基于超扭曲算法的无人机动态逆编队控制器设计

针对扰动条件下的无人机编队飞行控制系统,研究了一种将非线性动态逆（nonlinear dynamic inversion, NDI）理论与超扭曲算法相结合的非线性编队控制方法。以其中一架僚机的编队控制器设计为例,在无人机质心动力学和运动学模型的基础上,建立了基于偏差的编队控制系统,从而将编队控制问题转化为僚机的路径跟踪问题;在二阶滑模控制中超扭曲算法的基础上,设计了僚机的NDI控编队控制器,以消除滑模算法中存在的抖振现象,并实现对位置指令的跟踪及干扰的抑制。最后以3架编队无人机构成的编队飞行控制系统为例,对此方法进行了数学仿真,仿真结果表明基于该方法的编队控制系统具有良好的稳定性和鲁棒性。     

带有角度约束的机动目标拦截协同制导律

研究了多枚导弹同时拦截高机动目标情况下的制导律设计问题。基于终端滑模控制方法和一致性原理设计了多枚导弹协同制导律,实现所有协同导弹的视线角速率在有限时间内收敛到零,视线角收敛到期望的角度。在视线方向上,能够保证多枚导弹具有相同的拦截时间。基于双曲正切函数,所提出的未知上界的在线估计算法有利于减小输入通道的切换增益和抖动。利用Lyapunov稳定性理论,对所设计的闭环系统给出了严格的稳定性证明。在仿真研究中,进一步验证了所提出的协同制导律的有效性。     

Distributed Finite-Time Integral Sliding-Mode Control for Multi-Agent Systems with Multiple Disturbances Based on Nonlinear Disturbance Observers

This paper proposes a finite-time consensus control algorithm based on nonlinear integral sliding-mode control for second-order multi-agent systems(MASs) with mismatched and matched disturbances. Firstly, a nonlinear finite-time disturbance observer is established to estimate the states and mismatched disturbances of the agent. Secondly, a dynamic integral sliding-mode(ISM) surface is designed by employing the estimates of mismatched disturbances. Then, based on the designed ISM and disturbance observer, the discontinuous or continuous campsite control protocols are respectively developed to guarantee the consensus for MASs in finite time with active anti-disturbance control. Finally,numerical simulation results illustrate the effectiveness of the proposed consensus control algorithm.     

QTR无人机垂直起降模态分数阶滑模姿态控制

针对存在复合干扰的四倾转旋翼(quad tilt rotor,QTR)无人机姿态控制问题,提出了一种结合分数阶理论、滑模变结构控制理论、新型趋近律及super twisting二阶滑模干扰观测器的分数阶滑模控制方法。首先,利用分数阶微积分算子的信息记忆和遗忘特性,把分数阶微积分理论引入滑模控制方法中,设计了分数阶比例微分积分滑模面。其次,针对传统趋近律收敛时间长、速度慢、抖震严重等不足,提出了一种具有二阶滑模特性的新型快速趋近律。最后,考虑到复合干扰的存在,采用super twisting滑模干扰观测器在线对复合干扰进行估计和补偿。通过与传统整数阶滑模控制和动态逆PID控制进行比较,仿真实验结果表明,所提控制方案具有良好的控制性能。     

一类不确定离散网络系统的全局滑模控制

针对动态传输控制协议(transmission control protocol, TCP)网络的拥塞问题,基于离散全局滑模控制理论设计了一种主动队列管理(active queue management, AQM)算法,该算法消除了滑模控制的到达阶段,保证网络系统在整个控制过程中的鲁棒性。为了减弱离散指数趋近律的抖振现象,给出了一种改进的滑模趋近律,使得复杂的网络系统具有良好的性能。仿真结果验证了所设计的控制器对活动的TCP连接数、链路带宽及往返时延的不确定性具有很强的稳定性和鲁棒性。     

三维自适应有限时间超螺旋滑模制导律

针对导弹以固定终端攻击角拦截机动目标的制导问题,提出一种三维自适应有限时间超螺旋滑模制导律.首先,利用相对运动质点模型将三维制导问题转换为二阶视线角系统的控制问题.其次,构造一种多变量非奇异的快速终端滑模面,结合改进型超螺旋算法,设计了有限时间超螺旋滑模制导律.同时,通过参数自适应增益实时在线估计目标机动引起的外部扰动...     

多智能体系统的非光滑二阶一致性协议

针对二阶积分器多智能体系统,提出了一类非光滑一致性协议设计方法。首先,基于反步设计方法,将速度看成虚拟控制量,并设计虚拟速度,使得状态一致性可以渐近达到。然后,基于有限时间控制方法设计控制律使得真实速度在有限时间内跟踪上虚拟速度。该控制律使得:当系统不存在外部扰动时,一致性可以渐近达到;当系统存在外部扰动时,任意两个智能体间的稳态误差渐近收敛到原点附近的一个小邻域内。仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于鲁棒精确微分器的分数阶滑模制导律设计

针对具有碰撞角约束的机动目标拦截问题, 提出一种有限时间收敛的分数阶终端滑模制导律。首先, 建立二维平面的导弹目标相对运动模型。其次, 分别选择分数阶滑模面和分数阶趋近律, 设计分数阶终端滑模制导律, 并对制导系统的有限时间稳定性进行了证明。同时, 为准确获得目标机动信息, 提出一种基于鲁棒精确微分器的目标机动加速度估计方法, 对制导律进行补偿。最后, 通过与相关制导律的对比仿真, 验证了所提分数阶终端滑模制导律具有较高的制导精度, 同时可有效抑制滑模抖振。     

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。     

基于模糊滑模的移动机械臂控制研究

针对移动机械臂的输出跟踪问题,采用PD 前馈控制结构,结合滑模控制和模糊控制的设计思想为其设计了模糊滑模控制器.滑模控制的优点是滑动模态对系统摄动、不确定性以及干扰的完全自适应性,但同时也带来了抖振,运用模糊切换的方法解决了滑动模态的抖振问题.仿真实验表明,所设计的控制器不仅很好地跟踪给定轨迹,而且能有效地削弱系统的抖振.     

陀螺寻北仪限幅系统鲁棒近时间最优控制器

针对陀螺寻北仪的限幅系统设计了一种鲁棒近时间最优控制器。首先将陀螺寻北仪的快速限幅问题转化为时间最优控制问题,然后提出设计一种鲁棒近时间最优控制器来克服理论时间最优控制器的缺陷。该控制器结合了传统的bang-bang控制,滑模控制以及一种备份控制。滑模控制器的设计运用时间最优控制的思想并通过Lyapunov稳定性理论推导出控制器参数的选择标准。为了解决控制器在原点处不稳定问题,提出了另一类具有线性滑模面的滑模控制器作为备份控制。数值仿真结果证明了提出的控制器的可行性,在明显降低抖振的同时在时间指标上与理论控制器相近。这种控制器的设计方法同样适用于小阻尼项的二阶系统。     

并联式运载器上升段广义超螺旋有限时间控制

针对受模型不确定和外部干扰影响的并联式运载器上升段姿态控制问题, 提出了一种基于广义超螺旋算法的自适应滑模有限时间控制方法。首先, 将姿态跟踪控制问题转化为跟踪误差系统的镇定问题, 建立了面向控制的模型。其次, 将单输入单输出(single input single output, SISO)固定时间广义超螺旋算法拓展应用到多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)耦合非线性系统上, 基于该算法设计了固定时间状态观测器和自适应滑模有限时间控制器, 利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的有限时间稳定特性。最后, 通过与传统比例-微分(proportional and differential, PD)控制器仿真对比, 验证了该方法具有更优的控制精度和鲁棒性。     

Robust Finite-Time Trajectory Tracking Control of Wheeled Mobile Robots with Parametric Uncertainties and Disturbances

In this paper, a robust finite-time tracking control scheme is proposed for wheeled mobile robots with parametric uncertainties and disturbances. To eliminate the effect of lumped uncertainties,a nonlinear extended state observer(NESO) is employed to estimate the unknown states as well as uncertainties, and the corresponding coefficients are tuned via pole placement technique. Based on the observation values, the finite-time sliding mode controller is presented to guarantee that both the sliding mode variables and tracking errors converge to zero within finite time. Simulation results are given to demonstrate the effectiveness of the proposed control method.     

State and Output Feedback Finite-time Guaranteed Cost Control of Linear It Stochastic Systems

The problem of guaranteed cost control based on finite-time stability for stochastic system is first investigated in this paper.The motivation of solving this problem arises from an observation that finite/infinite-horizon guaranteed cost control does not consider the transient performance of the closed-loop system,but guaranteed cost control based on finite-time stability involves this practical requirement.In order to explain this problem explicitly,a concept of the stochastic finite-time guaranteed cost control is introduced,and then some new sufficient conditions for the existence of state and output feedback finite-time guaranteed cost controllers are derived,which guarantee finite-time stochastic stability of closed-loop systems and an upper bound of a quadratic cost function.Furthermore,this problem is reduced to a convex optimization problem with matrix inequality constraints and a new solving algorithm is given.Finally,an example is given to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

超磁致伸缩执行器自适应离散滑模控制

超磁致伸缩材料具有滞回和本构强非线性特性,由其制成的微位移执行器的快速、精确控制问题亟待解决。分别应用均质能量场模型和粘弹性分布参数系统模型建立磁化模型和动力学模型,采用模型参考前馈逆补偿的方法,在控制过程中使用卡尔曼自适应滤波器降低干扰,对执行器实施离散滑模变结构控制。利用指数趋近率设计了自适应离散滑模变结构控制率,使控制系统的抖振幅度正比于切换函数,加快趋近滑模面速度,减小抖振。对所设计的控制率进行了的抖振分析并证明了其稳定性。在MatlabR2006a上进行了仿真,仿真结果表明所设计的控制率能够快速的收敛到滑模面,抖振幅度很小,能够很好的追踪输入轨迹。     

一种新的趋近律离散滑模控制方法及仿真

利用幂次函数构造了一种新的趋近律离散滑模控制方法,给出了无抖振的理论分析和稳定性证明。在具有传统滑模控制固有强鲁棒性的同时,该方法可以使切换函数无抖振、无正负交替的快速趋近于零。利用倒立摆模型进行了数值仿真,结果表明,该方法控制器的输出、切换函数的值、被控系统的输出均不存在抖振现象,而且被控系统表现出了良好的动态品质。

Abstract：

A new algorithm of the reaching-law discrete-time sliding mode control was designed by using power function.Theory analysis about non-chattering and probative process of stability was given.This algorithm can retain the better robustness of the common discrete-time sliding mode control,at the same time this algorithm can make the value of switch function reach zero speedily.There is no chattering and positive-negative alternation in this process.Numerical value simulation was given by using inverted pendulum model.Simulation results state that there is no chattering hundred-percent in the output of controller,value of switch function,and the output of the controlled system.This algorithm also makes the controlled system achieve excellent dynamic performance.     

考虑布儒斯特角约束的复合积分制导律设计

雷达导引头下视探测超低空目标时,受多径效应的影响,严重降低了跟踪的精度。将弹目视线角约束在布儒斯特角附近,可有效降低多径干扰的影响。基于积分滑模控制的思想,设计出一种线性积分滑模制导律,该制导律相对于传统的滑模制导律而言,由于省去趋近滑模运动阶段,具有更快的渐进收敛特性。为了进一步提高视线角的收敛速率,设计了非线性积分滑模制导律,该制导律可保证弹目视线角在有限的时间内快速收敛至布儒斯特角。为了解决积分滑模开关项高增益系数引起的抖振问题,设计了滑模扰动观测器来估计目标的机动加速度。结合非线性积分滑模制导律,引入目标加速度的估计值,设计出一种复合制导律。结果表明,该复合制导律能有效地消除抖振现象,减小脱靶量,提高拦截的精度。     

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。     

带多约束的多弹分布式自适应协同导引律

针对网络化制导弹药打击近岸机动目标的末制导段,基于协同一致性理论与Lyapunov稳定性理论,提出了一种分布式模糊自适应协同导引律。考虑攻击角约束和视线角速率测量受限,构建协同导引系统的状态空间。设计扩张状态观测器(extended state observer, ESO)迅速准确地观测出在视线切向、法向与侧向上的不确定干扰。在视线切向,运用积分滑模设计分布式协同控制量,保证命中时刻在有限时间内趋于一致。在视线法向与侧向,设计了具有自适应指数趋近律的非奇异终端滑模,运用了弹目相对距离与接近速率信息,使终端视线角跟踪误差与视线角速率在有限时间内收敛至零。引入具有万能逼近性的模糊自适应系统(fuzzy adaptive system, FAS),既消除了由滑模切换项诱发的控制量高频抖振,又确保了系统一致最终有界(uniformly ultimately bounded, UUB)。仿真实验表明:与非奇异终端滑模方法相比,该导引律使组网弹药能够以更好的导引性能攻击机动目标。     

DISTRIBUTED FINITE-TIME χ-CONSENSUS ALGORITHMS FOR MULTI-AGENT SYSTEMS WITH VARIABLE COUPLING TOPOLOGY

<正> This paper considers finite-time χ-consensus problem for a multi-agent system with firstorderindividual dynamics and switching interaction topologies.Several distributed finite-time consensusrules are constructed for multi-agent dynamics in a unified way with the help of Lyapunovfunction and graph theory as well as homogeneity.Time-invariant non-smooth forms of finite-timeneighbor-based controllers are proposed and a numerical example is shown for illustration.