一类欠驱动系统的分层FTSMC控制

研究了一类具有扰动的欠驱动非线性系统的控制问题及其渐近稳定的判定.提出一种基于快速终端滑模(FTSMC)的分层控制方法:分层快速终端滑模控制(HFTSMC).方法将系统按状态变量的耦合关系分成多个子系统,应用快速终端滑模控制分别构造滑动面.在此基础上采用Lyapunov方法设计控制量,给出了一种新的滑模而渐近稳定性判据,并提出了两种构造第二层滑模面的方法.对旋转式倒立摆的稳定控制进行的MATLAB仿真与实物实验,均得到较好的控制效果.实验结果证明了控制方法及判据的有效性.     

基于分层滑模控制的VTOL飞行器轨迹跟踪

针对VTOL飞行器的轨迹跟踪和稳定性问题,在考虑输入耦合前提下,提出了一种分层滑模控制方案.首先,将整个系统分成两个子系统,分别设计两个子系统的滑模面;然后利用其中一个子系统滑模量来构造中间变量,进而构造出整个系统总的滑模面;再利用等效控制法求取系统在该滑模面上的等效控制量,采用李雅普诺夫方法设计了系统的切换控制量,从而获得系统总的控制量.该控制器能够保证各个滑模面的稳定性和误差闭环系统的全局渐近稳定性.最后的仿真结果表明了该方法的有效性和可行性.     

基于稳定性分析的一类欠驱动系统的滑模控制器设计

从稳定分析的角度提出了一种欠驱动系统的新型滑模控制方法．该方法将各个子系统的一个变量进行组合定义成一个中间变量，然后从这个中间变量出发构造滑模函数，通过求取总的控制量保证中间变量在有限时间内收敛到平衡点；进一步利用LaSalle不变性原理证明该收敛域内只有一个平衡点且是渐近稳定的．仿真实验进一步验证了该结论．     

一类非线性系统的自适应滑模模糊控制

针对一类具有多个子系统的欠驱动非线性系统提出了一种自适应滑模模糊控制方法. 首先通过分析模糊控制与边界层滑模控制的相似性,提出了滑模模糊控制方法;然后根据滑模 面斜率和各子系统控制对于系统动态性能的影响,分别采用模糊推理根据系统状态自动地实时 调节滑模面斜率和各子系统在系统控制中的作用;最后通过简单的滑模模糊控制器实现对具有 多个子系统的欠驱动非线性系统的控制.将该方法应用于吊车的运输控制中,仿真结果证明了 其有效性和鲁棒性.     

自行车机器人系统的稳定滑模控制

基于拉格朗日方法建立自行车机器人动力学模型,针对自行车机器人这一非线性欠驱动系统,利用稳定滑模控制算法实现系统的稳定.该方法首先从各个子系统中取出一个变量组合成一个中间变量;然后从该中间变量出发构造滑模函数,从滑模控制器设计的角度求取控制量,保证中间变量在有限时间内收敛到平衡点,从而保证系统状态收敛到收敛域内.该方法能够保证自行车机器人系统的稳定性,并在仿真实验中得到了验证.     

基于级联型具有旋转激励的平移振荡器系统的滑模控制

针对欠驱动具有旋转激励的平移振荡器(TORA)系统的控制问题,本文首次提出一种全局滑模控制方法,使闭环系统在整个控制过程对外界干扰均具有鲁棒性.相比已有控制方法,本文所提方法结构简单,便于实现;而且放宽了对外界干扰的假设条件,可实现闭环系统的全局滑模控制.具体而言,本文首先将系统模型变换为由两个子系统组成的级联形式;随后,针对内环子系统设计了一种虚拟控制输入,在此基础上构造了一种新颖的滑模面并设计了相应的滑模控制器;最后,通过严格的数学分析证明了闭环系统的稳定性及系统状态的渐近收敛性,利用数值仿真测试检验了本文所提方法的控制性能.通过与已有方法进行仿真对比可知,本文方法在镇定控制与鲁棒性方面均表现出良好的控制性能.     

平面二级倒立摆的圆周行走与镇定控制

采用拉格朗日方程建立了平面二级倒立摆的非线性动力学模型, 将其在平衡位置线性化, 得到系统在两个正交控制方向解耦的近似模型. 针对每一个方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统所组成的六阶欠驱动系统, 设计了自适应滑模模糊控制器, 实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的镇定控制, 验证了该控制算法对欠驱动、不稳定、多变量耦合系统的有效性.     

不对称欠驱动水面机器人事件触发全局渐近镇定控制

本文研究了不对称欠驱动水面机器人事件触发全局渐近镇定控制问题.首先,引入坐标变换将系统全局渐近镇定控制问题转化为变换后模型欠驱动子系统的全局渐近镇定控制问题,利用周期时间函数构造时变辅助变量提出了一种时变连续的镇定控制律,并结合切换门限事件触发机制设计实际的事件触发推力与力矩控制输入使闭环系统全局渐近稳定.所提出的方法仅在系统满足触发条件时对控制器进行更新,能够节约系统资源以及减少执行器操纵次数,同时不会降低原有的控制品质.最后,通过仿真验证了所提出方法的有效性.     

一类非线性不确定系统的自适应积分滑模控制

针对一类具有不确定参数的复杂非线性系统,提出了一种自适应积分滑模控制方法。控制器的设计分两步进行：首先,基于被控对象模型构造一个简化子系统,设计出该子系统的一个全局渐近稳定控制律;然后构造一个积分滑模面,设计自适应积分滑模补偿器以处理系统中含有不确定参数的部分,保证了滑模面的可达性和原系统的闭环稳定性。补偿后,系统的完整自适应控制律由简化子系统的控制律加补偿控制器两部分组成。所提设计方法简单,便于工程实现。最后,通过仿真结果验证了设计方案的有效性。     

欠驱动惯性轮摆系统全局滑模控制

针对欠驱动惯性轮摆的镇定控制问题,本文提出了一种新型的滑模鲁棒控制策略,可在系统受到不确定性与外界干扰影响的情况下,实现全局渐近镇定控制.区别于现有方法,本文方法无需切换,且能将无驱动的摆杆摇起至竖直向上位置的同时,确保惯性轮回到初始位置.具体而言,首先对惯性轮摆系统的非线性模型进行非奇异坐标变换,将其变为类积分器形式.随后,根据转换后系统的形式,构造了一种新型的滑模面;经严格分析知,当系统状态处于该滑模面上时,它们将渐近收敛于平衡点.在此基础之上,设计了滑模控制律以确保系统状态始终处于该滑模面上,以实现镇定控制.最后,通过仿真验证了所提控制方法的有效性与鲁棒性,并与现有方法进行了对比.     

四旋翼无人飞行器的轨迹跟踪与滑模事件驱动控制

四旋翼飞行器作为一个典型的欠驱动的系统,具有强耦合、非线性等特性.针对飞行器外部干扰、和通信资源受限条件下的轨迹跟踪控制问题,进行滑模事件驱动控制方法的研究.首先,分析动力学特性,通过时间尺度分解方法将系统解耦成位置子系统和姿态子系统.其次,将位置子系统转化为严格反馈形式,设计反步滑模控制器,实现位置轨迹稳定跟踪;针对姿态子系统存在时变有界扰动及通信受限,设计滑模事件驱动控制律,在抑制干扰的同时实现对虚拟姿态跟踪指令的跟踪.根据Lyapunov分析方法证明了所设计控制器的稳定性,并通过理论分析证明闭环控制系统不会出现Zeno现象.最后,仿真结果验证了滑模事件驱动控制律在存在外部扰动和通信受限时四旋翼无人飞行器轨迹跟踪的鲁棒性.     

Adaptive sliding mode trajectory tracking control for wheeled mobile robots

This paper discusses the problem of adaptive sliding mode trajectory tracking control for wheeled mobile robots in the presence of external disturbances and inertia uncertainties. A new fast nonsingular terminal sliding mode surface without any constraint is proposed, which not only avoids singularity, but also retains the advantages of sliding mode control. In order to implement the trajectory tracking mission, the error dynamic system is divided into a second-order subsystem and a third-order one. First, an adaptive fast nonsingular terminal sliding mode control law of the angular velocity is constructed for stabilising the second-order subsystem in finite time. Then, another adaptive fast nonsingular terminal sliding mode control law of the linear velocity is designed to guarantee the stability of the third-order subsystem. Finally, a simulation example is provided to demonstrate the validity of the proposed control scheme.     

Fuzzy sliding mode control for an under-actuated system with mismatched uncertainties

This article presents a robust fuzzy sliding mode controller. The methodology of sliding mode control provides an easy way to control under-actuated nonlinear systems with uncertainties. The structure of the sliding surface is designed as follows. First, decouple the entire system into second-order systems so that each subsystem has a separate control target expressed in terms of a sliding surface. Second, from the sliding surface of subsystems, organize the main sliding surface system. Third, generate a control input for the main sliding surface to make whole subsystems move toward their sliding surface. A fuzzy controller is used to obtain a smooth boundary layer to the sliding surface. Finally, the fuzzy sliding mode controller presented is used to control an under-actuated nonlinear system, and confirms the validity of the proposed approach and its robustness to uncertainties.     

带有执行器故障的多水面船固定时间分布式滑模协同控制

针对未知环境干扰、未知执行器故障等多水面船协同控制问题,提出一种带有执行器故障的多水面船固定时间分布式滑模协同控制方法,可保证协同控制系统的全局固定时间的稳定性.首先,设计一种固定时间干扰观测器,用于估计集总扰动(包括未知环境扰动和未知执行器故障);其次,引入固定时间非奇异快速终端滑模面,可有效地消除系统的奇异性,改善系统的抖振;然后,提出一种基于固定时间非奇异快速终端滑模面和固定时间干扰观测器的分布式容错控制器,使得收敛时间上界与系统初始状态无关;最后,通过仿真实验验证所提出控制律的有效性.     

Decoupling control based on terminal sliding mode and wavelet network for the speed and tension system of reversible cold strip rolling mill

To weaken the nonlinear coupling influences among the variables in the speed and tension system of reversible cold strip rolling mill, a novel dynamic decoupling control strategy is proposed based on nonsingular fast terminal sliding mode (NFTSM) and wavelet neural network (WNN). First, nonlinear disturbance observers are developed to counteract the mismatched uncertainties, and then input/output dynamic decoupling and linearisation for the speed and tension nonlinear coupling system are realised by utilising the inverse system theory. Second, nonsingular fast terminal sliding mode controller (NFTSMC) for each pseudo linear subsystem is presented based on backstepping and two-power reaching law, so as to improve the global convergence speed and robust stability of the system. Third, adaptive WNNs are used to approximate the uncertain items of the system, so as to improve the control precision of the speed and tension of reversible cold strip rolling mill. Theoretical analyses show that the NFTSMs satisfy reachability condition, the system error variables can converge to equilibrium point in finite time, and the resulting closed-loop system is globally asymptotically stable. Finally, simulation research is carried out on the speed and tension system of a 1422 mm reversible cold strip rolling mill by using the actual data, and results show the superiority of the proposed control strategy in comparison with the strategies of cascade PI, linear sliding mode control and internal model control.     

不确定MIMO线性系统的全局快速终端滑模控制

针对一类不确定多输入多输出(MIMO)线性系统,提出一种全局快速终端滑模变结构控制方案.通过对系统进行特殊的非奇异状态变换,设计了相应的非线性终端滑模超曲面及变结构控制律,使得系统状态在有限时间内收敛到终端滑模面上,随后保持在滑模面上并按全局快速终端滑模规律运动,以较普通终端滑模更快的收敛速度在有限时间内到达平衡点.仿真结果证明了该方法的有效性.     

对数型终端滑模在高阶SISO非线性系统的应用

以起重机升降系统位置控制为目标,针对起重机负载位置在有干扰条件下控制不精确的问题,采用对数型快速终端滑模来设计控制律.基于对数型快速终端滑模方法的良好特性,同时采用一种新的滑模面设计方法,将此对数型快速终端滑模方法引入到高阶单输入单输出非线性系统,并设计了一种新的滑模变结构控制律,使系统状态变量能以较快的速度在有限时间...     

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。     

自适应模糊全局快速Terminal滑模控制方法

提出了一种自适应模糊全局快速Terminal滑模控制方法,在参数不确定性和外干扰情况下,为解决系统的非线性不确定性提供了一种新途径。与传统模糊Terminal滑模控制相比,通过采用模糊逻辑系统来逼近未知系统函数和开关项;鲁棒自适应律用来减小逼近误差,从而有效降低抖振;证明了该控制方案的稳定性,并将该方案应用在倒立摆系统中。仿真结果验证了该方案的有效性。     

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.