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TCP/AQM的离散滑模控制器设计

基于网络拥塞控制有效的主动队列管理算法(AQM),设计了一种鲁棒的离散滑模控制器(DSMC).针对实际网络中离散化的采样系统和定期更新等运行特点,将TCP动态拥塞窗口模型离散化,考虑该模型存在的网络延迟及流量扰动等参数不确定等特点,采用鲁棒性较好的滑模控制器.在控制器的设计中,构造了包含起始点滑模面,缩短到达时间;假设不确定扰动的最大上界,采用等效控制设计控制律;然后给出了系统的稳定性分析.仿真结果表明该控制器能够获得较快的响应速度和稳定的队列长度,在网络参数变化时仍能获得很好的鲁棒性.     

磁轴承-转子系统的离散模糊自适应滑模控制

针对磁悬浮反作用飞轮工程化的需要,提出了一种磁轴承—转子系统的离散滑模控制方法,用于处理系统中不平衡量和非线性干扰,实现了该系统的高精度鲁棒控制。针对滑模控制方法存在抖振大的问题,采用模糊控制器输出的绝对值作为滑模控制器的增益,实现了增益的自适应调节,大大减弱了抖振。设计了离散非线性跟踪微分器用于合理提取微分,代替实际速度信号实现全状态反馈。仿真结果表明,该控制系统的不平衡量和非线性干扰得到有效抑制,控制电流较小,抖振控制在精度范围之内,位移在短时间内收敛到零,从而转子绕惯性主轴旋转,实现了自动平衡。     

伺服系统模糊滑模控制器的设计与仿真

将模糊逻辑控制与滑模控制相结合，给出了一种模糊滑模控制器的设计方法。并针对伺服系统具有参数变化范围大、干扰源多等特点，设计了基于模糊滑模控制的伺服系统的结构。最后将该方法用于某机器人的机械臂的控制，并在参数大范围变化、正弦扰动作用等条件下进行了仿真。仿真结果表明，模糊滑模控制能有效地削弱传统滑模控制的“抖动”现象，并且在一定条件下具有很强的鲁棒性。     

Vector Field Based Sliding Mode Control of Curved Path Following for Miniature Unmanned Aerial Vehicles in Winds

In this paper, a curved path following control algorithm for miniature unmanned aerial vehicles(UAVs) in winds with constant speed and altitude is developed. Different to the widely considered line or orbit following, the curved path to be followed is defined in terms of the arc-length parameter, which can be straight lines, orbits, B-splines or any other curves provided that they are smooth. The proposed path following control algorithm, named by VF-SMC, is combining the vector field(VF) strategy with the sliding mode control(SMC) method. It is proven that the designed algorithm guarantees the tracking errors to be a bounded ball in the presence of winds, with the aid of the Lyapunov method and the BIBO stability. The algorithm is validated both in Matlab-based simulations and high-fidelity semi-physical simulations. In Matlab-based simulations, the proposed algorithm is verified for straight lines, orbits and B-splines to show its wide usage in different curves.The high-fidelity semi-physical simulation system is composed of actual autopilot controller, ground station and X-Plane flight simulator in-loop. In semi-physical simulations, the proposed algorithm is verified for B-spline path following under various gain parameters and wind conditions thoroughly.All experiments show the accuracy in curved path following and the excellent robustness to wind disturbances of the proposed algorithm.     

一种改进的自适应模糊滑模大包线飞行控制方法

提出了一种改进的自适应模糊滑模大包线飞行控制方法。该方法以经模拟退火粒子群算法优化的小波神经网络实现非线性模型的逆,能够更加细致地逼近非线性模型,并针对自适应控制的鲁棒性与瞬态性能差的缺点,将滑模控制与自适应控制相结合共同补偿逆误差,提高了自适应控制的鲁棒性与瞬态性。仿真结果表明:所设计的自适应模糊滑模大包线飞行控制器具有优良的控制性能。     

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。     

基于连续滑模控制的主动队列管理算法及仿真

基于一种改进的滑模控制器提出了一种主动队列管理（AQM）算法。采用连续的滑模控制（SMC）方案来取代不连续的切换控制，消除了滑模控制中存在的抖振现象从而使队列跟踪性能得到改善．对于网络模型的不确定性、网络参数的时变性及非TCP适应流所引起的网络抖动试算法具有很强的鲁棒性。仿真结果表明该方法可以使队列长度快速收敛到设定值，同时使队列振荡最小，结果也表明在网络条件变化的情况下，该算法优于传统的PI控制和传统的滑模控制。     

A Composite Adaptive Fault-Tolerant Attitude Control for a Quadrotor UAV with Multiple Uncertainties

In this paper, a composite adaptive fault-tolerant control strategy is proposed for a quadrotor unmanned aerial vehicle (UAV) to simultaneously compensate actuator faults, model uncertainties and external disturbances. By assuming knowledge of the bounds on external disturbances, a baseline sliding mode control is first designed to achieve the desired system tracking performance and retain insensitive to disturbances. Then, regarding actuator faults and model uncertainties of the quadrotor UAV, neural adaptive control schemes are constructed and incorporated into the baseline sliding mode control to deal with them. Moreover, in terms of unknown external disturbances, a disturbance observer is designed and synthesized with the control law to further improve the robustness of the proposed control strategy. Finally, a series of comparative simulation tests are conducted to validate the effectiveness of the proposed control strategy where a quadrotor UAV is subject to inertial moment variations and different level of actuator faults. The capabilities and advantages of the proposed control strategy are confirmed and verified by simulation results.

     

基于分数阶微积分的机械臂滑模控制的研究

针对机械臂这类非线性与不确定性的系统,将分数阶微积分理论与滑模控制策略的优点相互结合,提出一种有效的分数阶滑模控制方法。在控制器的设计过程中,分别以分数阶趋近律与分数阶滑模控制律两种手段将分数阶微积分引入到滑模控制中,并运用Lyapunov理论进行证明,从而确保系统的稳定性。将提出的控制方法应用于二关节机械臂上,使用MATLAB仿真软件进行仿真验证。结果表明,所提控制策略可有效提高关节的跟踪速度与跟踪精度,控制器具有良好的有效性和鲁棒性。     

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.     

一种直线感应电机的新型积分滑模控制器的设计与仿真

针对非匹配扰动影响下的直线感应电机速度跟踪问题进行研究,基于扩张扰动观测器设计了一种新型积分滑模控制器,使电机在非匹配扰动下具有良好的响应特性。针对带有边缘效应的直线感应电机模型,为其中的非匹配扰动分别设计了扩张扰动观测器,对扰动导数的观测值进行滤波处理,基于扰动量及其导数的观测值设计了新型积分滑模控制器(EDO-NSMC)。仿真研究表明所设计的控制器具有良好的响应特性和鲁棒性,并且减轻了传统滑模控制器的抖振效应。     

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.     

电磁悬浮平台系统的滑模控制研究

针对电磁悬浮系统中存在建模误差和外加干扰的非线性控制问题，研究了磁浮系统的滑模控制方法，设计了磁浮系统的切换超平面和基于最终滑动模态的滑模控制系统。仿真结果表明，该控制系统能有效抑制系统参数摄动引起的扰动和持续的外激力干扰，增强了系统的鲁棒性。     

尾坐式无人机过渡模式纵向解耦控制

针对尾坐式无人机不同飞行模式过渡过程中纵向飞行速度和高度的协调控制问题,采用计算流体力学的方法对尾坐式无人机进行了气动特性计算和分析,根据总能量控制理论设计了过渡模式的在线解耦控制策略,为了适应尾坐式无人机过渡过程攻角和飞行速度的大幅变化,考虑阻力的影响,设计了非线性形式的总能量控制系统。通过仿真对比实验,基于总能量控制理论设计的解耦控制器,使尾坐式无人机在过渡过程取得良好的纵向解耦控制效果,验证了算法的有效性。     

基于积分滑模控制的无人机自动着舰系统

针对无人机着舰这一特殊环境,为克服系统摄动、未建模动态及各种环境干扰因素的不良影响,从工程实现易行性出发,提出一种新的积分滑模着舰飞行控制方法,避免其受传统积分切换函数滑模控制方法的应用限制,并采用自适应模糊系统抵消外界干扰带来的误差,逼近滑模控制器中的切换项,从而有效降低舵面的抖振。搭建自动着舰综合仿真平台,以国外现役某小型舰载无人机为例,仿真结果表明,该自动着舰系统能较好地克服各种因素的影响,实现无人机安全着舰,着舰性能符合要求。     

多连杆柔性关节机械臂的神经滑模控制

钟对多连杆柔性关节机械臂,设计了基于高斯径向基函数神经网络（GRBFNN）的滑模控制器,该控制器利用神经网络的逼近能力,将各关节的切换函数作为网络的输入,控制器完全由连续的RBF神经网络实现。利用该控制器与线性二次型跟踪器以及传统滑模控制器对三连杆柔性关节机械臂进行轨迹跟踪控制仿真。仿真结果表明：线性二次型跟踪器具有一定传输时延,滑模控制器跟踪轨迹有明显抖振,而神经滑模控制器取消了切换项,消减了抖振,具有良好的跟踪效果和稳定性。     

X-Cell50直升机非线性控制系统仿真研究

基于非线性分散控制理论,设计了X-cell50微型直升机垂直飞行的姿态稳定非线性控制系统。该控制系统的设计不依赖对象精确数学模型,控制器结构简单易于实现,所包含的积分环节补偿了系统内部的各种未知因素以及外部扰动。仿真结果与变结构滑模控制相比,不仅避免了滑模控制存在的输出稳态误差和控制信号的抖振现象,而且当直升机存在外部干扰和内部参数变化时对其姿态稳定性能的控制具有很强的鲁棒性。     

导弹滚转驾驶仪设计中的滑模控制方法研究

提出了一种滑模变结构滚转驾驶仪的设计方法。采取主反馈比例切换控制策略,在控制器的设计过程中引入了模型的参数不确定性,根据滑模存在条件和参数变化范围导出控制器参数。仿真分析表明变结构驾驶仪比经典滚转驾驶仪具有更好的鲁棒性。