基于NDO的飞机轨迹跟踪抗干扰控制律设计

针对飞机纵向欠驱动耦合动力学模型设计鲁棒轨迹跟踪滑模控制律。首先,通过引入虚拟状态变量进行状态变换实现模型控制解耦。其次,考虑由系统建模误差和大气干扰组成的复合不确定性,设计非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)进行观测补偿。然后,建立飞机极短距起降中攻角变化轨迹曲线,设计滑模控制律实现对虚拟状态变量和攻角轨迹指令的稳定跟踪。仿真结果表明,NDO可以实现对系统不确定性的精确观测和补偿,滑模控制律具有对系统建模误差和大气风切变的鲁棒性和抗干扰性。     

基于二阶滑模的BTT导弹反演滑模控制

针对具有非匹配不确定性的倾斜转弯(bank-to-turn, BTT)导弹非线性动力学模型,基于反演思想和二阶终端滑模控制方法,设计了一种新的BTT导弹反演滑模控制器。反演设计的每一步均采用滑模控制对不确定性进行补偿,并在最后一步设计中采用非奇异二阶终端滑模控制,既能防止抖振对舵机造成损坏,又减小了累积误差。采用精确微分器解决“计算膨胀”问题,并证明了跟踪误差最终有界。仿真结果表明,通过适当选取设计参数,跟踪误差将收敛到原点附近任意小的邻域内。     

基于模糊滑模的移动机械臂控制研究

针对移动机械臂的输出跟踪问题,采用PD 前馈控制结构,结合滑模控制和模糊控制的设计思想为其设计了模糊滑模控制器.滑模控制的优点是滑动模态对系统摄动、不确定性以及干扰的完全自适应性,但同时也带来了抖振,运用模糊切换的方法解决了滑动模态的抖振问题.仿真实验表明,所设计的控制器不仅很好地跟踪给定轨迹,而且能有效地削弱系统的抖振.     

多关节机器人的全局快速终端模糊滑模控制

针对多关节机械臂轨迹跟踪控制,提出了一种全局快速终端模糊滑模控制方法.该方法根据滑模控制原理,采用模糊控制调节滑模控制的切换增益,并利用积分的方法自动对系统的建模误差和干扰的上界进行评估,实现了对建模误差和干扰的自动跟踪,削弱了抖振.文中利用李亚普诺夫定理证明了系统的稳定性,仿真结果表明了其有效性.     

空间机械臂关节积分反演滑模控制研究

针对受到不确定因素影响的空间机械臂关节,设计积分反演(backstepping)滑模控制器进行了精确轨迹控制研究,在反演镇定函数中综合积分项,进一步消除了轨迹跟踪稳态误差;针对难以确定滑模控制系统中不确定因素上界的问题,采用了GRBF(general radial basis function)网络在线估计不确定性上界值,并且推导了网络权值的自适应律,基于Lvapunov理论证明了系统的稳定性和对误差的收敛性.仿真结果表明,该方法提高了机械臂关节轨迹跟踪性能,提高了对于参数摄动和外界干扰等因素的鲁棒性.     

基于扰动观测器的飞行器轨迹跟踪控制器设计

针对多种扰动作用下的固定翼飞行器三维轨迹跟踪问题, 设计了一种基于改进非线性扰动观测器的非奇异快速终端滑模轨迹跟踪控制器。首先推导固定翼飞行器三维轨迹跟踪误差模型, 考虑模型误差和飞行过程中的未知扰动, 设计了一种基于状态估计误差反馈的非线性扰动观测器对扰动进行观测。基于非奇异快速终端滑模控制方法, 采用双幂次趋近律设计轨迹跟踪控制器, 并证明了闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明, 在多种扰动的作用下, 所设计的轨迹跟踪控制器能够对三维机动轨迹进行准确、稳定的跟踪。     

基于神经网络的机械臂分散自适应跟踪控制

提出了一种适用于机械臂的基于神经网络的分散自适应轨迹跟踪控制方法。将机械臂的轨迹跟踪控制系统考虑为由多个非线性关联组成的不确定性复杂系统,采用分散控制方法进行控制器设计。在对每一子系统设计控制器时,采用直接反馈线性化,利用控制器构建伪线性系统,并引入神经网络自适应环节消除干扰、关联及逼近误差,从而使所提出的控制方法能够保证系统状态有较高的跟踪精度,且算法简单,易于实现。仿真表明,该算法能保证较高的跟踪效果。     

陀螺稳定平台非线性摩擦的灰色滑模控制

为了减小摩擦扰动对陀螺稳定平台伺服跟踪性能的影响,设计了一种灰色滑模控制器。以某型号导引头陀螺稳定平台为实际对象,分析了系统中摩擦的非线性特性,从机械和控制两方面探讨了减小摩擦的措施。基于稳定平台的单轴控制模型,设计了滑模控制律,采用GM(1,1)灰色预测算法估计扰动量,将其作为控制律中的补偿分量,同时应用灰色预测方法对滑模控制策略进行预测输出,有效地减弱了滑模控制的抖动现象。在陀螺稳定平台上实际测试表明,该灰色滑模控制能够在无系统摩擦模型的情况下,有效减小摩擦扰动对系统控制的影响,与PID控制相比,明显提高了控制系统的鲁棒性和稳态精度。     

永磁直线同步电机二阶滑模控制仿真研究

针对机床进给系统中永磁直线同步电机在运行过程中,易受系统参数变化、负载扰动及端部效应等不确定性因素影响的特点,设计了二阶滑模速度和电流控制器.在出现参数和推力变化时,为保证动子速度严格跟踪其参考信号,同时消除磁阻作用和推力波动,分别独立选取速度和直轴电流控制的滑模量.控制律采用二阶滑模的螺旋算法,二阶滑模将不连续控制作用于变量的高阶微分上,理论上可消除抖振.仿真和实验结果表明该策略具有较强的速度跟踪性能,对负载扰动和参数变化等不确定性具有很强的鲁棒性,同时有效地削弱了抖振现象.     

飞行器自适应反推Terminal滑模轨迹跟踪控制

飞行器非线性动力学模型通常包含由未知外界干扰和未建模动态构成的非匹配不确定性。针对建立的飞行器纵向运动仿射非线性模型,提出了一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)的自适应反推非奇异终端滑模(adaptive backstepping nonsingular terminal sliding mode,AB-NTSM)轨迹跟踪控制方法。设计非线性干扰观测器对未知干扰进行观测补偿,无需干扰上界先验知识。设计未建模动态自适应律,提高控制器对系统不确定性的鲁棒性。对3种不同情况的仿真表明,干扰观测器能够实现对不同干扰精确观测,仅在干扰突变时有较大观测误差。在不确定性影响下,采用提出的控制方法,系统能够实现对指定轨迹的稳定跟踪,并有效消除控制信号的抖振。     

并联式运载器上升段广义超螺旋有限时间控制

针对受模型不确定和外部干扰影响的并联式运载器上升段姿态控制问题, 提出了一种基于广义超螺旋算法的自适应滑模有限时间控制方法。首先, 将姿态跟踪控制问题转化为跟踪误差系统的镇定问题, 建立了面向控制的模型。其次, 将单输入单输出(single input single output, SISO)固定时间广义超螺旋算法拓展应用到多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)耦合非线性系统上, 基于该算法设计了固定时间状态观测器和自适应滑模有限时间控制器, 利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的有限时间稳定特性。最后, 通过与传统比例-微分(proportional and differential, PD)控制器仿真对比, 验证了该方法具有更优的控制精度和鲁棒性。     

三维自适应有限时间超螺旋滑模制导律

针对导弹以固定终端攻击角拦截机动目标的制导问题, 提出一种三维自适应有限时间超螺旋滑模制导律。首先，利用相对运动质点模型将三维制导问题转换为二阶视线角系统的控制问题。其次，构造一种多变量非奇异的快速终端滑模面, 结合改进型超螺旋算法, 设计了有限时间超螺旋滑模制导律。同时, 通过参数自适应增益实时在线估计目标机动引起的外部扰动上界, 设计了自适应有限时间超螺旋滑模制导律。然后，利用Lyapunov稳定性理论进行了闭环系统有限时间收敛性能分析。最后，通过仿真分析验证了所提方法在保证良好拦截精度的同时, 具有更强的鲁棒性和更高的终端攻击角控制精度。     

基于超扭曲算法的无人机动态逆编队控制器设计

针对扰动条件下的无人机编队飞行控制系统,研究了一种将非线性动态逆（nonlinear dynamic inversion, NDI）理论与超扭曲算法相结合的非线性编队控制方法。以其中一架僚机的编队控制器设计为例,在无人机质心动力学和运动学模型的基础上,建立了基于偏差的编队控制系统,从而将编队控制问题转化为僚机的路径跟踪问题;在二阶滑模控制中超扭曲算法的基础上,设计了僚机的NDI控编队控制器,以消除滑模算法中存在的抖振现象,并实现对位置指令的跟踪及干扰的抑制。最后以3架编队无人机构成的编队飞行控制系统为例,对此方法进行了数学仿真,仿真结果表明基于该方法的编队控制系统具有良好的稳定性和鲁棒性。     

基于SE(3)的航天器姿轨一体化有限时间容错控制

针对相对运动航天器,当执行机构出现故障以及外部干扰和系统不确定性同时存在的情形下,利用滑模控制的鲁棒性,提出了一种有限时间容错控制方法。基于李群SE(3)建立了单刚体航天器姿轨一体化模型,并在指数坐标下推导了相对运动航天器误差动力学方程。设计了一类非奇异快速终端滑模面,并采用等价自适应方法设计控制器估计和补偿外总扰动,提出的容错控制算法可以不依赖于故障诊断与检测环节。运用Lyapunov方法证明了系统在故障和扰动等多约束条件下的稳定性和有限时间快速收敛性,数值仿真结果分析也验证了该容错控制器的快速性、准确性与可靠性。     

逼近非合作目标的自适应二阶终端滑模控制

针对逼近非合作目标过程中的相对轨道姿态耦合控制问题,综合考虑系统不确定性、外部干扰以及滑模控制中的抖颤问题,设计了无抖颤的自适应二阶非奇异终端滑模(second order nonsingular terminal sliding mode, SONTSM)控制器。首先根据视线坐标系下的相对运动方程和体坐标系下的相对姿态方程建立了相对位置和姿态一体化模型。将高阶滑模控制思想与非奇异终端滑模控制理论相结合,使所设计控制器克服了传统滑模的抖颤问题,并同时具有收敛快、精度高、鲁棒性强及能量消耗小等优势。基于Lyapunov理论,对系统稳定性进行了严格的证明。数值仿真验证了控制器的正确性和良好的控制性能。     

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.     

Sliding Mode Formation Control of Nonlinear Multi-agent Systems with Local Lipschitz Continuous Dynamics

In this paper, the multi-agent formation problem of networked nonlinear multi-agent systems with local Lipschitz continuous dynamics under directed interaction topology, is investigated.Based on the nonlinear dynamics satisfying locally Lipschitz continuous conditions, three kinds of sliding mode controllers are proposed to solve the problem of multi-agent formation control. Using integral sliding mode controller in first-order system, formation shape is achieved within finite time.For second-order system, on the one hand, non-singular terminal sliding mode function is adopted to accomplish the system asymptotic convergence. Furthermore, super-twisting algorithm is proposed to make multi-agent achieve the desired formation within finite time. Lyapunov functions are applied in the whole paper to ensure the system stability. Numerical simulation examples are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed sliding mode control methods.     

Disturbance observer based time-varying sliding mode control for uncertain mechanical system

It is now well known that the time-varying sliding mode control (TVSMC) is characterized by its global robustness against matched model uncertainties and disturbances. The accurate tracking problem of the mechanical system in the presence of the parametric uncertainty and external disturbance is addressed in the TVSMC framework. Firstly, an exponential TVSMC algorithm is designed and the main features are analyzed. Especially, the control parameter is obtained by solving an optimal problem. Subsequently, the global chattering problem in TVSMC is considered. To reduce the static error resulting from the continuous TVSMC algorithm, a disturbance observer based time-varying sliding mode control (DOTVSMC) algorithm is presented. The detailed design principle and the stability of the closed-loop system under the composite controller are provided. Simulation results verify the effectiveness of the proposed algorithm.