基于趋近律滑模的台车式倒立摆系统控制研究

本文设计了一种基于趋近律方法的滑模控制器。趋近律方法是滑模变结构控制的一种典型控制策略。这种控制方法不仅可以对系统在切换面附近或沿切换面的滑模运动段进行分析,而且可以有效地对系统趋近段的动态过程进行分析和设计,从而保证系统在整个状态空间内具有较好的运动品质。仿真结果表明,将两种典型的趋近律滑模控制方法应用到台车式倒立摆系统中,指数趋近律滑模变结构方法有更好的稳定性和抗干扰能力。     

一种改进的离散时间系统变结构控制设计方法

在分析了几种离散变结构趋近律趋近过程的基础上, 提出了一种改进的趋近律, 该方法能够大幅度削弱抖振, 使系统运动最终趋于原点且不存在稳态振荡, 能使系统的准滑动模态保持步步穿越切换面的基本属性, 改善了趋近过程.     

直线同步电动机磁悬浮系统的自适应模糊滑模控制

提出一种自适应模糊滑模控制方法用以提高可控励磁直线同步电动机(controllable excitation linear synchronous motor, CELSM)磁悬浮控制系统的性能.根据CELSM的特定结构和运行机理,建立CELSM磁悬浮系统的数学模型,包括励磁回路的电压方程、磁悬浮力方程和运动方程;设计积分滑模面和分段趋近律,系统状态轨迹可以根据距滑模面的距离自动切换趋近速度,以很小的斜率穿越滑模面,减小系统的抖振,推导出相应的滑模控制器;为了克服不确定性扰动对系统的影响,设计自适应律使自适应模糊系统对不确定性扰动进行实时估计,用该估计值进行前馈补偿控制,减小控制律中的切换增益和系统的抖振,进一步推导出自适应模糊滑模控制器;用Matlab对控制系统进行仿真,仿真结果表明,采用自适应模糊滑模控制的CELSM磁悬浮系统的性能得到改善.     

三轴微机电系统陀螺仪自适应干扰补偿方法

三轴微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)陀螺仪在制造和应用过程中会受到系统参数不确定和外界干扰的影响,降低MEMS陀螺仪的检测精度.本文提出一种基于自适应干扰估计的滑模控制策略对MEMS陀螺仪进行参数不确定和干扰补偿,同时实现轴向轨迹跟踪,从而提高检测精度.相比传统滑模控制方法,该策略利用趋近律概念描述滑模趋近运动,改善趋近运动阶段的动态品质,同时利用干扰观测器在线实时估计系统未知干扰,大大降低滑模面的切换增益,有效地降低滑模面抖振.最后利用Lyapunov直接法证明了系统的渐进稳定性和干扰估计的收敛性.仿真结果表明了该策略的有效性.     

滑模控制器趋近律仿真研究

介绍了滑模变结构控制的基本原理,对常用的四种趋近律进行了仿真分析,通过仿真比较了它们到达切换面的时间、抖振等效果,对滑模控制设计时趋近率的使用提出了建议。     

新的离散时间系统变结构趋近律

针对离散时间系统变结构控制的设计问题进行了研究。为了改善离散指数趋近律的趋近过程,提出了一种新的趋近律,利用该趋近律设计的变结构控制器,不仅能够大幅度削弱抖振,使系统运动最终趋于原点不存在稳态振荡,而且能使系统的准滑动模态保持步步穿越切换面的基本属性,有效地改善了趋近过程,提高了控制品质。仿真分析验证了该方法的合理性与有效性。     

基于改进指数趋近律的PMSM滑模控制研究

永磁同步电机（PMSM）控制系统中，滑模控制（SMC）以其鲁棒性强的优势得到了广泛的应用。传统的滑模控制存在着超调量大、响应速度慢、抖振严重等问题。针对以上问题，该文选择永磁同步电机为被控对象，设计了一种改进指数趋近律的滑模变结构控制器，所提趋近律对传统趋近律前的切换项进行处理改进，使系统中的运动点分成两段，当距离滑模面较远时，会加速趋近滑模面，当距离滑模面较近时，会明显削弱抖振。仿真结果显示，与传统指数趋近律相比，改进后的指数趋近律，提高了系统的快速性、稳定性以及抗扰动性。     

基于非线性指数趋近律的飞行器纵向姿态控制

基于一种非线性函数构造了新型的非线性指数趋近律,将非线性函数加入传统指数趋近律的等速趋近项系数,使等速趋近项系数随系统运动点到切换面的距离从大到小逐步变化,实现系统运动点到达过程由快到慢的变速控制。通过对到达时间的计算和比较,表明非线性指数趋近律缩短了到达时间,间接增强了系统鲁棒性,进一步降低了系统抖振。四旋翼飞行器纵向姿态控制的仿真结果表明了该控制方法的有效性。     

具有控制时滞的离散系统的无抖振滑模控制

研究含时滞的线性离散系统的变结构控制问题. 首先将之简化为不含时滞项的线性离散系统. 然后对简化系统提出一种新的无抖振滑动模态控制算法. 该算法使滑模控制分为两个阶段,当系统轨迹在滑模某邻域以外时, 利用传统的到达控制律使系统状态轨迹单调趋近滑模面; 当系统轨迹进入该邻域内, 无抖振控制律使其轨迹一步到达滑模面. 该控制律有效地削除了由离散系统解轨迹的不连续性产生的抖振现象. 仿真结果表明了这种方法的有效性.     

基于等速趋近律的滑模负荷频率控制设计

针对单域电力系统,提出了基于等速趋近律的滑模负荷频率控制器设计策略。首先通过矩阵初等变换将原系统转换成标准型,基于标准型设计切换面,利用极点配置选择适当的切换函数,保证系统具有稳定的滑动模态;其次基于等速趋近律设计滑模控制器,使得电力系统状态在有限时间内到达滑模面;最后利用Matlab进行仿真研究,将传统的基于不等式趋近律设计的滑模控制器和提出的基于等速趋近律设计的滑模控制器,分别对理想工作状态下和发电机出力受约束(GRC)情况下的电力系统进行仿真比较,可以看出设计的滑模负荷频率控制器具有较好的频率偏差抑制效果。     

垂直三连杆欠驱动机械臂通用控制策略设计

本文针对一类含单一欠驱动关节的垂直三连杆欠驱动机械臂提出一种基于振荡衰减轨迹的通用控制策略. 与传统的分区控制策略相比, 本文控制策略无需采用分区方式就能快速地实现将机械臂末端点由垂直向下初始位 置开始移动, 并最终稳定在垂直向上目标位置的控制目标. 首先, 根据驱动连杆的初始和目标状态, 为驱动连杆规划 含可调参数的振荡衰减轨迹. 该轨迹能够在一定调节时间内将驱动连杆直接由初始状态移动至目标状态. 基于连 杆状态间的耦合关系, 利用粒子群优化算法优化轨迹参数使欠驱动连杆在相同调节时间内也运动至目标状态. 接 着, 利用滑模方法设计跟踪控制器使驱动连杆跟踪优化后的振荡衰减轨迹, 这样, 系统末端点将由初始位置移动至 目标位置. 进一步利用极点配置方法设计镇定控制器克服重力的作用将末端点稳定在目标位置. 最后, 通过仿真实 验验证所提控制策略的有效性.     

New approaching condition for sliding mode control design with Lipschitz switching surface

In this paper, we concern the approaching condition of sliding mode control (SMC) with a Lipschitz switching surface that may be nonsmooth. New criteria on the relation between phase trajectories and an arbitrary Lipschitz continuous surface are examined firstly. Filippov’s differential inclusion is adopted to describe the dynamics of trajectories of the closed-loop system with SMC. Compared with Filippov’s criteria for only smooth surface, new criteria are proposed by utilizing the cone conditions that allow the surface to be nonsmooth. This result also yields a new approaching condition of SMC design. Based on the new approaching condition, we develop the sliding mode controller for a class of nonlinear single-input single-output (SISO) systems, of which the switching surface is designed Lipschitz continuous for the nonsmooth sliding motion. Finally, we provide a numerical example to verify the new design method.     

Coordinated path tracking of two vision-guided tractors for heavy-duty robotic vehicles

Heavy-duty robotic vehicles are increasingly required to transport and position large-quantity and large-scale objects in the manufacturing process. The load-carrying capacity of vehicles can be enhanced by configuring multiple automated guided tractors and coordinating their motions. A vision-guided tractor is developed by using an on-board camera in order to improve the guidance accuracy. Each tractor can recognize the guide paths, measure its path deviations and control the speeds of driving motors independently. A coordinated path tracking technique is proposed for two vision-guided tractors of a robotic vehicle, in order to make them move along a guide path accurately and smoothly. The finite area of the vision field, the actuation capacity of driving motors and the motion conflict of two tractors are considered as control constraints of path tracking. Six path deviation states and their relevant approaching trajectories are classified based on deviation properties and control constraints. The general law of mutual conversion of six approaching trajectories is analyzed. Other approaching trajectories should be converted into the tangent-arc trajectory that can eliminate two path deviations synchronously. Expected tracking distance is a coupled parameter that influences control efficiency, safety margin of trajectory conversion and coordination degree of two tractors. A fuzzy logic regulator is used in the leader-follower control strategy to adjust this parameter, by taking two path deviations and the difference of attitude angles of two tractors into account. Numerical simulation and prototype experiment show that two vision-guided tractors can move along the straight and curvilinear guide paths with high tracking accuracy, control efficiency and motion coordination, which enhanced the load-carrying capacity of robotic vehicles significantly.     

带攻击角度约束的非奇异终端滑模固定时间收敛制导律

针对拦截机动目标的末制导问题,设计一种带攻击角度约束的末制导律.该制导律构造一种新型的固定时间收敛非奇异终端滑模面,能够在解决终端滑模面奇异性问题的同时使得滑模面、弹目视线角和弹目视线角速率在固定时间内收敛,保证收敛时间的上界是独立于弹目初始条件,可以被预先设定的.与传统的固定时间收敛控制相比,该制导律通过调节滑膜面和弹目视线角误差的趋近律指数使得制导系统收敛速率更快.同时,针对目标机动引起的未知扰动,引入一种扩张状态观测器进行估计,能够增强制导系统的鲁棒性,避免震颤现象的发生.最后,通过仿真实验验证所提出制导律能够以不同的攻击角度对机动目标进行有效拦截,且与其他制导律相比,所提出的制导律使得制导系统收敛更快,导弹拦截时间更短,拦截精度更高.     

Terminal open-loop control for a hypervelocity unmanned flying vehicle in the atmosphere. Part 1

An algorithm for the terminal open-loop control of a hypervelocity flying vehicle with a high lift-drag (L/D) ratio is proposed; this algorithm ensures the implementation of spatial programmed hitting trajectories steering the vehicle to the given spatial domain with required high accuracy and required conditions of approaching this domain. The algorithm is based on the a priori construction of a rational hitting trajectory and the corresponding control vector; the control vector components are the attack and bank angles. At the beginning of the terminal phase, only constraints on the individual components of the vector of initial conditions are imposed: the ranges of altitudes, velocities, and flight path angle. In addition, the requirement for the minimum admissible resolution of the onboard radar that provides informational support at the terminal phase is taken into account in the trajectory construction. Examples of programmed hitting trajectories are given that confirm the fact that the proposed algorithm for the generation of such trajectories and the corresponding attainability sets is computationally efficient.     

一类非线性时变系统的迭代学习控制

针对一类具有任意初态的不确定非线性时变系统,应用校正期望轨迹方法把任意初态问题转换为零初始误差的变期望轨迹的迭代学习控制问题,提出了求解校正期望轨迹的过渡轨迹的计算方法.然后,针对变期望轨迹问题提出了一种新的迭代学习控制算法,在算法中引入了期望轨迹的高阶导数来克服期望轨迹的变化,并通过设计稳定的跟踪误差滑动面来处理系统中非线性时变不确定性.论文给出了相关定理,并应用类Lyapunov方法给出了详细证明.仿真结果表明所提出的算法是有效的,该算法不需要系统的模型结构信息,比自适应迭代学习控制算法具有更宽的适用范围.     

区别多种出行方式的城市活动轨迹预测

信息社会中,基于用户的历史活动轨迹发掘和预测人类位置轨迹及活动规律至关重要.已有研究大多采用基于时间和轨迹间相似度分类的马尔可夫模型,忽略了不同出行方式下的移动规律差异.对此,区别不同出行方式,基于轨迹的速度、加速度和航向变化速度等特征,用XGBoost算法识别轨迹所对应的出行方式,并采用基于优化的轨迹分割算法,将人类出行轨迹按出行方式分解成多个轨迹,采用由不同出行方式轨迹建立的马尔可夫模型实现出行轨迹的精准预测.实验表明,不同出行方式的轨迹的移动规律存在显著差异,且所提出方法的预测精度和距离偏差明显优于几个基准方法.     

一类切换系统基于观测器的滑模降阶控制

针对一类状态不可测的切换系统, 研究了其基于观测器的滑模控制问题. 设计了一类降阶观测器, 并用观测到的状态设计了滑模面函数以及滑模控制器, 使得闭环系统的状态能够到达滑模面上, 产生滑动模态. 并应用Lyapunov函数的方法给出了切换系统的滑动模态可达条件以及确保闭环切换系统渐近稳定的离散切换律. 最后,数值仿真验证了本文所提方法的有效性.     

带攻击角度约束的非奇异快速终端滑模制导律

本文利用先进的终端滑模控制和李雅普诺夫稳定性理论设计了一种非奇异、本质上连续和有限时间收敛的带攻击角度约束的制导律,它可用于打击固定、匀速运动和机动目标.为了在有限时间内高精度地获得给定的攻击角度并不出现奇异问题,非奇异快速终端滑模函数被用于设计滑模面.快速终端滑模函数被用于设计趋近律,在整个到达阶段系统轨迹可以从任意初始状态快速地收敛到滑模面并形成本质上连续的制导律.由于非奇异、本质上连续和全局快速收敛的特性,和传统的终端滑模制导律相比,本文方法可以在更短时间内以更高精度的攻击角度对目标实施打击.大量的仿真算例表明了本文制导律的有效性.