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.     

基于滑模控制的挠性卫星的自学习模糊控制

将基于滑模控制的自学习模糊控制应用于挠性卫星的姿态稳定控制中.给出了姿态控制系统的设计方法.自学习控制算法利用滑模控制原理和模糊性能判决表在线修改模糊控制器的规则参数.为了解决传统自组织模糊控制对外界信号敏感的问题,基于滑模控制的自学习算法同时考虑了误差状态矢量及其变化趋势,增强了系统的鲁棒性.与传统自组织模糊控制相比,仿真实验结果表明,该控制方法对卫星参数变化不敏感,能有效地抑制卫星的外界干扰及挠性附件的振动,使卫星的姿态角得到准确的控制.     

非线性系统的模糊Backstepping自适应容错控制

针对一类受扰动的且伴有执行器故障的严格反馈不确定非线性系统,提出了一种模糊自适应容错控制方法.当故障发生时,改变控制器结构使其融合故障.设计中,模糊逻辑系统用作在线逼近系统的未知动态和未知的故障函数,结合模糊自适应控制与backstepping技术,给出了模糊容错控制器方法,并基于Lyapunov定理严格证明了所提出的鲁棒模糊自适应控制方法能够保证整个闭环系统的稳定,最后通过仿真实例验证了该方法的有效性.所提出的模糊自适应容错方法扩展了经典容错控制方法的结果,给出的结果更具有一般性意义     

基于路径规划和反推技术挠性航天器姿态控制

为抑制航天器姿态机动过程中挠性附件的振动,提出了一种基于路径规划和反推技术的姿态自适应控制方案.对航天器姿态机动路径进行规划,以缓解传统控制中快速性和超调量之间的矛盾,并减小姿态机动引起的挠性附件振动.针对航天器姿态动力学和运动学构成的具有不确定性的非线性串级系统,基于反推技术设计了一种仅利用输出信息的自适应控制器,并...     

考虑多故障同发的可重构机械臂分散主动容错控制

针对含有传感器故障及执行器故障的可重构机械臂系统的轨迹跟踪问题,提出一种基于滑模观测器的分散主动容错控制方法。通过引入一个新增状态将传感器故障等效为执行器故障,针对新系统构造滑模观测器,并用模糊神经网络去逼近可重构机械臂各关节间的非线性项及关联项,进而实现对不同类型传感器故障及执行器故障的重构。最后对2个不同构型的三自由度可重构机械臂进行仿真。研究结果表明:该方法不需进行故障诊断,通过实时重构故障,能够及时实现主动容错控制。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

一类带有执行器故障不确定线性系统的自适应H∞控制

针对一类带有不匹配外部扰动、非线性参数不确定性和执行器故障的线性系统,提出一种基于自适应容错技术的H_∞控制方案。所设计的变增益容错控制器既可以对外部扰动具有良好的抑制作用,同时也可以有效补偿系统参数不确定和未知故障的影响,进而保证闭环系统具有期望的优化性能指标。飞行控制系统的数值仿真例子表明了所提出控制方法的有效性。     

非线性系统的模糊Backstepping白适应容错控制

针对一类受扰动的且伴有执行器故障的严格反馈不确定非线性系统，提出了一种模糊自适应容错控制方法。当故障发生时，改变控制器结构使其融合故障。设计中，模糊逻辑系统用作在线逼近系统的未知动态和未知的故障函数，结合模糊自适应控制与backstepping技术，给出了模糊容错控制器方法，并基于Lyapunov定理严格证明了所提出的鲁棒模糊自适应控制方法能够保证整个闭环系统的稳定，最后通过仿真实例验证了该方法的有效性。所提出的模糊白适应容错方法扩展了经典容错控制方法的结果，给出的结果更具有一般性意义     

基于自适应滑模的气量调节系统执行器故障工况下的自愈调控策略

针对往复式压缩机气量调节系统中存在的执行器失效、偏移等问题,提出一种基于滑模变结构容错控制的自适应自愈调控方法。首先,通过推导气量调节系统的热力学公式,得到输出缓冲罐压力与可调负荷之间的非线性状态空间方程;然后,通过引入自适应控制参数在线调节控制器输出,在确保设定值跟踪性能的前提下提高其对外部干扰和执行器故障的鲁棒性;随后基于Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性;最后通过数值仿真验证了所提的自适应滑模控制策略能够有效地对执行器故障工况下的往复式压缩机气量调节系统进行自愈调控,为系统的稳定性和鲁棒性提供保障。     

多缸液压机的自适应容错滑模控制分配

针对一类多缸液压机提出了一种基于滑模的自适应容错控制分配方法.该方法不仅考虑了单一执行器的故障问题,而且可以满足执行器同时发生故障时控制系统的性能要求.当某一个液压缸发生故障时,控制分配部分采用容错控制分配方法在健康的液压缸之间对故障进行补偿;当液压缸同时发生故障时,针对虚拟控制量存在误差的问题,采用在线自适应控制方法调整高层滑模控制器的控制增益,在消除虚拟控制误差的同时,保持了闭环系统的稳定性.仿真实验表明:所提出的控制器与未考虑容错性能的控制器相比具有更好的控制性能,在液压缸分别出现局部或全局故障的情况下,皆表现出较强的鲁棒性.     

基于扰动观测器的液压机滑模容错动态分配

针对一类具有过驱动特性的多缸液压机,提出了一种基于扰动观测器的新型滑模容错动态分配方法.该方法将多类执行器故障转移到集总扰动中,简化了包含多类故障数学模型的容错控制器设计过程,并以此为基础,进行动态控制分配设计.首先,基于集总扰动观测器提供的集总扰动估计,通过滑模方法,设计了虚拟容错控制律;然后,利用动态优化方法为虚拟容错控制律设计了控制分配方案,该分配方案在提高计算效率的同时,能够考虑执行器约束及其他性能指标,从而对虚拟控制输入进行高效能分配.仿真实验表明:无论是某单液压缸发生特定故障,还是多液压缸发生多类故障,所提控制方法皆表现出较强的鲁棒性,与传统控制方法相比具有明显的优越性.     

一类非线性网络控制系统的控制器设计

针对一类非线性网络控制系统,提出了一种新型自适应模糊滑模预测控制方法,采用带有时间超前非线性状态预估器的新型的滑模控制(SMC)方案,补偿网络诱导时延,而后利用模糊自适应系统来逼近非线性环节,并基于Lyapunov稳定性理论设计自适应律,保证系统的稳定性. 以网络环境下空间飞行器的姿态控制为例进行仿真,结果表明,所提出的方法不仅实现了高精度的姿态稳定控制,且系统对不确定参数、网络诱导延时及外界干扰带来的影响具有很好的鲁棒性.     

基于新型双曲正切趋近律的固定/有限时间姿态控制

本文研究了基于一种新型双曲正切趋近律和非奇异固定时间终端滑模面的固定/有限时间姿态控制方法. 对没有外部干扰的航天器姿态控制问题，本文基于双曲正切函数提出了一种新型的固定时间趋近律，该趋近律只需调节控制参数就可保证滑模变量在固定时间内收敛于原点，接着结合非奇异终端滑模面设计了固定时间姿态控制器，保证航天器姿态在固定时间内收敛于原点. 对存在未知外部干扰的情况，设计了双层自适应有限时间滑模观测器估计外部扰动，基于观测器的输出设计了基于非奇异固定时间滑模面与新型双曲趋近律的控制器来对扰动进行补偿. 数值仿真验证了所提控制方法的有效性.      

桥式起重机神经网络自适应滑模定位防摆控制

针对桥式起重机非线性、存在外界干扰的特点,提出了一种神经网络自适应滑模控制器。首先采用拉格朗日法建立桥式起重机动力学模型;然后在分层滑模控制器的基础上,设计了径向基函数(RBF)神经网络权值自适应更新率,利用RBF神经网络补偿系统的非线性与外界干扰引起的不确定上界,并利用粒子群算法对控制器参数寻优,通过构造Lyapunov函数证明了系统的稳定性;最后设计了1组仿真实验和1组在搭建的实验平台上的验证实验,仿真结果表明:在非线性及外界干扰作用下,神经网络自适应滑模控制器可以快速实现小车定位和负载消摆,控制器可以消除不确定上界对系统的影响。实验结果也表明,所设计的控制器可以使桥式起重机达到控制目标,具有一定的抗干扰能力。     

基于干扰观测器的小卫星自适应积分滑模姿态控制

针对飞轮摩擦力矩和外界干扰力矩对小卫星姿态控制精度的影响,设计了一种自适应积分滑模控制器。首先通过设计干扰观测器来补偿飞轮摩擦力矩,并给出了干扰观测器能稳定工作的条件。针对滑模控制器存在的抖振问题,通过对切换增益设计自适应律来减弱抖振,然后基于干扰观测器和自适应律设计了自适应积分滑模控制器,理论证明了该控制器的稳定性。最后通过对小卫星姿态控制进行数字仿真,在控制器作用下,小卫星实现了 0.001°的控制精度,同时具有较小的抖振幅度,证明了所设计控制器的优越性。     

考虑执行器饱和补偿的移动机器人自适应积分滑模控制

针对存在执行器输入饱和约束、模型参数不确定性以及外部扰动等因素影响下的移动机器人跟踪控制问题,提出一种考虑执行器饱和补偿的移动机器人自适应积分滑模控制方法。利用双曲正切函数对执行器输入饱和约束作近似处理,并将系统动力学模型表示为仿射系统形式。将执行器输入饱和约束的近似处理误差、模型参数不确定性以及系统外部扰动扩张为一个新的状态,进而设计扩张状态观测器对系统总和扰动进行估计,在此基础上设计系统自适应积分滑模控制器,从而改善普通滑模控制中抖振突出的问题,保证系统的跟踪控制性能。对所提控制方法进行了仿真验证,结果表明,所提控制方法在执行器输入饱和约束、模型参数不确定性以及外部扰动等因素影响下能够保证跟踪误差快速稳定收敛。     

基于变结构控制的卫星姿态轨道一体化控制方法

针对导航卫星四斜装化学推进姿态轨道一体化控制系统,设计了两级脉冲的变结构相平面分区的姿态控制器.本文建立了相平面控制器的模型,给出了时频域下参数变化趋势的稳定性分析.创造性地将该控制系统建立为变结构控制模型,根据现代控制理论给出了系统得以稳定条件下的参数下界.通过控制器参数设计,有效地降低了开关线处的震颤,保证了控制系统的稳定,提高了轨道控制效率,并就挠性卫星推力器在最恶劣的安装偏差情况下进行了数学仿真.最终,通过卫星在轨姿态控制良好的表现,充分验证了姿态控制算法设计的正确性、有效性和鲁棒性.     

基于滑模变结构的导弹伺服机构故障诊断

针对导弹伺服机构的不确定非线性特点,提出了一种基于滑模变结构的传感器故障诊断方案。首先给出一种基于滑模变结构的控制器设计方法,然后利用滑模变结构中的等值控制方法设计了状态观测器,再利用自适应方法实现了对故障的重构。最后将提出的方法在导弹伺服系统中应用,表明了该方法的有效。     

基于有限时间干扰观测器的改进模型水下机器人自适应鲁棒容错控制

针对无人水下机器人（unmanned underwater vehicle ,UUV）工作中存在的执行器故障,在系统不确定性与外界干扰下,提出一种基于有限时间扰动观测器（finite time disturbance observer ,FTDO）,并结合改进模型的自适应鲁棒容错控制方法。一方面,FTDO能在有限时间内对外界环境干扰进行估计;另一方面利用滑模控制加上径向基神经网络（Radial Basis Function Neyral Network,RBF） 的万能逼近特性,建立带有执行器故障的输入补偿;其中改进模型的引入解决了系统不确定性导致的输入饱和,提高了稳定性与鲁棒性;其次采用一种新型的双幂趋近律使滑模量在更短时间收敛到稳态误差界内;仿真与水池实验结果表明了所提方法相对于滑模控制有着更好的容错效果。