考虑输出约束的冗余驱动绳索并联机器人预设性能控制

提出一种考虑输出约束的冗余驱动绳索并联机器人(Redundantly-actuated cable driving parallel robots, RCDPRs)预设性能有限时间控制算法. 首先, 采用Newton-Euler方程推导系统动力学模型, 并建立绳索拉力优化模型保证系统正常工作; 其次, 将输出约束问题转化为位置跟踪误差的坐标变换问题, 设计给定时间衰减函数与非对称变换函数, 将约束形式的跟踪误差转化为无约束变量, 实现给定时间的输出约束; 然后, 针对滑模控制的抖振问题, 在预设性能控制中采用模型不确定与扰动估计器进行扰动估计, 并通过自适应方法对扰动估计误差进行补偿; 以此为基础, 提出一种基于精度驱动且在分段点处三阶连续的终端滑模面进行控制算法设计; 最后, 采用Lyapunov函数证明算法的有限时间收敛特性, 并以7自由度冗余驱动绳索并联机器人为控制对象进行仿真研究, 对算法进行验证.     

基于有限时间预设性能的高超声速飞行器反演控制

针对存在参数不确定以及外界干扰的高超声速飞行器跟踪性能问题,提出一种基于有限时间预设性能的反演控制方案.首先,为便于控制器设计,将高超声速飞行器模型划分为速度和高度子系统,针对子系统分别设计预设性能控制器以提高系统的瞬态和稳态性能;然后,通过设计一种有限时间性能函数,使得跟踪误差能够在预设时间内收敛至稳态值;接着,考虑到反演设计中虚拟指令导数难以获取以及干扰项对系统的影响,基于干扰观测器提出一种扰动估计方法,目的是在取得良好的观测扰动效果的同时,使得控制器设计流程简化、复杂度降低;最后,基于Lyapunov稳定理论证明系统的跟踪误差最终一致有界,并通过仿真验证该方法的有效性.     

基于干扰观测器的航天器非奇异终端二阶滑模控制

为了消除干扰力矩和结构不确定性对卫星姿态控制性能的影响,本文提出了一种基于新型干扰观测器的非奇异终端二阶滑模控制方法.首先,文章设计了一种基于跟踪微分器的干扰观测器,来对卫星系统中的不确定项进行估计,利用估计值进行补偿,并保证估计误差在有限时间内收敛.在此基础上,文章设计一个非奇异终端滑模面,当系统到达滑模面时,姿态误差可以在有限时间内收敛,并利用二阶滑模趋近律设计控制器,保证系统在有限时间到达滑模面.在干扰观测器误差未完全收敛时,滑模控制器可以对存在的扰动进一步抑制,实现姿态跟踪系统的有限时间稳定,并通过李雅普诺夫方法严格证明了其稳定性.最后,仿真结果表明,干扰估计值误差可以在有限时间内收敛,证明了该控制方法对存在的干扰是具有较好的鲁棒性.     

考虑伺服系统增益不确定的船舶动力定位自适应有限时间控制

针对全驱动水面船舶动力定位控制问题,假设船舶模型参数摄动和外部扰动的上界已知,通过构造误差信号的非奇异终端滑模面（Non-singular terminal sliding mode,NTSM）提出了一种自适应终端滑模的控制方法.同时考虑伺服系统增益不确定问题,对未知的推力系数矩阵的倒数进行参数自适应,确保设计的控制器能使得船舶的位置及艏向角在有限时间内收敛于期望值,且能保证闭环系统实际有限时间稳定（Practical finite-time stable,PFS）.利用一艘供给船进行数值仿真研究,说明了设计的船舶动力定位自适应终端滑模控制律的有效性.     

不确定非线性系统的高阶滑模控制器设计

针对一类不确定非线性SISO系统,结合系统有限时间稳定理论与积分滑模控制理论,提出了一种新的高阶滑模控制器设计方法,改善了现有高阶滑模控制中存在的缺陷.积分滑模保证了系统初始时刻就具有抗扰能力,同时采用有限时间稳定观测器实现了高阶滑模的输出反馈控制.仿真结果表明该控制器可使系统在有限时间内收敛,并有效地减小了系统抖振.     

网联车辆队列有限时间终端滑模控制

本文研究在模型参数不确定及未知干扰的情况下的车队控制问题,该方法可保证车队系统在有限时间内稳定.针对前车–跟随(PF)、双向(BD)的信息拓扑结构,引入一种新的二次间距策略,保证车队系统的交通流稳定性.然后,提出两种基于非线性终端滑模控制和有限时间理论的分布式协同控制算法,分别保证了系统的队列稳定性和强队列稳定性,同时设计自适应律来处理系统中不确定参数和外源性扰动的影响,通过构造Lyapunov函数分析系统的有限时间稳定性与队列稳定性.最后通过数值仿真结果,证明了所提出的控制算法的有效性.结果表明,本文所提的方法能保证队列稳定性、交通流稳定性、并保证闭环系统中的所有信号都是有限时间稳定的.     

基于新型固定时间稳定方法的一类二阶非线性系统镇定控制

本文研究了受未知外部扰动侵袭的一类二阶非线性系统的固定时间镇定控制问题.首先,提出了一种新的固定时间稳定方法,并给出了收敛时间及其上界估计值的计算公式.理论分析表明,收敛时间的上界与系统初始状态无关,可由系统参数完全确定.然后,基于所提出的固定时间稳定方法设计了新型滑模趋近律和终端滑模面,使得系统状态能够在有界的有限时间内,从任意初始状态收敛至滑模面并沿着滑模面收敛至原点,同时引入了基于系统状态的自适应切换方法,有效避免了终端滑模面导致的奇异问题.最后,通过仿真验证了算法的有效性.     

输入饱和的充液航天器抗干扰有限时间滑模控制

研究三轴稳定充液航天器姿态控制过程中存在外部未知干扰、参数不确定和输入饱和的问题,提出一种抗干扰有限时间滑模控制的姿态机动控制方法.将部分充液贮箱内液体燃料晃动等效为球摆模型,采用动量矩守恒定律推导出充液航天器耦合动力学方程.首先,设计有限时间积分滑模干扰观测器,保证控制系统中集总干扰可以在有限时间内被估计;然后,基于所设计的干扰观测器,提出一种抗干扰有限时间快速终端滑模控制策略,并且证明在该控制律的作用下闭环系统的状态是有限时间稳定的,而且收敛到指定的快速终端滑模面上.此外,通过引入辅助变量补偿控制输入超调量,克服输入饱和的约束.仿真结果验证了该控制策略的有效性和鲁棒性.     

分布式航天器编队约定时间姿轨耦合协同控制

针对具有参数不确定性、外部扰动和预设性能需求的航天器编队约定时间姿轨耦合控制问题, 本文基于预设性能控制方法提出了一种低复杂度的约定时间编队姿轨耦合协同控制器, 使得航天器在设定时间内形成编队, 且编队误差满足预设的各种性能指标. 首先, 通过结合有限时间稳定概念引入一种约定时间性能函数, 其系统稳定时间可以由使用者任意设定; 然后, 把约定时间性能函数与预设性能控制方法结合起来, 提出了不依赖航天器质量和转动惯量等信息的约定时间编队协同控制器, 保证了编队状态量的收敛性能和收敛时间, 并使用李雅普诺夫理论证明了其稳定性. 最后, 通过仿真验证了该控制方案的有效性     

智能车辆队列横纵向有限时间滑模控制

针对智能车辆队列横纵向控制及误差快速收敛问题,本文提出一种分布式横纵向有限时间滑模控制策略.首先,考虑跟踪误差的连锁反应及横纵向耦合效应,利用投影变换建立车辆队列横纵向误差模型,提出一种车辆队列横纵向控制框架.而后,针对误差快速收敛问题,设计非奇异积分终端滑模面(NITSM)与自适应幂次积分趋近律(APIRL),通过构造Lyapunov函数分析系统的有限时间稳定性与队列稳定性.最后,基于Trucksim/Simulink联合仿真以及实车实验进一步验证了本文方法的有效性.结果表明,本文所提方法能保证队列稳定性,并实现误差快速收敛,规避跟踪误差的连锁反应及车辆横向运动对纵向车间距误差的影响.     

非匹配不确定系统的终端滑模分解控制

针对非匹配多变量模型不确定系统,提出了一种终端滑模分解控制方法.通过状态变换和去耦合处理将系统转换为块能控标准型,它由匹配扰动的值域空间子系统和稳定的非匹配扰动的零动态子系统组成.提出了特殊的终端滑模超曲面,采用滑模控制策略,使值域空间子系统的状态在有限时间内收敛至平衡点,随后非匹配扰动的零动态子系统渐近收敛至平衡点附近的邻域内,且建立了该邻域的范围与系统的非匹配不确定性范围之间的数学关系,并用于系统的设计与分析.所提方法对于维数较高的非匹配不确定系统的控制具有较大的意义,可简化设计,实现递阶控制.仿真实     

具有未知参数的混沌系统的有限时间滑模同步控制

针对带有未知参数和非线性输入的两个不同的混沌系统之间的同步问题进行研究. 提出一个相比于传统滑模面具有更快收敛速度的终端滑模面, 并结合自适应控制理论和滑模控制理论, 设计一个自适应滑模控制律, 使同步误差在有限时间内收敛到滑模面, 并沿滑模面在有限时间内收敛到零点, 最终实现两个不同的混沌系统之间的同步. 最后, 以带有不确定性和外部扰动的Lorenz 系统和Liu 系统为例进行数值仿真, 仿真结果表明, 同步误差在有限时间内收敛到零点, 从而验证了所设计控制律的有效性和可行性.     

基于扩张状态观测器的二质量系统非奇异快速终端滑模控制

针对含未知负载信息的二质量伺服系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制方法.首先,利用电机侧位置信息设计有限时间扩张状态观测器估计系统的扰动,并将估计值融入到控制器中作为前馈项对系统的未知扰动进行补偿;然后,引入一种新型的滑模趋近律,该趋近律能够避免传统滑模控制中存在的奇异性问题,据此设计非奇异快速终端滑模控制器,保证系统状态在有限时间内收敛到原点,并根据李雅普诺夫稳定性理论分析闭环系统的稳定性;最后,通过仿真和实验验证所提出方法的优越性.结果表明,与传统的PID等控制相比较,所提出的基于扩张状态观测器的有限时间滑模控制方法能够提高系统的跟踪性能,并有效增强二质量伺服系统的抗扰动能力.     

基于预设性能的非仿射非线性系统自适应有限时间控制

针对一类具有死区的非仿射非线性系统,将预设性能控制与有限时间控制相结合,提出一种具有预设性能的自适应有限时间跟踪控制方法.基于Backstepping技术、模糊逻辑系统及有限时间Lyapunov稳定理论,给出使系统半全局实际有限时间稳定(semi-globally practically finite-time stable,SGPFS)的充分条件和设计步骤.该控制策略不仅使系统的输出误差在有限时间内收敛到一个预先设定区域,同时保证其收敛速度、最大超调量和稳态误差均满足预先设定的性能要求.最后通过仿真示例验证了所提出设计方法的有效性.     

网联车辆有限时间分布式轨迹优化和协同控制

提出一种基于分层控制框架的网联车辆有限时间轨迹优化和协同控制方法.首先,在上层,为了最小化车辆间的间距误差,采用有限时间分布式优化算法构造车辆参考模型,产生最优轨迹信号;在下层,设计基于终端滑模的跟踪控制器使得车辆在有限时间内跟踪最优轨迹信号,并克服扰动等不确定因素的影响.然后,通过李雅普诺夫分析,严格验证控制系统的稳定性.最后,通过数值仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

基于有限时间扰动观测器的水厂加矾系统二阶滑模控制

水厂絮凝沉淀过程具有强非线性、不确定性和参数时变等特点,并且原水水质和水量突变等扰动容易对絮凝沉淀过程造成不利影响.本文提出了一种基于有限时间扰动观测器的加矾系统二阶滑模控制设计方法.首先,文章采用带有非光滑项的二阶滑模控制方法设计加矾系统反馈控制;然后,文章设计有限时间扰动观测器对原水水质和水量突变等扰动,以及絮凝沉淀过程强非线性、不确定性和参数时变等导致的模型不匹配进行估计,估计结果作为前馈补偿与反馈控制相结合;最后,理论分析证明了基于有限时间扰动观测器的二阶滑模控制方法的稳定性.仿真结果表明,本文所提出的复合控制方法有效提升了加矾系统的鲁棒性和抗扰动性能.     

机械臂自适应精确时间滑模控制

考虑机械臂中存在的未建模部分、摩擦力、外加干扰,提出一种自适应精确时间滑模控制方法,实现机械臂各关节角的轨迹跟踪.首先对机械臂进行建模,将未建模部分、摩擦力、外加扰动看作集中扰动;其次,设计一种精确时间收敛滑模面,克服传统终端滑模面收敛时间高估的问题,基于此设计全局精确时间收敛滑模控制方法,使得机械臂系统能够在设定时间实现稳定,并在误差收敛后仍具有较强的鲁棒性;接着,设计低通滤波器削减抖振,通过自适应方法估计扰动上界,避免增益的高估;最后,通过仿真实验验证所提出的控制方法能够严格控制机械臂系统的稳定时间,并降低稳态误差,实现机械臂系统的高精度轨迹跟踪控制.     

混沌系统的有限时间滑模同步控制

采用滑模控制的方法,研究了两个不同的带有不确定性和外部扰动的混沌系统之间的同步问题。基于Lyapunov稳定性理论和有限时间滑模控制方法,设计了终端滑模控制器来实现两个混沌系统的同步。在设计控制器过程中提出了一个新的非奇异的终端滑模面,并证明它能在有限时间内收敛于零平衡点。通过数值仿真验证了所设计的控制器的有效性。     

改进滑模面的自适应终端滑模混沌同步控制

为了提高混沌同步误差在滑模面上的收敛速度,提出了一种改进的终端滑模面,并设计了自适应终端滑模控制律,改善了混沌同步控制性能。在终端滑模面中引入系统状态量的幂指函数积分项,提高了误差沿滑模面的收敛速度。针对同时考虑系统中存在未知参数、不确定项及外部扰动的混沌系统的同步控制问题,设计了自适应终端滑模控制律,实现了混沌同步系统的滑模控制,并对系统的稳定性进行了证明。将所设计的滑模控制方法应用于混沌同步控制系统中,相比于传统终端滑模控制方法,改进方法能够明显提高误差的收敛速度。仿真实验验证了所提方法的有效性。     

一类非线性不确定系统的高阶积分自适应滑模控制

为有效改善传统积分滑模在一类非线性不确定系统的应用中存在的抖振问题,结合有限时间收敛理论、高阶积分滑模理论和自适应控制理论,提出了一种高阶积分自适应滑模控制方法;该方法通过选取有限时间收敛反馈量和设计高阶积分滑模面,不仅确保了系统状态误差在有限时间内的收敛性,而且还保证了系统具备对不确定性干扰的抑制能力;同时,当系统的不确定项的边界范围无法预先确定时,采用自适应方法对滑模控制的趋近速率进行估计;仿真结果表明所提方法能够有效抑制非线性不确定系统的抖动,并具有较高的控制精度.