严格反馈型随机非线性系统输出反馈滑模控制

研究了一类带有不确定性参数的严格反馈型随机非线性系统的输出反馈镇定问题,主要是采用变结构滑模控制方法(SMC)来设计镇定控制器。首先根据系统的结构和输出状态构造了随机非线性状态观测器,并针对结构参数的不确定性,采用梯度自适应调节律,然后基于系统的观测状态选择滑动模切换流形,给出了不含噪声激励的变结构控制律,并证明滑动模的可达性和闭环系统滑模运动的稳定性,最后讨论了滑模控制的抖振抑制问题。通过系统仿真,与其它鲁棒控制方法进行比较,证明了本方法不仅能够有效地镇定该类随机非线性系统,并且具有一些更好的控制性能。     

一类切换系统的降阶输出反馈滑模控制

研究了一类含有非线性扰动切换系统的鲁棒镇定问题.基于滑模控制技术,提出了降阶输出反馈鲁棒控制策略,给出了系统的滑动模态可达条件,同时设计了该条件下各子系统的输出反馈滑模控制器,并根据李雅普诺夫函数和状态增益给出了离散切换策略,确保闭环切换系统是渐近稳定的.通过数值仿真验证了设计方法的有效性.     

二阶动力学系统输出反馈特征结构配置

考虑了二阶动力学系统的输出反馈特征结构配置设计问题。基于一类广义Sylvester方程的参数化解,给出了闭环系统的右、左特征向量矩阵及反馈增益矩阵的完全参数化表达式。该参数化方法为控制系统设计提供了全部自由度,其中包括待配置特征值和一组自由参量。该参数化方法直接基于二阶动力学系统的参数矩阵,故其计算简单、便于工程应用。数值例子表明二阶动力学系统输出反馈特征结构配置参数化方法简单而有效。     

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。     

反馈线性化与滑模控制方法在汽车AMT中的应用

以汽车机械式自动变速系统(AMT)的离合器接合过程为研究对象,建立起离合器动力学系统与控制系统的数学模型,进一步应用基于微分几何的反馈线性化方法,将原非线性系统等价为完全可控线性系统,然后设计了滑模控制器。仿真结果表明,该方法比传统PID控制具有更高的跟踪精度,更快的响应速度,更强的抗干扰能力。     

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.     

基于启发式搜索和反馈修正的单路口控制方法

结合传统的方案生成式和方案选择式交通控制方法的优点,提出了一种基于启发式搜索和反馈修正的单路口控制方法. 在对交通流的实际控制中通过搜索-反馈修正的过程寻找最优方案,并利用反馈修正监控和应对交通流的时变. 最后通过两组仿真实验, 证明了该方法的控制效果优于定时和感应控制, 并且具有对初始参数和人工维护依赖小, 适应性强的优点.     

多变量极值搜索系统神经网络自适应协同控制

针对一类仿射型多变量极值搜索系统的协同控制问题,提出了一种基于神经网络的自适应协同控制方法。该方法利用协同控制实现状态变量之间的协同收敛,并确保对系统内部参数扰动和外界干扰具有不变性;以系统的状态变量、输入量、搜寻变量以及已知模型参数作为输入量,分别设计两个3层神经网络来估计状态变量极值的动态变化过程及未知参数;并采用可调参数消除此神经网络的残余估计误差。详细的理论分析证明了闭环系统的所有误差信号均指数收敛至原点的有界可调邻域内。仿真结果也说明了理论分析方法的正确性和有效性。     

飞航导弹纵向控制系统的二阶滑模控制设计

在介绍了高阶滑模控制的基础上，提出了一种简单有效的二阶滑模控制器，并应用到飞航导弹纵向控制系统中。仿真结果说明：它对参数不确定的系统具有良好的鲁棒性，并能有效的消弱系统的振颤。     

一类非线性系统的动态面二阶滑模控制

针对一类具有非匹配不确定的严格反馈非线性系统,基于动态面控制和二阶滑模控制设计方法,进行一种新颖的状态反馈控制器设计,实现了不确定系统任意小的跟踪误差。动态面控制类似于反演设计,但其包含一系列低通滤波器;低通滤波器允许控制对象数学模型不可微,这样就避免了反演设计所存在的"膨胀项",减少了计算量,易于实现。同时,由于引入二阶滑模控制,消除了传统滑模控制(一阶滑模控制)存在的抖振现象,既增强了控制系统的鲁棒性,又提高了系统的控制精度。     

基于二阶滑模控制的微分几何制导律

针对机动目标拦截设计了一种零化视线角速率的微分几何制导律。首先,基于古典微分几何原理,对弹目拦截的空间几何关系进行分析,建立了弹目拦截的相对运动学模型;其次,针对外界干扰对非线性仿射系统的影响,设计了二阶滑模变结构控制器,并对控制器的稳定性和有限时间收敛性进行了分析。再次,以二阶滑模控制器为基础,将目标机动作为外界扰动项,基于零化视线角速率的思想设计微分几何制导律。为克服解耦条件下带来的信息丢失,利用李群理论,给出了非解耦条件下导弹制导曲率指令和挠率指令的计算方法,同时为避免拦截过程中制导指令出现奇异,对拦截的初始条件进行了研究,给出了导弹拦截目标的捕获条件。最后仿真表明,所设计的微分几何制导律制导精度高,拦截时间短,过载变化较为平稳,相对于传统的非线性微分几何制导律,大大提升了制导性能。     

机械臂模糊超螺旋二阶滑模轨迹跟踪控制

针对工业机械臂模型误差和外部干扰等不确定性因素对末端轨迹跟踪精度的影响,设计了一种新的模糊自适应超螺旋二阶滑模轨迹跟踪控制方法。基于机械臂动力学模型,设计一种新的非奇异终端滑模面,采用超螺旋算法设计二阶滑模控制律;为解决滑模控制只能在已知扰动边界的情况下对匹配扰动进行补偿问题,结合模糊推理算法实现对系统未知不确定性的在线补偿,采用Lyapunov理论证明了闭环控制系统的稳定性。仿真与实验对比表明：该控制方法可使机械臂在复杂不确定性因素下实现末端轨迹精确跟踪,并对系统抖振现象进行有效抑制。     

基于二阶滑模的刚体航天器姿态跟踪控制

针对存在参数不确定性和外加干扰的刚体航天器的姿态跟踪控制问题,提出一种基于二阶滑模的姿态跟踪控制方法。首先介绍高阶滑模控制基本原理,并建立基于修正罗德里格参数(modified Rodrigues parameter, MRP)描述的航天器数学模型,采用李雅普诺夫第二法推导二阶滑模姿态控制律。理论分析和仿真结果表明该方法能够有效消除系统抖振,并实现航天器姿态跟踪的精确定位,且系统具有全局稳定性和鲁棒性。     

非线性时滞系统自适应输出反馈跟踪控制

针对一类参数化非线性时滞输出反馈系统,提出了一种自适应输出跟踪控制器的设计方案。引入时滞滤波器估计未知系统状态,采用backstepping技术设计控制律和参数自适应律,运用占优方法处理非线性时滞项,从而放宽了对非线性时滞函数的要求,实现了对给定目标轨线的全局渐近跟踪,同时保证闭环系统所有信号一致有界。基于Lyapunov-Krasoviskii泛函方法证明了整个闭环系统的稳定性。实例仿真说明了该方案的可行性。     

含未知参数极值搜索系统预设性能控制

考虑在满足预设性能前提下的含未知参数极值搜索系统的控制问题,针对含未知参数的目标函数设计极值参考轨迹,利用性能函数进行预设性能设定,利用误差转换函数构建等效模型并针对等效模型设计反演控制器,设计未知参数的自适应估计律,使系统实现极值搜索的同时满足预设性能。仿真验证了该方法的有效性。     

基于光滑二阶滑模的机械臂轨迹跟踪控制

针对机械臂系统具有的强非线性、强耦合、多输入多输出、不确定性等特点,提出一种多变量光滑二阶滑模轨迹跟踪控制方法,该方法能够有效地消除传统滑模控制中固有的抖振现象,并且具有较快的收敛速度.采用李雅普诺夫稳定性理论证明了所提方法具有有限时间收敛性.最后,将所提方法应用于存在模型不确定性以及外界干扰的两关节机械臂轨迹跟踪控制...     

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。     

T-S模糊广义系统输出反馈无源控制

考虑一类T-S模糊广义系统的无源控制问题。在状态空间下,基于线性矩阵不等式(LMI)的方法,给出了使得闭环系统满足无源性的动态输出反馈无源控制器存在的充分条件,在此基础上给出了动态输出反馈无源控制器的设计方法,该方法与现有结果相比,不需要状态完全可测并且充分考虑了模糊子系统之间的相互作用。动态输出反馈无源控制器的设计方法归结为求解一组线性矩阵不等式。最后通过数值仿真例子,说明所给设计方法的有效性。     

基于反馈线性化的船舶自动舵模糊滑模控制

针对船舶航向自动舵控制系统的非线性数学模型,应用基于微分几何的反馈线性化方法,将原非线性系统等价为完全可控型线性化模型,然后设计了滑模变结构控制器,并利用模糊控制器实现了滑模趋近律的参数自整定,设计方法简单可行。仿真结果表明,所设计的模糊滑模控制器能够快速准确地跟踪设定航向,并对参数摄动和外界风浪干扰具有很强的鲁棒性,同时消除了系统的抖振现象,优于传统的滑模控制。

Abstract：

According to the nonlinear model of ship autopilot system and using the feedback linearization procedure of differential geometry,an equivalent,fully controllable and linear model was derived via a homomorphism transformation and a fuzzy reaching law sliding mode controller was designed.The simulation results show that the controller designed here,which is superior to traditional sliding mode control,can track a desired course fast and accurately.It also exhibits strong robustness peculiarity to system uncertainties and avoiding chatting phenomenon.     

离散T-S模糊系统的输出反馈H_∞控制

研究离散T-S模糊系统的输出反馈镇定及输出反馈H∞控制问题. 通过引入松弛变量, 将离散T-S模糊系统的输出反馈镇定问题归结为求解一组线性矩阵不等式(LMIs), 进而给出基于LMI的输出反馈H∞控制器的设计方法. 该方法的优点是, 不仅可以用来设计阶数与原系统相等的全阶动态输出反馈控制器, 还可以设计降阶动态输出反馈控制器和静态输出反馈控制器. 最后通过仿真算例演示控制器设计方法.