无抖振离散滑模趋近律

针对离散滑模趋近律形式多样且容易产生高频抖振的问题,提出了离散滑模趋近律的一般形式,并给出了无抖振的到达条件及其理论证明,从一般意义上为离散滑模趋近律的设计提供了理论依据。针对满足匹配条件的不确定系统,给出了切换函数收敛域的推导方法,推导了无抖振的最小收敛域。以典型的高氏指数趋近律为例,利用无抖振的到达条件,对其一般形式进行了无抖振改进,验证了所提出方法的有效性。     

机械臂轨迹跟踪滑模控制中的抖振抑制法研究

研究机械臂轨迹跟踪优化控制问题,针对机械臂轨迹跟踪滑模控制中存在的抖振问题,采用趋近律的方法来进行有效改善。用传统滑模控制趋近律的基础上,将饱和函数引入到了趋近律的设计中,提出一种改进的趋近律,并根据改进的趋近律设计了相应的滑模控制策略。将新的滑模控制策略应用到机械臂的轨迹跟踪控制中,对系统控制效果进行了验证。仿真结果表明,控制策略不仅有效地抑制了机械臂滑模控制中的抖振问题,而且保证了机械臂系统对期望轨迹的快速跟踪性,具有更好的趋近特性和收敛特性。     

无抖振离散准滑模控制

基于对常规离散准滑动模态及其抖振的分析,提出将离散趋近等效控制相结合的控制策略,既保证了趋近模态具有良好品质,又降低了准滑动模态带。该控制策略可避免系统状态步步反向穿越滑动面的抖振运动,从面消除了控制的抖振,并以较少的控制能量获得较好的系统性能。     

分数阶微积分在滑模控制中的应用研究

针对滑模控制所存在的抖振问题以及趋近问题,将分数阶微积分理论与滑模控制策略的优点相互结合,提出一种有效的分数阶趋近律.在控制器的设计过程中,将分数阶微积分引入到滑模控制中提出分数阶趋近律,并运用Lyapunov理论进行证明,从而确保系统的稳定性.将提出的控制方法应用于二关节机械臂上,进行仿真验证.结果表明:所提出的分数...     

滑模控制方法在硬盘磁头定位控制中的应用

对硬盘驱动伺服系统应用了滑模控制系统,包括采用近似时间最优控制的寻道控制及基于滑模控制的跟踪控制;为了调节系统快速到达稳态的时间并削弱抖振对于硬盘磁头系统的影响,设计了一种新的随时间变化的离散趋近律的滑模控制策略,引入二次型李亚普诺夫函数证明滑模面的到达性及渐近稳定性;通过仿真验证了该改进离散趋近律在寻道跟踪控制过程中的快速性。     

快速收敛的机器人滑模变结构控制

针对滑模变结构控制的收敛速度问题,提出了一种新的非线性滑模面．系统到达该滑模面上任一位置 后,都能够以高于线性滑模和终端滑模的速度收敛到平衡点．同时,提出了一种新的双幂次趋近律,使得系统状态 在趋近滑模面的全过程中,也能够拥有较高的速度,并消除了传统滑模变结构控制所固有的抖振．最后将该方法用 于仿真机器人的路径跟踪控制,结果表明,系统具有较强的鲁棒性和较快的收敛速度,验证了该方案的有效性．     

基于滑模变结构的无线传感器网络拥塞控制

为解决无线传感器网络逐跳节点拥塞控制问题,在节点网络层与链路层之间引入水槽流入与流出的数学模型,提出一种针对逐跳节点级链路层帧缓冲区队列长度的拥塞控制模型,并采用基于趋近律的离散滑模控制结构作为该模型的控制器,控制过程简便且易于实现。仿真结果表明,与常规的PID控制、模糊PID控制相比,该模型在响应速度、延迟时间等方面性能较好。     

一种新型滑模控制双幂次趋近律

针对滑模控制中传统趋近律存在收敛速度慢、时间长和抖振严重等不足,提出一种利用双幂次趋近律提高系统状态收敛速度的设计方案.该双幂次趋近律无论在远离滑动模态还是在接近滑动模态的空间内均具有快速收敛能力.理论分析表明,该双幂次趋近律具有二阶滑模特性,当系统存在不确定性时,系统状态及其导数可以快速收敛到平衡零点的邻域内.仿真结果表明,双幂次趋近律与传统幂次趋近律、指数趋近律、快速幂次趋近律相比,具有更快的收敛速度和更好的运动品质.     

液压伺服驱动的并联机器人离散滑模变结构控制

本文针对液压伺服驱动并联机器人数学模型的特点,设计了一种具有变速趋近律的离散滑模变结构控制器。仿真研究结果表明,该控制方案可避免通常变结构控制避不可避免的颤动,且系统对参数摄动和外界干扰具有较强的鲁棒性。     

非匹配不确定离散系统的无抖振积分滑模控制

针对一类非匹配不确定离散系统, 设计一种无抖振离散积分滑模控制器. 为了抑制非匹配不确定性对系统的影响, 采用线性矩阵不等式方法设计一种新型的切换函数和对应的滑模控制律, 并证明了闭环系统的Lyapunov 稳定性. 同时, 引入饱和函数设计控制器, 使系统状态在积分滑模面的某个小邻域内做准滑模运动, 并通过合理选择饱和函数的边界层厚度, 使控制信号不含任何抖振. 理论分析和数值仿真验证了所提出方法的有效性.

     

On-line constructive fuzzy sliding-mode control for voice coil motors

In this paper, a voice coil motor (VCM) featuring fast dynamic performance and high position repeatability is developed. To achieve robust VCM control performance under different operating conditions, an on-line constructive fuzzy sliding-mode control (OCFSC) system, which comprises of a main controller and an exponential compensator, is proposed. In the main controller, a fuzzy observer is used to on-line approximate the unknown nonlinear term in the system dynamics with on-line structure learning and parameter learning using a gradient descent algorithm. According to the structure learning mechanism, the fuzzy observer can either increase or decrease the number of fuzzy rules based on tracking performance. The exponential compensator is applied to ensure the system stability with a nonlinear exponential reaching law. Thus, the chattering signal can be alleviated and the convergence of tracking error can be speed up. Finally, the experimental results show that not only the OCFSC system can achieve good position tracking accuracy but also the structure learning ability enables the fuzzy observer to evolve its structure on-line.     

全景式航空相机的离散滑模控制

为了提高全景式航空相机镜筒速度控制系统的动态特性,使其具有响应速度快且超调小的特点,本文提出一种基于降维状态观测器的离散滑模控制方法,对镜筒角速度、角加速度进行观测,并对其速度系统进行控制.针对高氏趋近律带来的控制抖振和稳态抖振问题,本文采用幂次函数趋近律的方法,并对这种方法进行了无抖振理论分析以及稳定性证明.最后以某全景式航空相机作为实验平台,将基于幂次函数趋近律的离散滑模控制应用到镜筒速度控制系统中.实验结果表明,本文提出的控制方法能够有效地减小系统的抖振,使镜筒速度控制系统表现出良好的动态品质.     

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.     

基于模糊树模型的自适应模糊滑模控制方法

本文针对单输入–单输出仿射非线性系统提出了一种基于模糊树模型的具有监督控制器的模糊滑模控制方法. 该方法用模糊树模型逼近非线性系统中的未知非线性函数, 得到初始的控制器, 然后在线调节模糊树模型中的线性参数, 改善控制器的性能, 实现对有界参考输入信号的跟踪控制. 模糊树辨识方法自适应划分输入空间, 大大减少模糊规则的数目, 在一定程度上可以缓解困扰模糊控制中的”规则爆炸”问题. 该方法通过监督控制器保证闭环系统所有信号有界. 通过理论分析, 证明了跟踪误差收敛到零. 用倒立摆进行仿真验证, 结果表明该方法用较少的模糊规则, 就能得到满意的控制效果, 有推广应用价值.     

Pendubot的一种分层滑模控制方法

针对Pendubot这类二阶欠驱动系统提出了一种分层滑模控制方法.该方法将系统状态分成两个子系统,分别构造滑动平面,采用Lyapunov方法求取总控制量,该控制量可以实现Pendubot的摆起控制,当系统接近平衡位置附近时,双层滑模控制器退化成单层控制器,这样又保证了Pendubot能够稳定在最终的平衡位置上.从理论上证明了各层滑动平面的渐近稳定性,并且通过仿真实验验证了该方法的有效性以及该控制器对各类扰动的自适应性.     

一类带有加速度约束的非线性系统最优滑模控制

针对加速度受约束的非线性时变系统,设计了一种全局最优滑模控制算法.首先引入全程滑态因子,保证滑模面一开始就在零值附近,然后选取位置跟踪误差绝对值的积分为指标函数,通过求解该指标函数的最小值来确定滑模面方程的相关参数,最后设计了基于指数趋近律的滑模控制算法.仿真结果表明了该方法的有效性和强鲁棒性.     

Adaptive uniform finite-/fixed-time convergent second-order sliding-mode control

ABSTRACT

This paper presents an adaptive gain algorithm for second-order sliding-mode control (2-SMC), specifically a super-twisting (STW)-like controller, with uniform finite/fixed convergence time, that is robust to perturbations with unknown bounds. It is shown that a second-order sliding mode is established as exact finite-time convergence to the origin if the adaptive gain does not have the ability to get reduced and converge to a small vicinity of the origin if the adaptation algorithm does not overestimate the control gain. The estimate of fixed convergence time of the studied adaptive STW-like controller is derived based on the Lyapunov analysis. The efficacy of the proposed adaptive algorithm is illustrated in a tutorial example, where the adaptive STW-like controller with uniform finite/fixed convergence time is compared to the adaptive STW controller with non-uniform finite convergence time.     

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.     

Chattering free full-order sliding-mode control

In conventional sliding-mode control systems, the sliding-mode motion is of reduced order. Two main problems hindering the application of the sliding-mode control are the singularity in terminal sliding-mode control systems and the chattering in both the conventional linear sliding-mode and the terminal sliding-mode control systems. This paper proposes a chattering-free full-order terminal-sliding-mode control scheme. Since the derivatives of terms with fractional powers do not appear in the control law, the control singularities are avoided. A continuous control strategy is developed to achieve the chattering free sliding-mode control. During the ideal sliding-mode motion, the systems behave as a desirable full-order dynamics rather than a desirable reduced-order dynamics. A systematic design method of full-order sliding-mode control for nonlinear systems is presented, which allows both the chattering and singularity problems to be resolved. Simulations validate the proposed chattering free full-order sliding-mode control.