基于快速终端滑模状态观测器 的车轮滑移率跟踪控制

针对自动驾驶电动汽车对车轮滑移率跟踪控制的需求,提出一种基于快速终端滑模状态观测器的全状态反馈车轮滑移率跟踪控制器.首先,以车轮制动力矩导数为控制输入,建立车轮滑移率跟踪控制模型,避免车轮滑移率跟踪控制器设计过程中引入不连续项对系统稳定性和控制性能的影响.随后,利用有限时间稳定和快速终端滑模控制理论设计具有有限时间收敛特性的快速终端滑模状态观测器,实时观测未知的系统状态信息.以此为基础,采用模块化思想独立设计快速终端滑模跟踪控制律,实现车轮滑移率的连续、快速的跟踪控制.最后,结合车辆动力学仿真软件建立模型在环测试系统,仿真验证本文提出的车轮滑移率跟踪控制器的可行性和有效性.     

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。     

基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构

研究了基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构方法.针对传统滑模观测器中状态估计误差渐进收敛而影响推进器故障重构时效性的问题,利用终端滑模所具有的有限时间收敛特性,构建终端滑模观测器以保证所有的状态估计误差在有限时间内收敛,并利用等效输出误差注入方法重构推进器故障值.通过仿真对所提方法进行有效性验证.     

基于SMO的PMSM无速度传感器调速系统

为了进一步降低永磁同步电机调速系统的成本,提高系统的可靠性,设计了一种基于滑模观测器( SMO)理论的永磁同步电机( PMSM)无速度传感器调速系统。该系统使用滑模变结构理论估计电机的反电动势,滑模切换函数采用饱和线性函数代替了传统的符号函数,既可以有效地减少滑模变结构的‘抖振’效应,又容易在微控制器中实现。 SMO的输出经过低通滤波后,使用锁相环( PLL)快速计算出电机磁极位置和转速,作为系统反馈。最终算法通过STM32F103单片机实现。实验结果表明,SMO能够准确地观测出磁极的位置和转子转速,响应速度快,抖动较小,整个系统的转速调节时间小于0.2 s。该调速系统可以方便地应用于冰箱制冷系统、空调压缩机系统等低成本的永磁同步电机中。     

基于非线性干扰观测器的机械臂终端滑模控制

为了在干扰存在的情况下实现对五自由度机械臂的有效控制,提出了一种基于非线性干扰观测器的终端滑模控制策略.通过选择适当的非线性增益函数,干扰观测器能够精确地估计未知干扰,实现对控制器的补偿,降低滑模控制抖振.非奇异快速终端滑模面的设计提高了收敛速度,保证轨迹跟踪误差在有限时间内快速收敛.基于Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性,数值仿真结果验证了所设计方法的有效性.     

非线性系统的全局有限时间内稳定

研究了一类不确定非线性系统的输出反馈全局有限时间稳定问题,该系统的线性化是不可测的.通过加幂积分仪技术和特殊的观测器,精确地设计了输出反馈控制器,实现了系统的有限时间内的稳定.     

基手SMO的广义系统故障重构方法

根据滑模变结构控制理论,构造了SMO,提出了一种新的广义系统的级联滑模观测器设计和故障重构方法。通过定义积分变量,将传感器故障的诊断问题转化为执行器的诊断问题,基于Lyapunov稳定性理论证明了所设计的滑模观测器的稳定性,给出了稳定性的充分条件,观测器的设计可以通过求解LMI完成。在永磁同步电机中仿真结果证明了所提出方法的有效性和准确性。     

基于SMO的广义系统故障重构方法

根据滑模变结构控制理论,构造了SMO,提出了一种新的广义系统的级联滑模观测器设计和故障重构方法。通过定义积分变量,将传感器故障的诊断问题转化为执行器的诊断问题,基于Lyapunov稳定性理论证明r所设计的滑模观测器的稳定性,给出了稳定性的充分条件,观测器的设计可以通过求解LMI完成。在永磁同步电机中仿真结果证明了所提出方法的有效性和准确性。     

基于非奇异终端滑模的单级倒立摆摆角控制

针对扰动因素影响下的单级倒立摆摆角控制问题,设计一种基于非奇异终端滑模的单级倒立摆控制器.首先,通过牛顿-欧拉方法建立系统的模型,并将其表示成状态空间模型形式.然后,为了实现系统输出变量的有限时间收敛,采用非奇异终端滑模控制方法设计系统摆角控制器,同时应用Lyapunov稳定性方法对闭环系统的有限时间稳定进行了证明.最后,对所提控制方法进行了仿真验证,结果表明了所设计控制方法的有效性.     

估计网侧电压的PWM整流器无交流电压传感器控制

根据PWM整流器在两相静止坐标系下的数学模型,提出一种直接估计网侧电压用以实现无交流电压传感器控制的方法。利用滑模观测器(SMO)重构网侧电压并详细分析了观测器的原理和设计步骤,采用谐振式滤波器(RTO)从等效控制信号中提取电压信息,避免了使用低通滤波器带来的信号延时问题。为了削弱系统抖振,将电压估测值作为反馈引入观测器电流模型中,构造一种新型滑模观测器。仿真和实验结果表明使用该观测器的PWM整流器具有良好的动静态响应,验证了所提出的无交流电压传感器控制策略的有效性和准确性。     

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.      

基于终端滑模和自适应反馈方法的一类混沌系统稳定性分析

针对终端滑模和自适应反馈方法的优缺点,本文设计了一个优化组合的方案,该方案可以控制一类混沌系统实现半有限时间稳定,极大地扩展了两种方法在混沌控制领域的应用范围;通过对经典混沌Lorenz系统的控制并仿真,验证了其有效性和可行性。     

基于终端滑模和自适应反馈方法的一类混沌系统稳定性分析

针对终端滑模和自适应反馈方法的优缺点,本文设计了一个优化组合的方案,该方案可以控制一类混沌系统实现半有限时间稳定,极大地扩展了两种方法在混沌控制领域的应用范围;通过对经典混沌Lorenz系统的控制并仿真,验证了其有效性和可行性。
     

不确定广义系统的有限时间终端滑模控制

研究了一类不确定广义系统的有限时间终端滑模控制问题.通过非奇异线性变换将不确定广义系统转换成受限等价形式,利用Liapunov函数的方法,提出一种有限时间终端滑模控制策略,给出相应的终端滑模超曲面和终端滑模控制律,得闭环系统渐近稳定,现了滑模运动,保证了在滑模面上系统状态变量在有限时间内到达平衡点.给出了相应的数值算例,说明了设计的可行性和有效性.     

基于干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法

针对多关节机械臂难以实现对目标轨迹的高精度跟踪控制的问题,提出了一种基于非线性干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法。首先,结合了传统的快速终端滑模控制和非奇异终端滑模控制,不仅可以使跟踪误差在有限时间快速收敛至零且对机械臂建模误差和外界干扰具有强鲁棒性。其次,针对控制输入抖振严重的问题,通过引入非线性干扰观测器技术和饱和函数方法,从而降低了抖振。最后,以三自由度机械臂为研究对象在Matlab/Simulink环境下进行了对比仿真实验,结果表明,相比于现有的线性滑膜和非奇异快速终端滑模控制方案,在存在建模误差、外界干扰和关节摩擦等不确定性的情况下,所设计的控制方法不仅解决了控制输入抖振较大的问题且实现了各关节对期望轨迹的高精度快速跟踪,从而验证了所提出的基于非线性干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法的有效性和可行性。     

基于观测器的Markovian跳变广义生物系统的滑模控制

针对一类基于观测器的Markovian跳变广义生物系统的有限时间滑模控制问题,应用Gordon理论,在已有模型的基础上,增加多个变量,如基本成本和贷款成本,建立一个新颖的广义生物系统模型.由于成熟种群的选择受多种因素的影响,假设种群的市场价格遵循Markovian跳变过程,根据T-S(Takagi-Sugeno)模糊规则,得到具有Markovian跳变的广义生物系统模型.考虑到许多实际情况,由于测量设备在使用上和经济上的局限,不易获得模型的内部状态,因此设计一个观测器来实现状态反馈,基于观测器构造积分滑模面,通过运用基于观测器的滑模控制律,来保证给定滑模面在规定时间内的有限时间的可达性,并对其进行有界性分析.     

基于未知输入观测器的不匹配干扰系统滑模控制

针对具有不匹配未知干扰的非线性系统,研究基于状态估计和未知输入重构的控制问题.在状态可测和未知干扰已知假设下,提出了一种新滑模控制器设计方法,以达到输出渐近稳定;通过设计一种未知输入观测器,对系统的时变未知输入进行重构;基于高增益滑模观测器对未知干扰的微分和系统的输出微分信息进行了有限时间内的精确估计;设计了一种新的基于观测器的控制策略,并论证其可行性.利用一个实际模型验证该控制器的有效性.     

基于高增益观测器的半潜式海洋钻井平台动力定位系统鲁棒滑模控制器设计研究

半潜式海洋平台动力定位系统中,针对海洋复杂的工作环境,为实现精准动力定位,控制器的设计是关键。传统的控制器设计大部分基于位置和速度均可测量这一假设,但在实际工程中,由于干扰和复杂工况的影响,速度信号难以被实时测量或精确测量。选用高增益观测器对速度信号进行状态估计,基于测量直接得到的海洋平台位置信号和状态估计间接得到的速度信号,利用滑模控制自身的强鲁棒和抗干扰特性,进行滑模控制器设计,并运用Lyapunov方法分析了系统的稳定性。MATLAB仿真结果表明,所设计控制器,能够实现半潜式海洋平台精准的动力定位和轨迹追踪控制。     

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。     

基于观测器的广义系统有限时间控制器设计

基于广义观测器,探讨了线性广义系统的有限时间控制问题.利用广义系统状态观测器理论,给出了系统无脉冲模和有限时间状态稳定的充分条件及基于广义观测器的状态反馈控制器的设计方法,所设计的控制器使闭环系统无脉冲模且保持有限时间状态稳定.通过解一组广义Riccati不等式得到观测器增益矩阵和状态反馈矩阵.