效性,并用倒立摆仿真实例进行了验证.     

线性不确定系统的鲁棒滑模观测器设计与仿真

在研究线性不确定系统一类滑模观测器的基础上,应用奇异值分解技术对系统进行降阶处理,设计了一种新颖的鲁棒滑模观测器;并提出优化滑模策略,给出严格论证,保证对系统不确定性以及外界干扰具有鲁棒性;采用Lyapunov函数作为稳定观测器的判别条件,使设计的观测器一致收敛,状态估计达到预期的指标;同时给出鲁棒滑模观测器的线性反馈矩阵和非线性反馈矩阵计算算法;通过仿真实例验证所设计的鲁棒滑模观测器的有效性。     

不确定混沌系统的无抖振滑模控制

研究了具有模型不确定性和外界干扰的混沌系统的无抖振滑模控制问题．基于Lyapunov稳定性理论和滑模变结构控制方法,设计了动态滑模面和自适应滑模控制器,使得受控混沌系统能追踪任意参考信号．该方法能有效地消除滑模控制的抖振现象,具有较强的鲁棒性和通用性．数值仿真实验表明了该方案的有效性．     

燃气发电锅炉主汽压滑模预测优化控制策略

针对燃气发电锅炉主汽压控制的非线性、纯滞后和强干扰特点,提出了一阶时延模型的主汽压滑模预测优化控制策略。利用广义预测控制对滑模控制器的增益及主汽压作出实时预测,根据主汽压预测偏差对滑模增益进行反馈校正和滚动优化,以降低滑模控制系统的抖振。对煤气调节阀的流量特性进行非线性补偿,通过优化目标函数求出离散形式的最佳控制律。仿真结果表明:与常规PID、滑模控制和动态矩阵控制相比,模型适配时所提出的控制策略使调节时间最多减少19.1s,超调量最多降低16.4%;滑模函数抖振小,系统抗干扰及鲁棒性良好。工程应用表明:使用所提策略后,系统抖振比单一滑模控制的降低60%,主汽压控制偏差小于±0.05MPa,系统稳定性和抗干扰能力明显提高。     

交流伺服系统的全局鲁棒模糊滑模控制

针对交流伺服系统，根据滑模控制原理，采用基于等效控制的模糊滑模方法，提出了一种全局鲁棒模糊滑模变结构控制方案，以满足控制系统的鲁棒性和削弱系统固有的抖振。仿真结果表明这一方法的有效性。     

一种新型滑模控制器的设计及其应用

针对非线性不确定系统的控制,设计了一种新的基于高阶积分的滑模控制器。这种控制器集成了积分和高阶滑模控制的优点,具有抑制抖振、实用于非最小相位系统和有较强的鲁棒性特点,并且为了进一步减少控制抖振问题引入了饱和函数对控制器进行改进。在系统的不确定性和干扰鲁棒控制方面,提出的滑模控制器能够使系统稳定工作;只需要满足干扰有界的条件,其稳定性利用李雅普诺夫方法得到了验证。最后通过在干扰环境下在无人机的轨迹跟踪上仿真研究,验证了提出的滑模算法的有效性。     

基于滑模变结构的二级倒立摆系统设计与实验

利用滑模变结构控制对二级倒立摆系统进行了有效控制。本文以二级倒立摆为控制对象,首先阐述了研究倒立摆系统控制的意义,然后介绍了倒立摆系统的数学模型,利用滑模变结构控制方法对模型中摆的镇定、台车位置的调节和系统参数的不确定性设定了具体的控制规律,并使用两种趋近率方法抑制系统的抖振,利用MATLAB进行了仿真试验,试验结果说明了这种方法的可行性和有效性。     

高超声速飞行器的滑模预测控制方法

针对高超声速飞行器非线性、强耦合、快时变、不确定性等特点,结合滑模控制鲁棒性强和预测控制可以显式处理约束条件的优点,提出了一种滑模预测控制器设计方法。首先,在平衡点将高超声速飞行器的纵向模型进行小扰动线性化,得到用于控制器设计的预测模型;然后,基于小扰动模型利用极点配置设计渐近稳定的滑模面,对滑模面进行预测并在性能指标中优化,通过矩阵变换将优化问题转化为二次规划问题,避免了常规滑模控制的高频切换,有效地克服了抖振现象。仿真试验表明:当存在参数不确定时,滑模预测控制能有效地克服干扰信号,实现速度和高度的精确跟踪,保证输入和状态均在约束范围之内;稳态时系统误差趋近于滑动面并且一直处在这个滑模面上,不存在抖振现象。     

倒立摆系统的滑模变结构稳定控制

应用滑模变结构理论对倒立摆系统的稳定控制进行了应用研究,基于滑模变结构理论二次型指标最优化方法设计了状态反馈控制器.作为对理论工作的验证,将设计的控制器应用到固高科技有限公司生产的直线倒立摆实验设备上,实验表明该方法得到的控制器具有较好的控制效果.