陀螺稳像平台滑模变结构控制的优化设计

提出一种积分分离PID滑模控制策略.引入幂次项进行平滑设计,以减少指数趋近律引起的抖振.仿真结果表明,这种改进的稳像平台滑模控制策略在保证系统鲁棒性的同时,能够大大提高平台对载体扰动的隔离性能.     

基于模糊扰动观测器的PMSM积分滑模控制研究

为了克服传统永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)的滑模控制增益大容易产生抖振的问题,提出基于模糊观测器的PMSM积分滑模控制策略。采用新型趋近律设计积分滑模控制器取代传统的滑模控制器,提高系统的动态响应性能。结合模糊控制与自适应控制的特点,设计模糊扰动观测器,能够迅速有效地观测系统内部参数变化和外部扰动,并对积分滑模速度控制器进行前馈补偿,削弱系统抖振的同时提高了系统的鲁棒性。通过李雅普诺夫理论证明了该控制系统的稳定性。仿真及实验结果验证了该方法具有较强的鲁棒性,可以实现良好的跟踪效果并且无抖动。     

基于补偿控制的无人地面车辆轨迹跟踪方法

:针对无人地面车辆轨迹跟踪精度不高,鲁棒性差的问题,提出了一种基于补偿控制的算法;该算法分为运动学和动力学两部分:基于方向角调整策略的运动学控制律能确保无人地面车辆有效跟踪参考轨迹;基于PD与模型参考模糊滑模自适应控制相结合控制的动力学控制律能有效补偿建模不精确和外界扰动带来的影响;仿真结果表明:该算法能够有效跟踪参考轨迹,控制量分配合理且鲁棒性较好.     

飞翼布局无人机分数阶积分滑模姿态控制

针对存在复合干扰的飞翼布局无人机(UAV)姿态控制问题,提出了一种基于分数阶积分滑模与双幂次趋近律的姿态跟踪控制方案.结合分数阶微积分及滑模变结构控制理论,设计了分数阶积分滑模面.为解决传统趋近律收敛时间长和抖振严重等不足,提出一种具有二阶滑模特性且有限时间收敛的双幂次趋近律.在名义控制律的基础上,设计super twisting滑模干扰观测器,实现对复合干扰的估计和补偿,增强内外环控制器应对复合干扰的鲁棒性.为充分利用冗余操纵面与解决非线性舵效问题,在飞行控制系统中引入了非线性控制分配环节.仿真结果验证了所提方案的有效性.     

可控励磁直线同步电动机的全局积分Terminal滑模控制

为提高可控励磁直线磁悬浮同步电动机进给系统的快速性与鲁棒性,提出全局积分Terminal滑模控制策略.构造新型的全局积分Terminal滑模面,对系统状态任意初值可在有限时间内收敛到零点,在趋近律中引入衰减因子,可减小系统抖振;在构造滑模面和趋近律的基础上设计全局积分Terminal滑模速度控制器;为进一步削弱滑模控制的抖振,减小切换增益,用径向基函数神经网络设计扰动观测器,并对扰动进行前馈补偿控制.仿真结果表明全局积分Terminal滑模控制策略能够明显改善系统的动态性能,缩短误差的收敛时间,提高系统抑制扰动的能力,削弱系统的抖振,增强系统的鲁棒性.     

非匹配扰动干扰下的无人直升机轨迹跟踪控制

针对小型无人直升机在飞行过程中容易受到非匹配扰动影响的特点,本文设计了一种基于新型滑模控制方法的轨迹跟踪控制器.首先,建立了无人直升机系统的非线性数学模型,并对该模型进行近似反馈线性化处理,同时将模型分为位置和偏航两个子系统;然后,利用扩展扰动观测器对复合扰动以及非匹配扰动的各阶导数的估计值,设计新型时变滑模面,得到滑模控制律,并给出了控制系统的稳定性分析;最后,仿真结果验证了控制方法的有效性和优越性.该新型滑模控制方法的优越性主要体现在:对非匹配扰动具有较强的鲁棒性,以及能有效地抑制抖振现象.     

机械臂自适应反演超螺旋全局终端滑模控制

针对机械臂系统存在的系统参数摄动、非线性摩擦及外部干扰等不确定问题,提出一种自适应反演超螺旋全局终端滑模轨迹跟踪控制方法。该方法基于反演法、Lyapunov理论和全局快速终端滑模理论设计控制器,保证系统稳定性及全局收敛性,增强系统的鲁棒性。为解决系统集总扰动上界未知的问题,采用自适应技术设计切换控制律,抵消不确定性的影响,同时引入超螺旋算法抑制滑模控制固有的抖振现象。最后,通过理论分析和仿真算例验证了该控制器的有效性与可行性。     

基于有限时间扰动观测器的四旋翼编队控制

针对复杂飞行环境下的多四旋翼飞行器系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的主从编队控制策略(FTESO-LFFC).对于领航者子系统,提出一种积分滑模控制(ISM)策略,通过引入的积分项,消除了传统滑模控制中的趋近阶段,提高了系统的鲁棒性.对于跟随者子系统,提出一种非奇异终端滑模控制(N TS M)策略,该方法在解决...     

带有非匹配扰动的连铸结晶器振动位移系统自适应反步滑模控制

针对伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统中存在非匹配的参数不确定性、干扰等问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器(ESO)的自适应反步滑模控制方法.首先,基于双曲正切函数和高增益构造ESO对系统中的非匹配扰动进行估计.然后,利用反步法将非匹配扰动视为匹配扰动进行处理, 并在每一步设计自适应积分滑模控制器,以消除非匹配扰动对系统的影响.另外,在反步设计的后两步引入了积分滑模滤波器用于估计前一步虚拟控制律的导数.理论分析表明,所设计的ESO能够保证估计误差收敛到原点附近的小邻域内;所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号有界,并且,通过选取适当的参数能够保证系统状态可渐近收敛到原点.最后,通过仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

永磁同步电动机新型自适应滑模控制

永磁同步电动机(PMSM)是多变量、强耦合、非线性时变系统, 对外界干扰及内部参数摄动较为敏感, 为提高系统的鲁棒性, 本文提出一种基于非线性滑模面的自适应滑模变结构控制方法. 根据复合非线性反馈控制理论, 为PMSM滑模控制系统设计非线性滑模面, 通过实时改变控制系统的阻尼系数来提高PMSM伺服系统的瞬态响应性能. 在PMSM伺服系统外界扰动及内部参数摄动的上下界未知的情况下, 采用自适应参数校正律来调节控制增益的大小, 改善了系统的抖振现象. 此外, 对电机的电流及转速进行了饱和限制, 使得所设计的伺服控制系统可用于大范围的位移跟踪. 仿真结果表明, 与基于线性滑模面的控制器相比较, 本文所设计的基于非线性滑模面的自适应滑模控制器使得电机转子位移能够更快且无超调的到达给定值, 且系统的抖振现象明显减弱.     

考虑输入饱和的离散最优积分滑模控制

针对含有匹配有界干扰的线性离散系统, 提出一类最优积分滑模控制算法. 在系统开环极点位于单位圆内(上) 的前提下, 考虑输入饱和, 可以实现系统状态的半全局稳定. 该算法是低增益反馈和积分滑模的有益结合, 通过低增益反馈使输入饱和得到满足, 通过滑模控制增强了系统对干扰的鲁棒性; 另外, 该算法可以使特定的性能指标达到最优, 使系统稳态误差达到??(??²) 的量级. 仿真结果验证了所提出算法的有效性.

     

Variable structure control with sliding mode prediction for discrete-time nonlinear systems

A new variable structure control algorithm based on sliding mode prediction for a class of discrete-time nonlinear systems is presented. By employing a special model to predict future sliding mode value, and combining feedback correction and receding horizon optimization methods which are extensively applied on predictive control strategy, a discrete-time variable structure control law is constructed. The closed-loop systems are proved to have robustness to uncertainties with unspecified boundaries. Numerical simulation and pendulum experiment results illustrate that the closed-loop systems possess desired performance, such as strong robustness, fast convergence and chattering elimination.     

一种无模型自适应积分终端滑模控制方法

针对一类包含扰动的非线性离散时间系统,提出一种新的无模型自适应离散积分终端滑模控制算法.该算法基于紧格式动态线性化数据模型,利用离散积分终端滑模控制算法设计无模型自适应控制器,并采用扰动估计技术估计系统的扰动项,其中动态线性化方法中“伪偏导数”的估计算法仅依赖于被控系统的I/O测量数据.理论分析证明了系统输入输出有界,并通过仿真实验验证了所提算法的有效性.     

带有非线性不确定奇异系统的积分滑模控制

针对一类含有非线性不确定的奇异系统, 提出了一种面向性能的鲁棒控制器. 控制器由3部分组成: 积分滑模控制、附加的非线性控制及复合非线性反馈控制. 积分滑模控制可将匹配不确定完全抵消并使系统轨迹进入理想滑模; 附加的非线性控制用来抑制理想滑动模态上非匹配不确定对系统稳定性和性能的影响; 复合非线性反馈控制则保证闭环系统输出按性能要求渐近地跟踪参考输入信号. 最后通过算例说明所提算法的有效性.     

Sliding Mode Control with Adaptive Fuzzy Immune Feedback Reaching Law

In this paper, a novel adaptive fuzzy immune feedback reaching law (AFIFRL) based sliding mode control (SMC) strategy is proposed for uncertain nonlinear systems with time-varying disturbances. First, a nonlinear immune feedback reaching law (IFRL) inspired by biological immune feedback regulation mechanism is designed to alleviate chattering effect without losing the robustness against disturbances. Second, an improved IFRL is developed in a thin boundary layer to enhance tracking performance. Then, the applied fuzzy controller adjusts the boundary layer online to further improve control performance despite large system uncertainties and disturbances. Furthermore, an adaptive law is employed to estimate the unknown bound of uncertainties, which can effectively attenuate chattering and minimize control effort. The stability analysis is derived by Lyapunov stability theorem. Finally, numerical simulations are conducted to evidence the effectiveness and superiority of the proposed AFIFRL based SMC scheme.     

SLIDING MODE PREDICTION TRACKING CONTROL DESIGN FOR UNCERTAIN SYSTEMS

In this paper, a tracking control algorithm based on sliding mode prediction for a class of discrete‐time uncertain systems is presented. By creating a special model to predict the future sliding mode function value and by combining feedback correction and receding horizon optimization approaches, which are extensively applied in predictive control strategy, a discrete‐time sliding mode control law for tracking problem is constructed. With the designed control law, closed‐loop systems have strong robustness to matched or unmatched uncertainties as they eliminate chattering. Besides, in the robustness analysis, the boundary condition for uncertainties, which is a universal presupposition in sliding mode control method, is not required. Numerical simulation and cart‐pendulum experiment results illustrate the validity of the proposed algorithm.     

基于扩张状态观测器和反步滑模法的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

为了解决欠驱动四旋翼无人机（UAV）在实际飞行中存在的外界干扰问题,同时提高在系统参数摄动情况下的精确轨迹跟踪效果,设计了一种基于扩张状态观测器（ESO）和积分型反步滑模算法的飞行控制策略。首先,根据系统的半耦合特性和严反馈结构特点,采用反步法设计姿态内环和位置外环控制器;然后,将抗干扰能力较强的滑模控制融入其中,使得系统的鲁棒性得到增强;接着,为了减小系统的稳态误差,引入积分环节;最后,利用ESO实时估算出系统的内、外总扰动并对控制量进行补偿。通过Lyapunov稳定判据,可以说明该系统是一个全局渐进稳定的系统,并通过仿真分析验证了所提控制方法的有效性和鲁棒性。     

多输入多输出非线性不确定系统连续高阶滑模控制

针对一类MIMO非线性不确定系统,提出一种新的连续高阶滑模控制算法.引入状态反馈使得系统高阶滑模控制问题等效转换为多变量不确定积分链的有限时间稳定问题,首先针对标称系统设计有限时间到达连续控制律,实现系统状态快速收敛,然后采用多变量非解耦形式超螺旋算法克服系统不确定性,实现鲁棒性,最终使得系统控制作用连续、滑模抖振得以大大抑制.基于二次型Lyapunov函数证明系统的有限时间稳定性.针对三阶不确定系统有限时间稳定和气垫船圆形航迹跟踪问题分别进行了仿真,验证了所提算法的有效性、鲁棒性.     

Dynamic Output Integral Sliding-Mode Control With Disturbance Attenuation

This technical note proposes a dynamic output feedback sliding-mode control algorithm for linear MIMO systems with mismatched norm-bounded uncertainties along with disturbances and matched nonlinear perturbations. A control law is first designed to ensure that the system behavior can satisfy the reaching and sliding condition. A scheme designed to combine the output-dependent integral sliding surface with a full-order compensator is then proposed. Through utilizing $H _{infty} $ control analytical technique, once the system is in the sliding mode, the proposed algorithm can guarantee robust stabilization and sustain the nature of performing disturbance attenuation when the solutions to two algebraic Riccati inequalities can be found. Finally, the feasibility of our proposed algorithm is illustrated using a numerical example.