一类非线性网络化控制系统的滑模变结构控制

基于滑模控制系统滑动模态不变性和T-S模糊模型能有效解决菲线性系统建模的优点,研究了一类具有时延和丢包的非线性网络化控制系统的滑模变结构控制问题.采用滑模控制理论设计控制器,证明了在控制器作用下系统能在有限时间内到达滑模面并一直保持在滑模面上,并根据Lyapunov理论和线性矩阵不等式(LMI)方法推证出了系统状态全局稳定的充分条件.最后以一个仿真算例验证了本文方法的可行性和有效性.     

二维旋转激励平移振荡器滑模控制设计

旋转激励平移振荡器(TORA)由一维平移小车和安装在其上的转子组成,是非线性控制设计的基准系统之一。该文针对小车具有二维平移运动的TORA(2DTORA)系统,设计其滑模控制器。将系统动力学在平衡点附近线性化并转换为能控标准型,设计包含系统所有状态的线性滑模面,采用指数趋近率使系统趋近于滑模面,保证了系统各状态变量达到期望值;并基于极点配置的方法得到滑模面的各项系数。通过对系统在多个平衡点求线性化模型和计算滑模面,得到滑模面的T-S模糊模型,保证了系统在各平衡点都能实现稳定控制。仿真实验验证了控制方法的可行性和有效性。     

二维旋转激励平移振荡器滑模控制设计

旋转激励平移振荡器(TORA)由一维平移小车和安装在其上的转子组成,是非线性控制设计的基准系统之一。该文针对小车具有二维平移运动的TORA(2DTORA)系统,设计其滑模控制器。将系统动力学在平衡点附近线性化并转换为能控标准型,设计包含系统所有状态的线性滑模面,采用指数趋近率使系统趋近于滑模面,保证了系统各状态变量达到期望值;并基于极点配置的方法得到滑模面的各项系数。通过对系统在多个平衡点求线性化模型和计算滑模面,得到滑模面的T-S模糊模型,保证了系统在各平衡点都能实现稳定控制。仿真实验验证了控制方法的可行性和有效性。     

一类不确定分数阶舰船运动混沌系统的滑模同步控制

运用Lyapunov稳定性理论和分数阶微积分的性质,研究一类不确定分数阶舰船运动混沌系统的同步控制问题,提出一种自适应滑模控制方法.通过设计分数阶非奇异终端滑模面和构造分数阶Lyapunov函数,证明在滑模面上误差系统能够稳定到平衡点;为了将同步误差系统的轨迹驱动到滑模面上,引入自适应滑模控制律,实现了主从系统的混沌同步;通过算例说明该方法的适用性,并验证了理论结果.     

基于Ackermann公式的滑模控制设计方法

从滑模变结构控制的机理出发,设计了具有理想动态特性和较强鲁棒性的滑模控制器。该方法使用了Ackermann公式来设计滑模控制,从而可以使滑模控制的不连续超平面以简单的方式表达。在此基础上引入了Butterworth滤波器传递函数的极点作为系统的理想特征值,使闭环系统及滑模面达到了较理想的动态特性,并采用Sigmoid函数来取代开关函数更有效的抑制滑模控制的抖动;通过倒立摆控制的仿真实例验证了该方法的控制效果,且在系统参数不确定时,取得较快的收敛速度和较好的控制性能。所设计的控制器在系统动态过程中显示改进型Butterworth滤波器的动态特性,静态时在有限时间内到达期望的滑模面的邻域,整个系统具有较为理想的动态特性。     

具有无穷平衡点的分数阶新混沌系统的积分滑模同步

针对一类具有无穷平衡点的分数阶混沌系统,提出了一种新的分数阶滑模同步控制方法。在分数阶微积分的基础上,引入了一种新的非奇异分数阶终端滑模面,并利用分数阶Lyapunov稳定性定理,证明了在非奇异分数阶终端滑模面上误差系统能够在有限时间内稳定到平衡点;并通过设计合适的自适应控制律,得到同步误差轨迹能到达滑模面。数值算例表明了该方法的有效性。     

一类欠驱动系统的解耦滑模控制方法

针对一类欠驱动系统的稳定控制问题,提出了一种解耦滑模控制器的设计方法.首先将整个系统分成2个子系统,分别设计2个子系统的滑动面.然后利用其中一个子系统滑动面的反正切函数来构造一个中间变量,将该变量引入到另一个子系统的滑动面中,进而构造出整个系统的滑动面.最后利用等效控制法求取系统在该滑动面上的等效控制量,并采用李雅普诺夫稳定性定理设计系统的切换控制量,从而获得系统最终的控制输入量.该方法解决了传统解耦滑模控制方法中存在的控制系统稳定性无法保证的问题,并可简化解耦滑模控制器的设计.从理论上分析了系统各个滑动面的渐近稳定性,并且通过桥式吊车系统的仿真实验验证了该方法的有效性.     

卫星姿态控制的变结构滑模控制方法

针对卫星姿态控制问题中经典滑模控制器存在的收敛速率方面的缺陷,提出了一种变结构滑模控制方法。在保持经典滑模控制器结构简单、鲁棒性强的优势前提下,通过对滑模参数进行设计来提高系统的收敛速率,并大幅度减小控制系统的控制力矩与姿态角速度。引入变结构动态滑模参数的概念,在系统尚未到达滑模面时维持经典滑模面结构,而在到达之后开始对滑模参数进行实时更新、放大;引入角速度与控制力矩约束,给出控制参数与系统性能指标之间的约束关系,防止系统状态超过其上界。通过Lyapunov稳定性理论及数值仿真对提出方法进行验证,实验结果表明：在合理设置实验参数条件下,所提的变结构滑模控制方法对比经典滑模控制方法收敛速率提高50%,系统的控制力矩和角速度全程不超过其上界。所提的变结构滑模控制方法不仅提高了系统的收敛速度,而且系统状态全程不超上界,这对系统控制和系统寿命有极大的益处。     

含控制分配的积分滑模主动容错控制方法

针对重构故障不匹配情况下的多操纵面飞机控制问题,提出了一种基于控制分配的积分滑模主动容错方法. 采用一种新的在线控制分配律简化了滑模控制律设计,设计了积分滑模控制律以保证指令重分配时系统的稳定性,在重构故障匹配和不匹配情况下,推导并证明了含控制分配律的系统整体闭环稳定性. 仿真结果验证了所设计控制器的性能,有效实现多操纵面飞机的快速平稳控制.      

一类非匹配不确定系统的滑模控制

研究了一类非匹配不确定系统的滑模控制问题,通过引入适当的状态变换,将系统分解成两个子系统,提出了一种基于二次稳定性的鲁棒滑模面的设计方法;根据滑模控制的到达条件,设计了整个系统的滑模控制器,使得从任意状态出发的不确定系统能在有限的时间内到达滑动面,确保了系统的全局渐近稳定性,仿真结果表明了该控制策略的有效性。     

一类具有Markov跳跃参数的不确定混合系统滑模控制

针对一类具有Markov跳跃参数的不确定混合系统,基于滑模控制理论,设计了滑模控制器.通过线性矩阵不等式方法,分别给出了匹配不确定和非匹配不确定条件下系统在滑模面上均方意义下指数稳定的充分条件.同时针对这两种不确定性,设计了相应的滑模控制策略,并证明了该控制策略能够确保系统的运动轨迹在有限时间内到达滑模面并一直保持在滑模面上.仿真结果表明,所设计的控制器对不确定混合线性Markov跳跃系统具有很强的稳定性和鲁棒性.     

非线性不确定时滞系统的鲁棒滑模控制

针对一类非线性不确定时滞系统,提出了一种新的鲁棒滑模控制设计方法.通过使用一个综合性能指标,设计了无记忆鲁棒滑模控制器,确保了闭环系统的稳定性,有效地抑制了时滞系统滑模控制设计的抖振.仿真结果证明了该方法的有效性.     

二阶混沌系统基于指数终端滑模控制的投影滞后同步

研究了带有外部干扰变量和不确定项的二阶混沌系统的投影滞后同步问题。基于Lyapunov稳定性理论及指数型快速终端滑模策略的有限时间快速收敛性,提出一种新的滑模变结构控制,并设计相应的滑模曲面和控制律。所设计的控制器使误差系统状态变量能以较快的收敛速度在有限时间内进入指数终端滑模曲面并最终到达平衡点。数值仿真验证了该控制方法的有效性。     

非匹配不确定非线性系统的滑模跟踪控制

在非匹配不确定非线性系统中,系统状态之间无通常的积分关系,从而无法得到系统状态的各阶导数,因此,那些其于系统状态各阶导数的滑模控制方法也就无法实现,为此,在利用多级滑模观测器对系统状态的各阶导数进行估计的基础上,针对非匹配不确定非线性系统,采用合成输入这一概念来构造滑动面,将其选取为跟踪误差及其积分、微分的线性组合,利用Lyapunov方法对滑模控制律进行设计,以实现滑动模,进而实现此类系统的跟踪控制,设计过程同时也证明了,利用多级观测器,该滑模控制方法对非线性不确定性因素具有鲁棒性,闭环系统在有限时间进入滑动模态,仿真算例证实了该方案的可行性。     

基于滑模观测器的卫星姿态控制系统滑模容错控制

针对卫星姿态控制系统执行机构故障,设计了基于滑模观测器的滑模容错控制律.采用迭代学习算法在线调节观测器滑模项切换增益,设计滑模观测器估计卫星姿态和角速度.在此基础上,将执行机构故障作为系统的未知动态,提出一种对卫星姿态控制系统执行机构故障不敏感的滑模容错控制方法.该方法利用系统输入和状态信息,结合动力学特性实现未知动态估计,以此设计滑模控制律.通过数字仿真验证了该容错控制方法的有效性.     

具有时滞网络系统的滑模控制

针对TCP(传输控制协议)网络的拥塞控制问题,采用滑模控制理论提出了一种新的主动队列管理算法.考虑到网络中同时具有状态时滞和输入时滞的线性TCP动态系统,首先利用特殊变换将原不确定时滞系统转化为无时滞系统.在新的坐标下,设计了一个最优的滑动模面,而且所选择的控制律能够有效抑制路由器中队列长度的振荡,实现准确的跟踪.仿真结果进一步证实了该控制策略的可行性.     

不确定离散系统的变速率滑模控制

针对一类不确定离散系统,提出了一种变速率滑模控制方案.通过使用变速率采样技术,设计了用于同时估计系统状态和干扰的混杂观测器,并据此发展了滑模控制器,确保取得准滑动模态的同时,消除了对不确定项的线性边界条件要求.仿真结果验证了所提方法的有效性.     

时滞不确定系统的支持向量机滑模控制

针对一类具有不确定性参数和状态时滞的系统,利用线性矩阵不等式(LMI)方法设计了滑模控制器,并且针对系统的不确定性,引入支持向量机(SVM)对其进行在线学习,获得不确定性部分的上界值,保证了系统的稳定性与鲁棒性,有效地降低了滑模控制固有的抖振现象,改善了系统的控制品质。仿真研究表明了此方法的可行性与有效性。     

热连轧液压活套不确定系统的滑模控制

针对一类多输入多输出热连轧液压活套不确定系统设计了滑模控制器.首先利用特殊线性变换将原不确定系统化成标准形式,然后基于Lyapunov函数方法和线性矩阵不等式(LMI)技术给出了滑模面函数,根据滑模到达条件设计了一种新的控制策略,并且给出了理论性证明.最后仿真结果表明,该控制器可使活套控制系统获得较好的控制效果,有效地提高热轧带钢精轧机活套系统的控制精度,并使活套系统迅速达到平衡稳定状态.该控制器具有很强的鲁棒性能,非常适合于复杂的活套系统.     

飞艇森林巡防轨迹跟踪的滑模控制

为实现无人飞艇在森林巡防时的轨迹跟踪控制, 针对飞艇飞行运动的非线性、 耦合等特点, 提出一种滑模控制方法。基于牛顿第二定律等定理推导飞艇巡防飞行的精确数学模型, 并通过选取状态向量和控制向量, 将其数学模型描述为非线性控制系统。通过泰勒级数展开将非线性系统简化为线性系统, 并设计滑模控制律, 同时采用饱和函数的方法抑制了滑模控制中的抖振问题。基于Lyapunov稳定性理论证明了所设计控制系统的稳定性。仿真结果表明, 该方法的轨迹跟踪效果较为理想, 可实现无人飞艇对期望轨迹的精确跟踪。