风帆助航船舶运动的模糊自适应迭代滑模控制

针对风帆助航船舶运动模型的不确定性和高度非线性特点,设计了一种自适应非线性滑模控制器。该控制器利用非线性双曲正切函数对系统输出进行迭代滑动模态设计,应用滑模面反馈控制方法,无需对系统的不确定项和外界干扰进行估计,根据双曲正切函数的严格有界性和控制输入约束条件证明了控制器稳定性,同时引入模糊系统对迭代滑模参数进行优化,增强控制器的自适应性。以“文竹海”号76000DWT散货船为目标进行控制仿真,结果表明,所设计控制器对系统模型不确定参数摄动及风浪作用不敏感,具有强鲁棒性,且与迭代滑模控制器相比所得控制量输出更加合理有效。     

基于高斯伪谱法的系绳式InSAR系统展开滑模控制

针对系绳式InSAR系统的快速展开问题,设计一种系绳张力自适应滑模控制器以跟踪系统展开最优路径。首先使用系统三维动力学模型,然后面向任务确定系统性能指标和约束,基于高斯伪谱法规划出系统展开的最优路径,并且提出一种系绳张力自适应滑模控制器在系统存在模型误差和外界扰动情况下跟踪系统最优展开速度,并通过Lyapunov函数证明闭环系统的稳定性。仿真结果表明:在该控制器作用下系统能够克服模型误差和外界扰动跟踪系统最优展开速度,且在最大估计初始偏差情况下展开到目标位置附近,稳态误差约为1°。     

船舶航向保持的滑模变结构自适应模糊控制研究

针对船舶航向非线性控制系统中存在未知控制增益,参数不确定性和外界干扰的影响,通过引入Nussbaum函数,利用模糊逻辑系统的逼近能力,将多滑模控制与自适应模糊控制相结合,提出一种新的多滑模自适应模糊控制算法,实现了船舶航向的跟踪控制,并且在设计过程中,避免了控制器奇异值问题的发生。借助Lya-punov函数证明了所设计控制器使船舶运动非线性系统中所有信号有界,且跟踪误差收敛到零的某个邻域内。仿真结果表明,所设计的控制器能够快速准确地跟踪设定航向,对参数摄动和外界扰动具有较强的鲁棒性。     

基于摩擦补偿的柔性关节机器人分级滑模控制

针对柔性关节机器人中存在的非线性摩擦问题,提出一种基于摩擦补偿的柔性关节机器人分级滑模控制方法。首先,通过线性化参数的方法对柔性关节机器人受到的摩擦进行建模,并对模型中未知参数设计自适应律以实现摩擦的估计;然后,针对摩擦模型的误差,进一步设计观测器进行估计,结合摩擦的自适应和模型误差估计实现对摩擦的补偿;最后,利用电机侧和关节侧的位置误差和速度误差设计一级滑模面,再根据一级滑模面设计二级滑模面,从而得到分级滑模控制器,进一步实现柔性关节机器人的位置轨迹跟踪控制。通过Lyapunov函数证明了机器人关节轨迹跟踪误差的收敛性。仿真结果表明：该控制方法结合参数自适应和模型误差观测器可以有效地对摩擦进行补偿,在有限时间内实现柔性关节机器人的位置轨迹对期望位置轨迹的跟踪。     

串联式混合动力汽车起-停巡航控制

以串联式混合动力汽车BJUT-SHEV为研究对象,针对起停工况下模型参数摄动和外部干扰等不确定性因素对控制效果的影响,提出一种基于非线性干扰观测器理论的自适应滑模控制方法.通过引入非线性干扰观测器对系统中存在的不确定进行估计,利用估计结果补偿滑模控制器输出,以提高滑模控制器的控制性能及鲁棒性;设计自适应律对切换增益自适应调节,以削弱滑模控制器的输出抖振.基于Lyapunov理论证明了该方法的稳定性,最后通过仿真实验进一步验证了该方法的可行性及有效性.     

空间机器人终端滑模路径跟踪控制

对存在摩擦干扰力矩的自由漂浮空间机械臂任务空间路径跟踪控制问题采用终端滑模,实现了跟踪误差的有限时间镇定．同时考虑执行机构存在的死区特性,设计了自适应补偿机构,通过自适应控制来学习死区特性的上界,以确保跟踪控制的有效执行．最后基于Lyapunov方法,从理论上证明了闭环系统的全局稳定性,并通过数值仿真证明此控制器能够有效实现任务空间路径跟踪控制,且对干扰具有一定的鲁棒性．     

带输入饱和的欠驱动水面船参数自适应滑模控制

针对具有外部干扰和输入饱和的欠驱动水面船路径跟踪控制问题,提出一种基于饱和补偿辅助系统的参数自适应滑模控制方法,无需确知不确定项的界。以路径上虚拟参考目标点为原点,引入Serrete-Frenet移动坐标系,在此基础上引入切向速度作为虚拟控制输入;然后结合饱和辅助系统设计具有切换增益和sigmoid函数边界层厚度的参数自适应滑模控制器。此外,李雅普诺夫理论证明了闭环系统的全局稳定性,保证跟踪误差收敛到零的任意小领域内。通过对比数值仿真验证所提控制律的有效性和自适应性,不仅可以减弱常规滑模中的“抖振”现象,同时补偿外部干扰和输入饱和误差提高跟踪精度。     

海流干扰下的欠驱动AUV三维路径跟踪控制

为解决存在海流干扰和模型不确定性情况下欠驱动自主水下航行器(AUV)的三维路径跟踪控制问题,首先在Serret-Frenet坐标系下,基于虚拟向导建立了跟踪误差模型.然后,在运动学控制器中基于李雅普诺夫(Lyapunov)理论和反步法设计具有自适应律的虚拟向导和一种改进的积分视线法(ILOS)导引律,克服了海流的干扰并减少了超调.应用反步自适应滑模控制(BASMC)理论设计动力学控制器,保证了系统的稳定性和鲁棒性.最后,应用非线性级联理论证明了整个控制系统的闭环稳定性.仿真结果表明:基于AUV与流体的相对速度来实现的控制律,便于工程应用.该控制器能够有效克服海流和模型不确定的影响,实现对三维路径的跟踪.     

一类不确定非线性系统的模糊自适应容错控制

针对一类不确定非线性系统提出了间接模糊自适应容错控制器的设计方法。利用模糊逻辑系统来逼近未知函数包括故障项,用滑模控制补偿模糊逼近误差,通过改变控制器结构来补偿执行器故障所带来的影响,同时基于Lyapunov方法进行了稳定性分析。通过仿真验证该方法的有效性。     

控制方向未知的无人帆船自适应动态面航向控制

针对四自由度无人帆船存在模型不确定、控制方向和外部环境扰动均未知的情况,本文提出一种神经网络自适应动态面航向控制方法。该方法采用RBF神经网络逼近无人帆船模型不确定部分,利用Nussbaum函数处理系统的未知控制增益函数,并设计σ-修正泄露项的参数自适应律对神经网络逼近误差与外界环境扰动总和的界进行估计,同时引入动态面方法,消除反演法中的"计算膨胀"问题,降低控制器的复杂性。Lyapunov函数稳定性分析证明所设计控制器能够保证航向保持闭环系统内所有信号的一致最终有界性,并通过一艘12 m型无人帆船模型进行仿真验证。结果表明:无人帆船航向保持响应速度快,所设计的控制器能有效地处理模型不确定项和风浪等外界扰动,具有较强的鲁棒性。     

基于Backstepping的欠驱动船舶神经滑模航迹控制

在外界干扰和参数不确定的情况下,设计一种基于Backstepping的自适应神经滑模控制器对欠驱动船舶神经滑模航迹进行控制。采用趋近律的滑模控制,抑制常规滑模的固定切换增益系数带来的抖振现象;利用神经网络辨识对象,减少趋近律滑模控制对对象模型参数的依赖。以某实习船为例进行仿真,结果表明:在标称参数下,所设计的控制器能够有效跟踪设定的航迹并抑制常规滑模控制器的抖振现象;在外部环境扰动以及参数摄动的情况下,仍然能够实现较好的控制,表现出强鲁棒性。     

控制方向未知的无人帆船自适应动态面航向控制

针对四自由度无人帆船存在模型不确定、控制方向和外部环境扰动均未知的情况,提出一种神经网络自适应动态面航向控制方法。该方法采用RBF神经网络逼近无人帆船模型不确定部分,利用Nussbaum函数处理系统的未知控制增益函数,并设计带σ-修正泄露项的参数自适应律对神经网络逼近误差与外界环境扰动总和的界进行估计,同时引入动态面方法,消除反演法中的“计算膨胀”问题,降低控制器的复杂性。Lyapunov函数稳定性分析证明所设计控制器能够保证航向保持闭环系统内所有信号的一致最终有界性,并通过一艘12 m型无人帆船模型进行仿真验证,结果表明无人帆船航向保持响应速度快,所设计的控制器能有效地处理模型不确定项和风浪等外界扰动,具有较强的鲁棒性。     

基于自适应终端滑模控制器的机械手跟踪控制

针对具有不确定性的机械手轨迹跟踪控制问题,提出一种自适应二阶终端滑模控制器设计方法。设计一类非线性不确定系统的自适应二阶终端滑模算法,使得不连续符号函数包含在控制微分项,实际控制作用连续;采用自适应律克服不确定性上界未知问题,基于Lyapunov方法证明系统稳定性;针对机械手轨迹跟踪问题,基于所提出控制方法设计机械手自适应终端滑模控制方案;通过对双关节机械手轨迹跟踪仿真研究,验证所提出控制策略的有效性。     

控制方向未知的无人帆船自适应动态面航向控制

针对四自由度无人帆船存在模型不确定、控制方向和外部环境扰动均未知的情况,提出一种神经网络自适应动态面航向控制方法。该方法采用RBF神经网络逼近无人帆船模型不确定部分,利用Nussbaum函数处理系统的未知控制增益函数,并设计带σ-修正泄露项的参数自适应律对神经网络逼近误差与外界环境扰动总和的界进行估计,同时引入动态面方法,消除反演法中的“计算膨胀”问题,降低控制器的复杂性。Lyapunov函数稳定性分析证明所设计控制器能够保证航向保持闭环系统内所有信号的一致最终有界性,并通过一艘12 m型无人帆船模型进行仿真验证,结果表明无人帆船航向保持响应速度快,所设计的控制器能有效地处理模型不确定项和风浪等外界扰动,具有较强的鲁棒性。     

控制方向未知的无人帆船自适应动态面航向控制

针对四自由度无人帆船存在模型不确定、控制方向和外部环境扰动均未知的情况,提出一种神经网络自适应动态面航向控制方法。该方法采用RBF神经网络逼近无人帆船模型不确定部分,利用Nussbaum函数处理系统的未知控制增益函数,并设计带σ-修正泄露项的参数自适应律对神经网络逼近误差与外界环境扰动总和的界进行估计,同时引入动态面方法,消除反演法中的“计算膨胀”问题,降低控制器的复杂性。Lyapunov函数稳定性分析证明所设计控制器能够保证航向保持闭环系统内所有信号的一致最终有界性,并通过一艘12 m型无人帆船模型进行仿真验证,结果表明无人帆船航向保持响应速度快,所设计的控制器能有效地处理模型不确定项和风浪等外界扰动,具有较强的鲁棒性。     

非匹配不确定的弹性高超声速飞行器终端滑模控制

为解决带有非匹配不确定的弹性高超声速飞行器(FHV)鲁棒跟踪控制问题,设计一种基于有限时间干扰观测器的非奇异终端滑模控制器.首先,通过将弹性模态的影响视为不确定,与系统参数不确定一起处理为综合不确定,将带有弹性的高超声速飞行器模型简化为便于控制器设计的面向控制模型;其次,设计有限时间干扰观测器估计模型的综合不确定;进而,基于干扰观测器,设计一种新型的非奇异终端滑模面,将高阶不匹配问题转化成一阶匹配问题,进行控制器的设计;最后通过Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性.仿真结果表明:所设计的控制器可以有效抑制非匹配不确定及弹性的影响,实现了飞行器速度与高度的稳定跟踪控制.     

四旋翼姿态轨迹跟踪的滑模鲁棒自适应控制

针对系统中存在的建模不精确、参数不确定及外部扰动的问题,设计了滑模鲁棒自适应控制器,并引入Lyapunov函数对其稳定性进行了证明。利用自适应控制器来修正参数以适应系统对象和扰动动态特性变化,采用滑模鲁棒控制使系统在建模不精确和外部扰动情况下维持系统的动态特性。仿真结果表明,该控制器能有效克服系统存在的不确定性干扰、动态性能好、系统能够获得较高的姿态轨迹跟踪精度。     

带输入饱和的欠驱动水面船参数自适应滑模控制

针对具有外部干扰和输入饱和的欠驱动水面船路径跟踪控制问题,本文提出一种基于饱和补偿辅助系统的参数自适应滑模控制方法。通过以路径上虚拟参考目标点为原点,引入Serrete-Frenet移动坐标系,在此基础上引入切向速度作为虚拟控制输入;结合饱和辅助系统设计具有切换增益和sigmoid函数边界层厚度的参数自适应滑模控制器。此外,利用李雅普诺夫理论证明了闭环系统的全局稳定性,保证跟踪误差收敛到零的任意小领域内。通过与常规滑模控制对比,数值仿真验证所提控制律的有效性和自适应性,不仅可以减弱常规滑模中的"抖振"现象,同时补偿外部干扰和输入饱和误差提高跟踪精度。     

固定翼无人机自适应滑模控制

针对固定翼无人机的姿态和速度控制中存在不确定和外部扰动的问题,设计自适应超螺旋滑模干扰观测器和控制器,实现了固定翼无人机对速度指令和姿态指令的有限时间精确跟踪.首先建立固定翼无人机速度模型和基于四元数的姿态误差模型;进而在该模型的基础上针对无人机飞行过程中的外部扰动和不确定问题,采用自适应超螺旋滑模算法设计干扰观测器对干扰和不确定进行快速估计,并在此基础上设计多变量超螺旋控制器使固定翼无人机快速、精确地跟踪期望的速度和姿态指令;最后基于Lyapunov理论证明了该系统的稳定性.仿真结果表明:所提出的综合控制策略可以实现固定翼无人机速度与姿态的快速精确跟踪并具有良好的鲁棒自适应能力,而且针对无人机不同的飞行指令,使用该控制策略都能使无人机快速稳定的达到预期目标.     

欠驱动水面船舶的非线性滑模轨迹跟踪控制

针对模型参数存在不确定性和风、浪、流时变干扰的三自由度欠驱动水面船舶动态轨迹跟踪控制问题,根据滑模控制对系统的不确定性和外界干扰具有鲁棒性的特点,提出了一种新型的非线性滑模控制律设计方法.在设计时根据欠驱动水面船舶的固有特性,船舶在横向上没有驱动,如果要同时控制船舶水平面位置和艏摇角3个自由度的运动,就需要分别引入关于纵向跟踪误差的一阶滑动平面和关于横向跟踪误差的二阶滑动平面来间接设计控制律.仿真结果表明,所设计的控制器能够使船舶跟踪虚拟船产生的参考轨迹,对参数不确定和外界扰动具有强的鲁棒性.