一类非线性离散系统自适应准滑模控制

针对一般非线性离散时间系统的不确定性和扰动抑制问题, 提出一种新的自适应准滑模控制算法. 算法包括两部分, 其一是基于紧格式动态线性化模型的自适应准滑模控制器设计, 其中动态线性化方法中“伪偏导数”的估计算法仅依赖于系统I/O 实时量测值. 其二是采用径向基神经网络估计器来估计系统的综合不确定性. 理论分析证明了系统的BIBO稳定性. 仿真结果验证了所提算法的有效性.     

一种改进的紧格式无模型自适应控制方法

针对一类由一般非线性函数描述的离散时间非线性系统,采用等价动态线性化技术,提出一种改进的紧格式无模型自适应控制(iCF-MFAC)方法.iCF-MFAC方法的自适应控制律包含两项:时变比例控制项和时变积分控制项,与只有一项时变积分项的原CF-MFAC方法相比,iCF-MFAC方法具有更好的通用性和灵活性,并能够提供更好...     

一种固定时间收敛模型参考终端滑模控制方法

针对一类具有模型不确定性和外部扰动的时变非线性系统, 基于模型参考控制方法, 设计了具有固定时间收敛特性的终端滑模控制器. 首先, 提出一种带有输入饱和限幅和补偿信号滤波的模型参考控制结构; 然后针对广义误差信号, 采用新型终端滑模面设计了补偿控制器, 较好地平衡靠近和远离平衡点的收敛速度. 基于李雅普诺夫方法证明了闭环系统的稳定性和固定时间收敛特性, 并给出了收敛时间上界. 最后将该方法应用到含有极限环的非线性系统跟踪控制中, 仿真结果验证了该方法的有效性.     

一类非线性大滞后系统自适应积分滑模控制

针对一类非线性大滞后系统, 基于伪偏导数概念的动态线性化非线性系统模型, 利用离散时间预测器技术, 实现了系统原始表达式中滞后环节的隐性表达, 并结合离散积分滑模控制(discrete integral sliding mode control, DISMC)方法, 提出了一种新的无模型自适应离散积分滑模控制(model-free adaptive discrete integral sliding mode control, MFA-DISMC)方案. 该方法的主要特点是控制器设计仅取决于被控对象的输入和输出测量数据. 通过理论分析证明了算法的稳定性, 仿真研究表明, 相比于无模型自适应控制(model-free adaptive control, MFAC)、Smith预估控制、改进的MFAC控制以及比例–积分–微分(proportional-integral-derivative, PID) 控制方法, 本文方法具有更快的响应速度和更强的鲁棒性. 最后, 通过双容水箱液位控制系统的实验研究, 验证了所提出方法的有效性.     

时变终端滑模自适应有限时间控制算法

为实现非线性系统输出对期望轨迹的有限时间内精确跟踪,提出一种有限时间鲁棒控制算法。通过设计一种无到达过程的时变终端滑模面,在保证有限时间收敛的基础上,消除了传统滑模控制中固有的稳态误差,实现系统输出对期望轨迹的精确跟踪。设计了自适应更新律补偿由参数摄动导致的系统扰动,增强系统对内部未知参数摄动的鲁棒性。对比仿真结果表明:时变终端滑模控制比线性滑模控制的轨迹跟踪时间快41. 5%;线性滑模控制器下的轨迹跟踪稳态误差为0. 005,时变滑模控制器使轨迹跟踪的稳态误差降为0,实现精确跟踪。     

带终端滑模约束的非线性模型预测控制方法

将预测控制和滑模控制结合起来,提出一种非线性性模型预测控制方法。给出一种可行的双模控制方案,系统状态位于终端区外时采用提出的预测控制,在终端区内部采用高线设计的滑模控制。对系统终端滑模附加不等式约束,使得系统状态在预测时域的末端位于高线设计的滑动模态区内,从而使预测时域减小。仿真结果表明了算法的有效性。     

离散直接自适应模糊滑模控制一步设计

滑模控制设计方法一般需要分两步进行,即设计稳定的滑模面和能使滑模到达的滑模控制器。对于离散非线性系统的模糊滑模控制,两步设计变得较为复杂。针对离散非线性系统轨迹跟踪控制问题,提出了一种采取一步直接进行自适应模糊滑模控制的方法。首先给出问题描述及动态模糊逻辑系统(Dynamic Fuzzy Logical System,DFLS);然后针对线性滑模面,基于在线参数自调整的DFLS逼近控制器中的非线性动态函数,一步构造设计了滑模控制律。通过Lyapunov分析方法,证明了所采取的自适应律能够保证滑模可达的同时,也能保证闭环系统误差也是渐近稳定的,并具有一定的鲁棒稳定性、抖振削弱和自适应性等优点。最后,在一阶倒立摆系统中应用所提出的控制设计方法,进行了仿真研究。仿真结果验证了该方法的正确性和优越性能。     

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.     

一种基于自适应2阶终端滑模控制算法的理论和实验研究

针对一类非线性多变量被控对象的控制问题,设计了一种基于自适应2阶终端滑模的自主控制方法．与传统滑模控制方法相比,该控制方案保留了其结构简单、鲁棒性强的优点,并有效削弱了传统滑模控制引发的抖振问题．利用基于李亚普诺夫的分析方法进行闭环系统的稳定性分析,确保了闭环系统的稳定性以及控制误差有限时间收敛．通过在3自由度控制实验平台上进行姿态镇定和跟踪实验,表明本文所提出的控制方法具有良好的姿态控制效果.     

轮式移动机器人瞬态模型鲁棒自适应同步终端滑模编队控制

在轮式移动机器人协同编队问题中,如何保证移动机器人在追踪自身期望轨迹的同时,又能实现与其他机器人运动同步的问题对控制算法的设计提出了更高的要求.本文提出一种基于图论的鲁棒自适应同步终端滑模控制算法来解决这一问题.首先介绍了轮式移动机器人非线性运动学瞬态模型,该模型避免了一般运动学模型多输入耦合互相干扰的问题.然后根据交叉耦合误差设计同步控制算法实现运动同步,通过鲁棒控制对系统外部干扰进行抑制,自适应律保证切换增益实时调节.运用Lyapunov方法进行了稳定性分析,证明了系统追踪误差的收敛性.最后通过MATLAB仿真验证了所设计算法的有效性.     

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。     

A novel adaptive high-order sliding mode control based on integral sliding mode

This paper presents an adaptive high-order sliding mode control scheme targeting for uncertain minimum phase nonlinear single-input-single-output (SISO) systems, which can be equivalently formulated as the finite-time stabilization of high-order input-output dynamics subject to the uncertainties of parameters such as a chain of integrators. The proposed controller is derived from the concept of integral sliding mode and consists of two parts, one part of which achieves the finite-time stabilization of the high-order input-output dynamics without uncertainties by solving a finite-horizon optimal control problem with a free-final-state. The other part adopts the adaptive sliding mode control technique considering the practical bounded uncertainties, by which a modified switching gain adaptation algorithm is developed so that the on-line switching gain selection can be executed and the upper bounds of the uncertainties are not requisite in advance. As a result, a high-order sliding mode is established, ensuring the sliding variables and its high-order derivatives converge to an arbitrarily small vicinity of the origin in finite time. Therefore, the proposed controller achieves fixed convergence time and further improves strong robustness against bounded uncertainties with lower chattering and the easy implementation. Simulation results are presented in detail to verify the effectiveness and feasibility of the proposed algorithm.     

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。     

自适应时变Terminal滑模控制研究

针对Terminal滑模控制到达阶段鲁棒性不强的问题,提出了时变Terminal滑模控制方法。分析Terminal滑模面的设计参数对系统性能的影响,提出一种非线性时变Terminal滑模面的设计方法。为了消除多输入多输出(MIMO)非线性系统的不确定,构建动态干扰观测器系统,根据干扰观测误差在线调节参数,从而在线逼近外部干扰,证明了逼近误差一致最终有界。采用倒立摆系统进行仿真验证,提出的自适应时变Terminal滑模控制方法比传统的PID控制镇定时间缩短80%,且无超调。仿真结果表明,所提方法可以用于MIMO非线性系统的控制。     

一种连续非奇异快速终端滑模控制方法

为解决现有终端滑模控制算法在收敛速度和抖振方面的问题, 提出一种连续非奇异快速终端滑模控制方法. 采用变系数双幂次趋近率和非奇异快速终端滑模面相结合的设计方式, 提高系统状态在趋近和滑动阶段的收敛速度. 通过Lyapunov 稳定性方法证明所提出的控制率可使得状态轨迹在扰动存在的情况下, 在有限时间内快速收敛到一个区域. 与传统方法相比, 所提出的控制率是连续的, 因此抑制了抖振, 拥有更高的控制精度. 将所提出的方法应用于光电稳定平台, 仿真结果验证了算法的有效性.

     

一种基于反步法的鲁棒自适应终端滑模控制

针对不确定严格反馈块控非线性系统, 提出了一种基于反步法的鲁棒自适应终端滑模变结构控制方法. 系统的未知不确定及外界干扰由模糊系统在线逼近, 利用反步法设计了变结构控制的终端滑模面, 并由此得到了鲁棒自适应终端滑模控制器, 使系统的跟踪误差在有限时间内趋于给定轨迹的任意小的邻域内. 通过Lyapunov定理证明了闭环系统所有信号最终有界. 对某战斗机6自由度机动仿真结果表明, 该方法具有强鲁棒性.     

High‐order sliding mode control design based on adaptive terminal sliding mode

High‐order sliding mode control techniques are proposed for uncertain nonlinear SISO systems with bounded uncertainties based on two different terminal sliding mode approaches. The tracking error of the output converges to zero in finite time by designing a terminal sliding mode controller. In addition, the adaptive control method is employed to identify bounded uncertainties for eliminating the requirement of boundaries needed in the conventional design. The controllers are derived using Lyapunov theory, so the stability of the closed‐loop system is guaranteed. In the first technique, the developed procedure removes the reaching phase of sliding mode and realizes global robustness. The proposed algorithms ensure establishment of high‐order sliding mode. An illustrative example of a car control demonstrates effectiveness of the presented designs. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

动力定位的分数阶双环自适应终端滑模控制

为了解决具有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统的控制问题,本文提出了一种基于分数阶双环自适应快速终端滑模控制算法,证明了闭环系统的稳定性,设计了自适应控制律,计算了滑模的收敛时间。控制系统由外环位置姿态环和内环速度环构成,外环滑模控制实现自动定位于期望位置和姿态,内环滑模控制实现对速度和角速度的定位。通过切换函数的设计,对不确定性和外加干扰具有较强的鲁棒性,避免系统出现抖振现象。对双环滑模控制器进行仿真,计算出动力定位外界环境扰动的变速运动情况下的前进位置、横荡位置、艏向角度、前进速度、横荡速度、艏向角速度、前进控制力、横荡控制力和艏向控制力矩等。对外环控制率增益λ2等参数对控制性能的影响进行了比较分析。结果表明,分数阶双环自适应终端滑模控制动态响应要稍快于传统双环控制,且超调量小,调整时间更短,所设计的控制器对有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统都具有较强的鲁棒性。本算法为不确定性系统的变结构控制提供了新的解决方案,扩展了滑模控制算法的应用领域。     

基于自组织小波小脑模型关节控制器的不确定非线性系统鲁棒自适应终端滑模控制

针对一类不确定非线性系统的跟踪控制问题,在考虑建模误差、参数不确定和外部干扰情况下,以良好的跟踪性能及强鲁棒性为目标,提出基于自组织小脑模型(self-organizing wavelet cerebellar model articulation controller,SOWCMAC)的鲁棒自适应积分末端(terminal)滑模控制策略.首先,将小脑模型、自组织神经网络和小波函数各自优势相结合,给出一种SOWCMAC,以保证干扰估计方法具有快速学习能力和更好的泛化能力.其次,设计两种改进的terminal滑模面构造方法,并分别给出各自的收敛时间.然后,基于SOWCMAC和改进的积分terminal滑模面,给出不确定非线性系统鲁棒自适应非奇异terminal控制器的设计过程,其中通过构造自适应鲁棒项抑制干扰估计误差对系统跟踪性能的影响,并利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性.最后,将该方法应用于近空间飞行器姿态的控制仿真实验,结果表明所提出方法有效性.     

基于终端滑模的机械手鲁棒自适应控制

对于不确定的机械手系统,提出一种鲁棒自适应控制方法,用自适应控制来估计系统的未知参数,用终端滑模控制来减少不确定因素的影响,为了避免因干扰的存在使自适应的估计参数发生漂移,引入死区自适应控制．仿真表明,滑模控制不仅抑制了误差,而且消除了死区自适应算法的局限性,该算法在取得较好控制效果的同时,具有很强的鲁棒性．