未知时变扰动下的车轮滑移率鲁棒非线性跟踪控制

针对自动驾驶电动汽车对车轮滑移率跟踪控制的需求,提出一种对未知时变扰动具有强鲁棒性的车轮滑移率非线性跟踪控制策略.首先,基于Burckhardt轮胎模型建立车轮滑移率跟踪控制模型;随后,基于车轮滑移率跟踪控制模型设计非线性干扰观测器,通过在线估计和补偿未知时变扰动来提高系统的鲁棒性,并基于有限时间和快速终端滑模理论设计车轮滑移率鲁棒非线性跟踪控制律;最后,基于车辆动力学仿真软件,验证车轮滑移率鲁棒非线性跟踪控制策略的可行性和有效性.结果表明,该策略对未知时变扰动具有较强的鲁棒性,并且能够快速、准确和稳定地跟踪任意期望的连续车轮滑移率,车轮滑移率跟踪残差控制在0.32%以内,满足自动驾驶电动汽车的需求.     

基于新型跟踪微分器的车轮滑移率跟踪控制

针对汽车直接横摆力矩控制系统和自动紧急制动系统对快速、准确和稳定的车轮滑移率跟踪控制的需求,提出了一种基于新型跟踪微分器的车轮滑移率跟踪控制器.首先,分别以车轮制动力矩导数、车轮滑移率跟踪误差及其导数作为控制量和状态量,建立了包含复合加性不确定性的车轮滑移率跟踪控制模型.随后,设计了一种新型跟踪微分器来估计车轮滑移率跟踪误差及其导数,为实现车轮滑移率全状态反馈跟踪控制奠定基础.以新型跟踪微分器输出为基础,利用模糊推理系统在线估计和补偿模型的复合加性不确定性,并结合幂函数和线性函数设计了一种具有快收敛速度特征和抑制颤振能力的车轮滑移率跟踪控制律.最后,从实际应用角度仿真验证所提出的车轮滑移率跟踪控制器的可行性和有效性.结果表明,所提出的车轮滑移率跟踪控制器可以快速、准确和稳定地跟踪任意车轮目标滑移率,并且车轮滑移率跟踪残差不大于0.333%.     

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.     

基于Elman神经网络的车轮滑移率跟踪控制

针对汽车高速紧急换道避障系统对快速、精确和稳定的车轮滑移率跟踪控制的需求,基于离散滑模变结构控制方法,设计了对系统不确定性具有强鲁棒性特征的车轮滑移率离散积分滑模跟踪控制器,并利用一步延迟估计方法在线估计和补偿系统不确定性,从而抑制了抖振现象.同时,利用Elman神经网络的时间序列预测能力构建了车轮目标滑移率预测模型,用于预估车轮滑移率离散积分滑模跟踪控制器包含的下一个采样时刻车轮目标滑移率,并通过粒子群优化算法实时修正车轮目标滑移率预测模型的未知权重来提高其预估精度.最后,对提出的车轮滑移率离散积分滑模跟踪控制器的可行性和有效性进行仿真验证.     

基于非线性干扰观测器的直升机滑模反演控制

针对3自由度直升机俯仰控制系统,提出一种基于非线性干扰观测器的滑模反演控制方法. 用一种非线性干扰观测器观测系统的不确定性和外界干扰,通过选择设计参数,可以使观测误差指数收敛. 对引入非线性干扰观测器后的系统采用滑模反演法设计控制器,控制律的设计保证了闭环系统的稳定性,从而达到对直升机俯仰系统跟踪控制的目的. 仿真结果表明,该方法能够较理想地观测干扰,减小控制器的输出,改善系统的控制性能.     

采用非线性干扰观测器的机械臂补偿型滑模控制

针对机械臂系统中存在的内外复合不确定性干扰问题,提出一种非线性干扰观测器补偿型滑模控制策略.在非线性干扰观测器设计过程中,引入辅助函数,避免加速度反馈测量项;同时实现对复合不确定性干扰的准确估计,用以补偿系统的控制输入,克服系统的"抖振"现象.在滑模控制策略方面,基于传统方法对惯性矩阵项进行调整的基础上,引入跟踪误差对模型离心力和哥氏力项进行调整,提高系统鲁棒性和稳定性.结果表明:两者结合能够最大限度地降低系统不确定性及外界干扰对机械臂控制性能的影响,在抑制抖振的同时增强系统的鲁棒性,提高轨迹跟踪精度.     

基于新型扩张干扰观测器的船舶航向滑模控制

采用非线性船舶运动模型,利用滑模控制对参数变化、扰动不敏感性、响应速度快和容易实现的特点,研究船舶航向变化的自动运动控制.针对外界海浪的干扰,借鉴非线性干扰观测器的设计原理,运用扩张状态观测器对状态干扰的抑制性,设计出新型的扩张干扰观测器,补偿系统的外部干扰,减少滑模控制的抖动影响.探讨了系统的稳定性、船舶转向的可靠性和削弱航向变化时的波动性.最后,通过对船舶转向控制系统的仿真,验证了新型干扰器对干扰具有良好抑制性能,能对船舶航向进行稳定控制.     

非线性干扰观测器补偿的四旋翼飞行器模糊滑模控制

分析四旋翼飞行器的飞行原理,建立旋翼桨叶受力条件下的四旋翼动力学模型.提出非线性干扰观测器补偿的模糊滑模控制算法,解决欠驱动子系统的不易控制及传统滑模控制的抖振问题,估计扰动值,降低扰动带来的影响.仿真结果表明,提出的非线性干扰观测器补偿的模糊滑模控制算法可补偿未知扰动,能使四旋翼飞行器稳定飞行.     

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...     

基于非线性干扰观测器的L_2滤波反步控制

针对一类多输入多输出高阶不确定非线性系统,提出一种基于非线性干扰观测器的L2滤波反步控制方法。利用非线性干扰观测器对系统的未知复合干扰进行在线估计,基于李雅普诺夫稳定性理论设计指令滤波反步控制器,避免常规反步法由于对虚拟控制迭代求导造成控制器复杂的问题,设计L2干扰抑制鲁棒控制器减弱了观测器误差对控制精度带来的影响。针对某三阶不确定非线性系统进行仿真验证。研究结果表明:非线性干扰观测器能够有效估计系统的复合扰动,且L2干扰抑制方法能够在观测器存在误差时提高控制精度。     

基于干扰观测器的板球系统非奇异终端滑模控制研究

针对板球系统存在非匹配外界干扰和建模误差的问题,提出了基于非线性干扰观测器(NDO)的非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSMC)。首先利用非线性干扰观测器对系统的非匹配干扰进行估计,结合反演法思想对虚拟控制量进行调整;然后设计非奇异快速终端滑模控制律保证系统的收敛速度和精度,并对其稳定性进行了分析;最后将所设计方法用于板球系统的不同速度情况下的控制。仿真结果表明,所提出的方法能有效地观测系统干扰,保证系统的鲁棒性。     

基于干扰观测器的AUV深度自适应终端滑模控制

针对欠驱动自治水下机器人（autonomous underwater vehicle,AUV）在外部干扰和系统内部扰动下深度难以控制的问题,提出基于非线性干扰观测器（nonlinear disturbance observer,NDO）的自适应终端滑模控制方法。首先建立欠驱动AUV在垂直面上的状态方程并对其简化,其次根据简化后的系统状态方程构建NDO对外部干扰进行观测,再结合反步法设计出自适应终端滑模控制器;最后通过李雅普诺夫稳定性理论证明控制系统的稳定性。结果表明：欠驱动AUV最大跟踪误差为0.137 5 m,峰值时间为2.1 s,证明了所设计的控制器能够实现深度控制,降低抖振,具有较强的鲁棒性。     

基于FCMAC干扰观测器的飞行器非线性控制

为解决反馈线性化(FL)方法的控制性能过于依赖精确系统模型的问题,提出了一种自适应的非线性控制策略,并应用于升力式飞行器的控制器设计.利用模糊小脑模型神经网络(FCMAC)良好的非线性逼近能力和自学习能力,设计了基于FCMAC的干扰观测器,对模型的不确定性和干扰进行在线估计.其网络权值更新规则采用李亚普诺夫方法设计,保证了闭环系统跟踪误差和干扰观测误差的有界.6自由度仿真结果显示该控制方案可实现姿态角对制导指令的稳定、快速跟踪,具有良好的鲁棒性.     

基于干扰观测器的Smith补偿控制方法

针对Smith补偿器控制效果易受外部干扰或模型不确定性影响的问题,利用干扰观测器（disturbance observer-based,DOB）结构改进传统的Smith补偿控制结构,并在综合考虑鲁棒性和控制性能的情况下给出了DOB滤波器和Smith补偿控制器的设计方法。仿真实例表明,改进后的Smith补偿控制效果优于传统方法。     

基于扰动观测器的非线性切换系统有限时间跟踪控制

针对一类带有未知扰动的非线性切换系统,基于扰动观测器设计和有限时间鲁棒控制理论,研究抗干扰动态跟踪控制问题.首先,基于平均驻留时间(average dwell time,ADT)构造该系统所对应的切换信号,同时结合状态反馈信息和干扰估计信息设计一种PI型抗干扰复合控制器;其次,基于Lyapunov分析方法证明闭环系统的...     

基于模糊干扰观测器的移动机器人自适应滑模跟踪控制

针对轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot, WMR)轨迹跟踪中存在的速度跳变和未知系统扰动,提出一种新型轨迹跟踪控制策略。该策略基于反演技术,分别设计WMR系统的运动学控制器和动力学控制器。在运动学控制器中,采用分流技术克服了轨迹跟踪初期的速度跳变问题;在动力学控制器中,将模糊干扰观测器与自适应滑模控制结合,有效解决了未知系统扰动对控制性能的影响,并且消除了传统滑模控制的抖振现象。通过Lyapunov稳定性理论,证明了该控制策略的稳定性。仿真研究表明,该控制策略具有较小的速度跳变,控制信号抖振较小,并对系统扰动具有强鲁棒性。     

高超声速飞行器非线性干扰观测器动态面滑模控制

针对高超声速飞行器纵向模型具有高度非线性、多变量耦合以及参数不确定等特点,提出一种基于非线性干扰观测器的高超声速飞行器动态面滑模控制方案。利用非线性干扰观测器观测未知干扰,并通过动态面滑模设计控制器使观测误差指数收敛,针对高度和速度进行了稳定性分析,采用动态逆的方法设计速度控制器,控制律的设计保证了闭环系统的半全局一致稳定。仿真结果表明,该控制方案能够有效地的克服非线性干扰的影响,提高系统的鲁棒性。     

基于非线性干扰观测器的无人平台有限时间镇定控制

研究了存在模型不确定性和外界干扰工况下的非完全对称无人平台有限时间镇定控制问题.考虑模型参数矩阵的非对角线元素存在非零项,仅通过一次微分同胚变换即将原模型化为级联系统形式,简化了计算步骤;基于此级联系统借助终端滑模和反步控制方法设计了有限时间收敛控制器,解决了传统反步滑模控制器收敛速度缓慢的问题;通过引入1阶低通滤波器,对镇定控制器结构进行了优化,避免了执行器陷入"饱和";基于非线性干扰观测器对外界干扰及系统不确定性进行平滑估计和补偿,无需明确知道估计误差的上界即有效提高了控制器的鲁棒性.最后基于Lyapunov理论证明了闭环系统具有均方意义稳定性并进行了数值仿真,仿真结果验证了控制器的有效性和鲁棒性.      

基于线性扩张状态观测器的平行泊车路径跟踪

为了消除外界干扰和转向系统运动学模型的不确定性的影响,建立了平行泊车系统的车辆运动学模型,设计了一个三阶线性扩张状态观测器,该观测器可将外界干扰和模型不确定性看作系统总的扰动量进行观测和补偿,而不需要建立被控对象的精确数学模型.基于该观测器,设计了平行泊车路径跟踪控制器,并对其性能进行了仿真和实车验证.仿真结果表明,所设计的平行泊车路径跟踪控制器的控制效果优于传统PID控制器,抗外界干扰能力更强.实车试验结果表明,该路径跟踪控制器能够精确控制车辆完成平行泊车任务,最大误差仅为0.111 m.     

基于非线性状态观测器的直流降压变换器自抗扰控制

针对脉宽调制型DC-DC降压变换器的负载变化、输入电压波动和系统动态不确定性等内外干扰,以及线性观测器的大增益效应所产生的峰值现象和低精度等问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器的自抗扰控制方法.首先,根据直流降压变换器的输出电压与期望电压之间的误差建立系统的数学模型,对DC-DC降压变换器的不匹配干扰进行微分处理转换...