光电跟踪系统积分反步自抗扰控制策略

针对光电跟踪系统存在的时变摩擦力、外界扰动等非线性因素引起控制精度降低的问题,本文提出一种积分反步自抗扰控制策略.首先建立了光电跟踪系统的非线性动力学模型,然后将系统中未建模部分与外界扰动定义为总和扰动并将其扩展为新的系统状态变量.同时考虑降低参数的整定难度,采用线性状态观测器实时估计光电跟踪系统的各阶状态与总和扰动....     

基于扩张状态观测器的轮式移动机器人全阶滑模控制

针对存在模型参数摄动和外部有界扰动不确定因素影响下的非完整移动机器人轨迹跟踪控制问题,提出一种基于扩张状态观测器的全阶滑模移动机器人轨迹跟踪控制方法.通过坐标变换将耦合的系统动力学模型转化为2个独立的子系统,再将模型参数摄动和外部有界扰动不确定因素扩张为一个新的变量,进而分别对2个子系统设计扩张状态观测器用于估计并补偿系统的总和扰动,抑制其对系统控制性能的影响,结合滑模控制理论设计基于扩张状态观测器的全阶滑模控制器,保证系统输出稳定跟踪给定信号且消除传统滑模控制中抖振突出的问题,提高系统滑动模态的品质.仿真对比结果验证了所设计控制方法的优越性和有效性.     

采用模糊扩张状态观测器的四旋翼无人机滑模轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机(UAV)的轨迹跟踪控制存在外界未知扰动的问题,提出一种基于模糊扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制算法.首先,根据双闭环控制结构分别对姿态内环、位置外环引入模糊扩张状态观测器,利用该观测器对系统所受到外部总扰动进行在线估计.然后,根据模糊扩张状态观测器的观测值,设计非奇异快速终端滑模控制器,保证四旋翼无人机的状态变量可在有限时间内收敛于期望轨迹.最后,根据李亚普诺夫理论,得出四旋翼无人机系统的闭环稳定性,并通过仿真对比实验验证该控制算法的优越性.结果表明：所提的控制算法可以提高跟踪性能,并有效增强系统的抗外界干扰能力.     

适应型非线性控制器的设计方法

针对一类状态完全可测的单输入单输出非线性对象,采用二阶扩张状态观测器来观测补偿对象的不确定性,提出一种适应型非线性控制器的设计方法,并结合误差分析给出了参数整定规则。基于MonteCarlo方法,通过一个理想高阶对象的仿真研究,证实了该文提出的方法对于系统参数变化和外界扰动具有良好的动态特性、较强的抗干扰能力和性能鲁棒性。     

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.     

一类大型互联非线性系统的鲁棒分散输出反馈控制

对带有界扰动的一类大型互联非线性系统进行了分散输出反馈控制设计。通过构造每个子系统收敛的状态观测器,并对观测器的状态作线性变换,得到鲁棒分散输出反馈控制器。当输出反馈控制律作用于该系统时,无扰动的闭环系统是渐近稳定的,当扰动较小时,系统的状态能够收敛到原点的一个小邻域内。     

考虑系统总和扰动的多关节机械臂 反步有限时间滑模控制

针对多关节机械臂轨迹跟踪控制中存在的模型参数摄动和外部有界扰动等不确定性因素影响问题,设计了一种考虑系统总和扰动的反步有限时间滑模控制算法,用于实现多关节机械臂轨迹跟踪控制任务。首先,利用严格反馈形式描述多关节机械臂的动力学模型,并将模型参数摄动和外部有界扰动等不确定性因素看成系统的总和扰动,进而设计非线性扩张状态观测器对系统总和干扰加以估计,以提高系统的鲁棒性能;其次,在传统反步法设计的基础上结合有限时间滑模控制技术,完成系统反步有限时间滑模控制器的设计;最后,应用Lyapunov稳定性理论证明了多关节机械臂的位置矢量能够实现对期望位置矢量的有限时间稳定跟踪。仿真对比结果表明设计反步有限时间滑模控制算法的有效性。     

输入非仿射不确定性混沌系统的输出跟踪控制

针对一类输入非仿射不确定性混沌系统,采用反演设计了一种新的控制器. 该方法结合非线性跟踪微分器以及扩展状态观测器,非线性跟踪微分器用于逼近虚拟控制量的导数或者参考信号的导数;扩展状态观测器用于估计系统中的未知项及扰动项,并且证明了其收敛性能. 该方法的运算时间远远小于现有设计方法,并且跟踪误差是渐近一致稳定的;该方法保证了此类系统的输出能跟踪任意可微的参考信号. 对具有非仿射输入及扰动和不确定性的混沌系统的仿真结果表明了该方法的可行性和有效性.      

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。     

一类非线性切换系统基于观测器的 H ∞ 输出跟踪控制

对一类非线性切换系统,研究了其基于观测器的H∞输出跟踪控制问题.借助微分中值定理,将非线性切换系统转化为线性参数切换系统.当状态变量不可测或不易测时,基于平均驻留时间方法,给出系统在基于观测器的反馈控制器以及满足平均驻留时间条件的切换信号下带有权重的H∞输出跟踪控制问题可解的充分条件.仿真实例证明了设计方法的有效性.     

基于扩展状态观测器的伺服系统特征建模和自适应滑模控制

为抑制伺服系统中的转矩扰动和惯量变化对动态性能和稳态精度的影响,该文提出了1种基于扩展状态观测器(ESO)的伺服系统特征建模和自适应离散终端滑模控制方法。将伺服系统动力学模型中的摩擦力矩、转矩扰动和其他不确定性扰动归入集总扰动,并看作新的系统状态,设计ESO对其进行观测和补偿。在补偿后的广义被控对象基础上,通过采样其输入输出数据和在线参数辨识,建立伺服系统特征模型,并设计自适应离散终端滑模控制器。通过Lyapunov稳定性理论分析观测误差的收敛性,并证明跟踪误差的有限时间有界性。仿真结果表明,该文方法对转矩扰动有较强的鲁棒性,且能够适应20倍以内的转动惯量。     

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.     

压电陶瓷驱动器的滑模观测器反演控制

针对压电陶瓷驱动器中固有的迟滞非线性问题,设计基于滑模状态观测器的反演控制器对其进行输出跟踪控制。首先对压电陶瓷驱动的系统模型进行分析,将迟滞非线性部分视为有界干扰;在此基础上设计滑模状态观测器,对压电陶瓷驱动器的速度状态进行估计,整个系统仅需要测量输出位置信息。对采用滑模状态观测器的系统进行反演控制器设计,最后通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统是稳定的,系统中的所有信号是一致最终有界的。仿真结果表明了方法的有效性。     

基于扩张状态观测器的四旋翼积分滑模反步控制

针对四旋翼路径跟踪控制问题,研究了基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)、积分滑模控制器(integral sliding mode controller,ISMC)及反步法(backstepping)的四旋翼控制算法。构造了一种考虑姿态控制器响应过程的无人机控制模型;设计了扩张状态观测器对扰动进行观测,并构建了积分滑模控制器以估计扰动观测误差;设计了基于反步法的抗干扰路径跟踪控制算法,利用扩展状态观测器估计的扰动信息,通过补偿方式较好地消除了扰动影响。仿真试验表明,该方法具有良好的轨迹跟踪性能和抗干扰能力。     

基于反步法和滑模观测器的船舶航向控制

针对船舶航向控制系统中船舶参数不确定性以及外界干扰随机性的特点,提出r一种将反步法和非线性滑模观测器相结合的控制方法.其中利用二阶滑模观测器对船舶转首角速度进行观测.由于观测器在有限时问内收敛,可将观测器和控制器进行独立设计,避免了对系统建立精确数学模型的要求.同时利用反步法进行控制器设计,保证了闭环系统的全局渐近稳定.仿真结果表明,所设计的控制器不仅能保证系统稳定跟踪期望信号,而且对给定的扰动量能准确观测,从而提高了系统的鲁棒性.     

带有未知参数和有界扰动的机械臂混沌反控制

混沌反控制是指通过对在自然状态下并不存在混沌的系统设计控制方案来实现闭环系统的混沌.文中针对带有未知参数和有界扰动的机械臂,设计了一种带有自适应终端滑模项的RBF神经网络控制器,来实现机械臂的混沌反控制.采用RBF神经网络逼近系统的未知非线性函数,通过自适应终端滑模实现系统对外界扰动的鲁棒性;利用Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统所有信号的最终一致有界;最后,以两连杆平面机械臂为例,通过仿真验证了所提方法的可行性与有效性.     

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.     

基于观测器的深海起重机互补滑模主动升沉补偿

针对深海起重机主动升沉补偿系统的非线性时变负载特性,在互补滑模控制器的基础上利用扰动观测器补偿扰动,实现主动升沉补偿。首先,将复合扰动分为匹配扰动和非匹配扰动两部分,采用互补滑模控制器对匹配扰动进行补偿,并降低系统稳态误差;同时设计扰动观测器对非匹配扰动的导数及其一阶、二阶导数进行估计,补偿至滑模控制律。最后采用MATLAB软件对深海起重机进行建模,搭建基于扰动观测器的互补滑模控制器,在给定负载位移条件下,进行负载位移跟踪仿真研究。结果表明,所设计的控制器在不同系统参数的情况下可实现迅速和精确的补偿控制,并与PID控制器进行对比,有更好的响应速度和控制效果,与普通滑模相比可缩短到达滑平面的时间。     

可重复使用运载火箭一子级垂直回收有限时间滑模控制

针对可重复使用运载火箭一子级在垂直回收过程无动力减速段的姿态控制问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器和改进超螺旋算法的积分终端滑模控制方法。首先,基于火箭一子级绕质心运动模型,将含有模型不确定和外部扰动的姿态跟踪控制问题转化为含总扰动的二阶系统有限时间控制问题;其次,采用有限时间扩张状态观测器对系统不可测量状态量和总扰动进行估计,进一步将状态量估计值引入积分终端滑模面,基于总扰动估计值和改进超螺旋算法设计改进超螺旋积分终端滑模控制器;最后,利用Lyapunov理论证明闭环系统有限时间稳定。研究结果表明:该控制方法能够实现可重复使用运载火箭一子级姿态的准确快速跟踪并具有良好的鲁棒性。     

基于扰动观测器的电液系统压力控制

针对采用流量阀作为控制元件的电液系统,设计一种基于扰动观测器的非线性鲁棒压力控制器。在该系统中,压力控制性能受到负载流量的不利影响。研究中负载流量被分成时变的未知负载流量与可以建模的泄漏流量2个部分:前者是干扰压力控制的主要因素,为此在建立系统动力学模型的基础上设计非线性扰动观测器以估计未知负载流量;应对后者的方法则是首先建立其解析模型,然后在控制器中对其进行模型补偿。基于上述两点并考虑系统动力学的非线性特性,采用滑模控制技术综合系统压力的非线性鲁棒控制器。实验结果表明:所设计控制器在存在负载流量干扰的情况下实现精确且迅速的压力跟踪控制,表现出良好的性能鲁棒性。