带有不匹配干扰的二阶多自主体系统有限时间包容控制

针对多自主体系统群集运动问题,本文研究了带有不匹配干扰的二阶系统有限时间包容控制.运用现代控制理论,设计了非线性观测器,对系统未知状态和干扰进行估计.在状态估计的基础上,构建了基于干扰观测器的多自主体系统的协同控制算法.应用代数图论和齐次性理论等方法,分析了二阶多自主体系统有限时间包容控制.数据仿真中应用基于观测器的包容控制算法,使得系统的运动状态最终都收敛到由多个领导者所围成的目标区域中,验证了本文结果的有效性.     

带有滑模观测器的多智能体一致性控制

本文针对智能体速度不可测下的多智能体系统提出一种基于滑模观测器的有限时间一致性控制算法.为了解决智能体速度不可测所带来的问题,本文采用了一种有限时间滑模观测器来,该观测器能够在有限时间内估计出单个智能体速度信息;滑模控制理论是一种应用广泛的经典非线性控制方法,对于系统的干扰和不确定性有着较好的鲁棒性.本文采用一种非奇异终端滑模控制方法,利用智能体邻居节点的位置和估计速度的信息设计滑模控制律,很好的解决了速度不可测下多智能体系统的有限时间一致性控制问题.最后,通过Matlab数值仿真验证了该一致性控制算法的有效性.     

基于滑模的二阶多智能体快速抗扰一致性

针对带有外部未知扰动的二阶多智能体系统的领导—跟随有限时间一致性问题，本文设计出一种带有时变增益的有限时间干扰观测器，用以实现对每个跟随智能体中未知扰动的快速估计，在此基础上，本文结合超螺旋积分滑模控制方法并利用邻居智能体的位置和速度信息设计一种快速抗扰一致性协议，该协议能够保证存在非线性动态的多智能体系统有限时间一致性控制并能抑制抖振现象.同时，利用李亚普诺夫函数进行了稳定性的证明.最后，通过Matlab数值仿真进一步验证了所提出协议的可行性.     

基于滑模观测器的多智能体一致性控制

本文针对速度不可测下的多智能体系统提出一种基于滑模观测器的有限时间一致性控制算法.首先, 利用滑模观测器在有限时间内估计每个智能体的速度信息. 然后,利用估计信息设计非奇异终端滑模控制律,该控制律能够保证智能体系统在有限时间内达到一致性. 最后,通过数值仿真验证了该一致性控制算法的有效性.     

具有外部干扰的二阶多自主体系统的协同运动

为解决多自主体系统在群集运动过程受到外部干扰影响的问题,本文研究了具有外部干扰的二阶多自主体系统的分布式协同控制.本文中的外部干扰包括匹配干扰和不匹配干扰,针对系统中的匹配干扰,设计了状态观测器和干扰观测器,对系统的未知状态和干扰进行估计,并且构造了基于干扰观测器的多自主体协同控制算法.对于系统中的不匹配干扰,设计了与匹配干扰不同的干扰观测器,构造了基于主动抗干扰观测器的协同控制算法.运用矩阵论和现代控制理论等方法,研究了基于干扰观测器的二阶多自主体系统的协同控制.应用计算机仿真分别验证在多自主体系统具有匹配干扰和不匹配干扰的情况下结论的有效性,仿真结果表明,本文所设计的多自主体协同控制算法可以使跟随者最终都收敛到领导者的状态,实现了具有匹配干扰和不匹配干扰的二阶多自主体系统的状态一致性.     

非匹配不确定系统的滑模控制及在电机控制中的应用

针对具有匹配与非匹配不确定的非线性系统,设计基于干扰观测器和多幂次趋近律的滑模控制策略.首先,通过干扰观测器估计系统的不确定,实现估计误差在有限时间内收敛;其次,基于积分型滑模面,并结合多幂次趋近律,设计了连续滑模控制律,避免了传统滑模的抖振问题.与基于单幂次和双幂次趋近律的滑模控制策略相比,所设计的基于多幂次趋近律的控制策略,提高了系统的收敛速度.最后,通过数值仿真和永磁同步电机控制仿真验证了所设计的控制策略的有效性.     

双事件触发下非匹配干扰系统积分滑模抗干扰跟踪控制

对于带有不匹配干扰的动态系统,设计具有高资源利用率的抗干扰控制算法具有重要意义.本文在双事件触发机制框架下,研究了非匹配干扰系统的积分滑模抗干扰控制以及动态性能分析问题.首先,基于增广模型构建干扰观测器,实现对未知不匹配干扰的动态估计.为了降低数据冗余并保证传输的同步性,以反馈状态及干扰估计的单触发条件为基础,本文构建了“先到同触发”的双事件触发理论框架.在此框架下,设计积分滑模面和对应的双触发抗干扰控制器,保证被控系统的状态收敛到滑模面.基于Lyapunov稳定性分析方法,计算控制器和观测器增益,保证增广闭环系统具有良好的稳定性和动态跟踪性能.进一步分析了由触发引起的Zeno现象将不会发生.最后,基于典型的A4D模型进行仿真验证,仿真结果表明本文所提的方法具有良好的抗干扰性能.     

分数布朗运动干扰下广义随机系统滑模控制

本文考虑分数布朗运动干扰下时滞广义随机系统的基于观测器的滑模控制.首先设计了不受分数布朗运动干扰的状态观测器,然后给出了基于观测器的积分型滑模面函数的定义.为了研究观测器系统有限时间随机有界性,构造了带有二重积分的新型Lyapunov函数来处理分数布朗运动.利用奇异值分解原理,解决了观测器增益矩阵设计问题.利用线性矩阵不等式和Gronwall不等式得到了系统随机有界性的充分条件.同时给出了滑模面函数的有限时间可达性分析.最后的数值仿真验证了所提方法的有效性.     

事件触发下多智能体系统一致性的干扰主动控制

本文针对带有外部干扰影响的多智能体系统,研究了基于事件触发机制下的多智能体系统Leader-Following一致性的控制问题.采用干扰观测器来估计系统中存在的干扰,并设计了基于事件触发机制的干扰主动控制方案.运用现代控制理论和矩阵论等工具分析了多智能体协同运动算法得到了多智能体系统在分布式事件触发机制下的一致性收敛条件,并且分析了本文设计的分布式事件触发机制的时间间隔存在正的下界.最后通过计算机仿真,验证了本文所提控制算法的有效性.     

基于super-twisting算法的多航天器姿态有限时间 分布式协同控制

针对受外界干扰和执行器故障影响的多航天器姿态协同控制问题,本文设计了一种基于干扰观测器的分布式协同supper-twisting滑模控制器.首先,将各航天器的外界干扰和执行器故障看作一个集总干扰,设计自适应滑模干扰观测器对其进行估计.其次,将supper-twisting算法和积分滑模面相结合,设计一种基于多航天器姿态一致性误差的分布式协同控制器,并由Lyapunov稳定性理论证明了所设计的多航天器姿态可以在有限时间内收敛到平衡点附近的邻域内.最后的仿真研究及比较结果表明,所设计的控制器可以加快系统的收敛速度,并提高系统的控制精度.     

Observer-based prescribed-time consensus control for heterogeneous multi-agent systems under directed graphs

This work studies the prescribed-time robust consensus tracking problem of heterogeneous multi-agent systems over directed graphs. Aiming at multi-agent systems with a static leader and only matched disturbances, a distributed observer-based consensus algorithm is developed, to ensure that the tracking errors converge to zero accurately in prescribed time. For the case of multi-agent systems with a dynamic leader and mismatched/matched disturbances, an adaptive strategy based on a distributed observer and a disturbance observer is designed by the dynamic damping reciprocal technology. Such strategy can avoid the numerical singularity, adapt to the situation that the upper bounds of the disturbances are unknown, and assure that the tracking errors converge to an adjustable neighborhood of zero within prescribed time. Finally, simulations are given to verify the effectiveness of the proposed control strategies.     

Robust finite-time containment control for high-order multi-agent systems with matched uncertainties under directed communication graphs

In this paper, we study the robust finite-time containment control problem for a class of high-order uncertain nonlinear multi-agent systems modelled as high-order integrator systems with bounded matched uncertainties. When relative state information between neighbouring agents is available, an observer-based distributed controller is proposed for each follower using the sliding mode control technique which solves the finite-time containment control problem under general directed communication graphs. When only relative output information is available, robust exact differentiators and high-order sliding-mode controllers are employed together with the distributed finite-time observers. It is shown that robust finite-time containment control can still be achieved in this situation. An application in the coordination of multiple non-holonomic mobile robots is used as an example to illustrate the effectiveness of the proposed control strategies.     

Novel disturbance-observer-based control for systems with high-order mismatched disturbances

A novel disturbance-observer-based control method is investigated to attenuate the high-order mismatched disturbances. First, a finite-time disturbance observer (FTDO) is proposed to estimate the disturbances as well as the derivatives. By incorporating the outputs of FTDO, the original system is then reconstructed, where the mismatched disturbances are transformed to the matched ones that are compensated by feed-forward algorithm. Moreover, a feedback control law is developed to achieve the stability and tracking performance requirements for the systems. Finally, the proposed composite control method is applied to an unmanned helicopter system. The simulation results demonstrate that the proposed control method exhibits excellent control performance in the presence of high-order matched and mismatched disturbances.     

基于观测器的多智能体系统的有限时间包含控制

在固定有向拓扑结构下,研究了具有多个静态或动态领导者的多智能体有限时间包含控制问题;假设领导者之间不存在信息的交互,提出基于快速终端滑模的控制算法,该算法驱使跟随者的运动轨迹在有限时间收敛到由领导者组成的凸包中;进一步,考虑实际应用中跟随者状态不能在线获得的情况,提出基于有限时间观测器的包含控制协议;利用图论和Lyapunov有限时间稳定性理论,给出了有限时间包含控制的充分条件;最后通过仿真示例,验证了算法的有效性。     

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.     

Finite-time consensus algorithm for multi-agent systems with double-integrator dynamics

In this paper, we discuss the finite-time consensus problem for leaderless and leader–follower multi-agent systems with external disturbances. Based on the finite-time control technique, continuous distributed control algorithms are designed for these agents described by double integrators. Firstly, for the leaderless multi-agent systems, it is shown that the states of all agents can reach a consensus in finite time in the absence of disturbances. In the presence of disturbances, the steady-state errors of any two agents can reach a region in finite time. Secondly, for the leader–follower multi-agent systems, finite-time consensus algorithms are also designed based on distributed finite-time observers. Rigorous proof is given by using Lyapunov theory and graph theory. Finally, one example is employed to verify the efficiency of the proposed method.