Homogeneous Finite-Time Consensus Control for Higher-Order Multi-Agent Systems by Full Order Sliding Mode

This paper investigates the distributed finite-time consensus tracking problem for higher-order nonlinear multi-agent systems (MAS_s). The distributed finite-time consensus protocol is based on full order sliding surface and super twisting algorithm. The nominal consensus control for the MASs is designed based on the geometric homogeneous finite time control technique. The chattering is avoided by designing a full order sliding surface. The switching control is constructed by integrating super twisting algorithm, hence a chattering alleviation protocol is obtained to maintain a smooth control input. The finite time convergence analysis for the leader follower network is presented by using strict Lyapunov function. Finally, the numerical simulations validate the proposed homogeneous full-order sliding mode control for higher-order MAS_s.     

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。     

非匹配不确定性条件下的编队分布式协同控制

针对非匹配不确定性、饱和输入等约束条件下的编队协同控制问题展开研究。通过引入辅助系统和扩张状态观测器实现对系统状态的实时跟踪;设计了滑模扰动观测器,实现在有限时间内精确估计系统的全部未知扰动;在此基础上,提出了反馈控制协议,显著改善了系统控制性能,有效降低了计算负担,使得通过选择合适参数能够保证状态追踪误差收敛到有界域内;最后通过Lyapunov稳定性理论对控制系统稳定性进行严格证明。数值算例验证了控制协议有效性,结果表明所设计的控制协议能够满足复杂约束条件下的编队协同控制要求。     

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。     

MEMS三轴陀螺仪中不匹配干扰抑制方法

微机电系统(micro electro mechanic system, MEMS)陀螺仪作为一类新型角速率传感器,其制造和应用过程中不可避免会受到不匹配干扰的影响,即速度项的测量过程中引入各种噪声,降低MEMS陀螺仪的检测精度。在滑模控制策略下提出一种基于辅助变量的非线性干扰观测器,对MEMS陀螺系统中存在的不匹配干扰进行实时估计,同时针对积分自适应切换增益发散问题,采用了一种避发散技术-死区技术。最后通过李雅普诺夫理论进行了系统稳定性分析。仿真结果表明,该策略实现了轴向轨迹跟踪,提高了陀螺仪的检测精度。     

基于观测器的一类不确定非线性系统自适应输出反馈控制

针对一类不确定非线性系统,基于非线性状态观测器采用回馈递推(Backstepping)设计方法提出了一种鲁棒自适应L2增益控制方案。该控制方案首先对系统的不可观测状态设计非线性状态观测器,在此基础上通过多步递推得到系统的控制律并设计了未知干扰的参数自适应律,使系统具有L2增益性能。同时把采用常规设计方法需要对过多参数进行辨识问题简化为只需对与未知干扰个数相同的参数进行辨识的问题,简化了控制器结构。最后通过仿真算例验证了所设计控制方案的有效性。     

基于非线性干扰观测器的拦截弹动态逆控制

针对直接力/气动力复合控制的临近空间拦截弹,提出了一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)的动态逆复合跟踪控制器设计方法。首先设计NDO,对系统的不匹配干扰进行估计,并通过干扰估计值设计前馈补偿项来有效消除外部干扰对系统的影响。接着,设计基于NDO的动态逆复合控制律,获取期望控制力矩。然后,利用动态控制分配技术将期望控制力矩分配到气动舵和反作用喷流装置。最后,仿真结果表明,所设计复合控制器对过载指令具有较好的跟踪效果,适用于临近空间拦截弹复合控制。     

基于干扰估计的BTT导弹鲁棒方差姿态控制

针对存在非线性和不确定性的倾斜转弯(bank-to-turn, BTT)导弹姿态控制问题,提出基于干扰估计的鲁棒方差控制方法。将姿态运动中非线性项和不确定项作为总干扰,采用干扰观测器进行估计,并引入控制系统进行补偿。干扰观测器的观测误差作为BTT导弹姿态运动的干扰输入,为了保证控制系统具有良好的动态和稳态性能,采用鲁棒方差控制理论设计了线性反馈控制器,将闭环极点配置在特定圆盘区域,同时将状态变量的稳态方差保持在给定的范围内。仿真结果表明,所提出的鲁棒方差姿态控制器能够保证良好的控制效果,鲁棒性强。     

一类非线性系统的有限时间保成本控制

针对一类具有有限能量外部扰动的连续不确定非线性系统,讨论其有限时间保成本控制问题。首先采用Takagi-Sugeno模糊模型对非线性系统进行建模,然后找到一个合适的Lyapunov函数,给出闭环模糊系统有限时间有界的充分条件及有限时间保成本控制器的设计方法,并将控制器的求解转化为一组线性矩阵不等式的可行性问题。研究表明,采用该方法设计的控制器不仅能使闭环不确定模糊系统对所有可允许的外部扰动是有限时间有界的,而且还给出了保成本上界的一个优化值。最后,仿真结果表明该设计方法是有效的。     

基于干扰观测器的倒立摆自适应滑模控制及仿真研究

旋转二级倒立摆是一种非线性、强耦合的复杂不稳定的欠驱动系统,在已建立的倒立摆数学模型的基础上,提出了一种基于干扰观测器的离散自适应滑模控制算法,针对系统的内部参数变化和外部扰动,利用干扰观测器对系统的不确定因素进行了动态补偿,同时结合自适应算法降低系统的抖振,与未采用干扰观测器的传统自适应滑模控制律的仿真结果进行对比,可以看出,采用改进的控制算法大大降低了系统的抖振和超调,改善了系统的动态性能,得到更好的控制效果.     

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。     

基于滑模干扰观测器的反演终端滑模飞行控制

针对某战斗机机动飞行时强耦合、气动参数和力矩干扰不确定非线性模型,提出了一种基于滑模干扰观测器的滑模反演控制方法。将飞机非线性动力学模型分解为角度回路和角速度回路并表示为严格反馈形式,分别采用反演和快速终端滑模方法设计虚拟控制律与实际控制律。结合滑模微分器获取虚拟控制律的导数,避免计算复杂性问题,并基于滑模微分器设计干扰观测器,实现对模型不确定性的有效估计和补偿。仿真结果表明,该控制方法对气动参数摄动和力矩干扰不确定性具有鲁棒性,能够实现对参考轨迹的稳定跟踪。     

多智能体系统的非光滑二阶一致性协议

针对二阶积分器多智能体系统,提出了一类非光滑一致性协议设计方法。首先,基于反步设计方法,将速度看成虚拟控制量,并设计虚拟速度,使得状态一致性可以渐近达到。然后,基于有限时间控制方法设计控制律使得真实速度在有限时间内跟踪上虚拟速度。该控制律使得:当系统不存在外部扰动时,一致性可以渐近达到;当系统存在外部扰动时,任意两个智能体间的稳态误差渐近收敛到原点附近的一个小邻域内。仿真结果表明了该方法的有效性。     

运载火箭的抗干扰分数阶控制器设计

针对火箭的姿态控制问题,基于自抗扰理论和分数阶控制,提出了一种控制器设计方法。通过设计扩张状态观测器,充分利用惯组平台和速率陀螺的复合量测信息对系统的内部和外部干扰进行估计。设计分数阶控制器对估计的干扰进行实时补偿,实现火箭的姿态控制,通过引入可调参数使得控制器参数调整范围变大,保证控制器具有更好的控制精度。考虑到控制器参数多且难以被确定,采用一种基于遗传算法和粒子群优化的混合算法对参数进行调整;通过仿真验证了所提算法可以获得良好的动态性能、抗扰性和鲁棒性。     

Projective Group Consensus of Multi-Agent Systems with Arbitrary Parameter

In this paper, the projective group consensus issue for second order multi-agent systems(MASs) in directed graphs with a dynamic leader is investigated. The proposed projective group consensus with arbitrary parameter includes traditional consensus, reverse group consensus and cluster consensus as its special cases. Novel distributed control protocols are designed to obtain projective group consensus without analyzing signed directed graph as in most current literatures on bipartite consensus problem. On the basis of Lyapunov stability property, algebraic graph and some necessary matrix theory, sufficient conditions for delay and delay-free cases are derived. Finally, simulations of nonlinear chaotic MASs are adopted to testify the theoretical results.     

一类非线性系统的自适应模糊滑模控制

针对一类非线性系统的控制,把模糊自适应和滑模控制相结合,设计了一种新型的全局滑模控制器,以全局模糊滑模面为滑模控制器的输入,通过模糊推理处理了非线性和减少了抖振,基于Lyapunov函数的稳定性分析,求出模糊控制规则的自适应律,构成一个全局模糊控制器,有效解决了传统滑模控制中,需要确定参数摄动和外部干扰上确界的问题,同时削弱了系统得抖振,仿真结果显示了该方法的有效性。     

Robust fault diagnosis with disturbance rejection and attenuation for systems with multiple disturbances

The fault diagnosis problem is investigated for a class of nonlinear neutral systems with multiple disturbances.Time-varying faults are considered and multiple disturbances are supposed to include the unknown disturbance modeled by an exo-system and norm bounded uncertain disturbance.A nonlinear disturbance observer is designed to estimate the modeled disturbance.Then,the fault diagnosis observer is constructed by integrating disturbance observer with disturbance attenuation and rejection performances.The augmented Lyapunov functional approach,which involves the tuning parameter and slack variable,is applied to make the solution of inequality more flexible.Finally,applications for a two-link robotic manipulator system are given to show the efficiency of the proposed approach.     

Optimal deterministic disturbances rejection for singularly perturbed linear systems

1. INTRODUCTION It is well known that external disturbances exist in almost all practical systems, such as wind or ocean wave forces in active control systems for offshore structures[1], harmonic oscillations in flight control systems through wind shear[2] , and periodic disturb- ance in the disk drive[3]. In recent years, various reliable approaches with regard to the disturbance rejection and cancellation have been well documented in many literatures. Lee et al. [4] proposed the model-ba…     

一类非线性MIMO系统的自适应模糊输出反馈控制

针对一类多输入多输出非线性系统设计了自适应模糊观测器和控制器。该方法不需要系统状态完全可测的条件，而是通过自适应模糊观测器估计系统的状态。采用基于状态估计的模糊基函数模型的模糊逻辑系统逼近非线性函数，并对模糊建模误差和外扰的存在采用了鲁棒补偿控制项以保证良好的观测与跟踪性能，该控制器保证了跟踪误差和观测误差的一致最终有界性。仿真结果表明所提出的方法具有良好的观测效果与跟踪效果。     

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。