基于干扰观测器的一类不确定非线性系统自适应二阶动态terminal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,以其拥有良好的跟踪性能以及强鲁棒性为目标,提出基于回归扰动模糊神经网络干扰观测器(recurrent perturbation fuzzy neural networks disturbance observer,RPFNNDO)的鲁棒自适应二阶动态terminal滑模控制策略.将回归网络、模糊神经网络和sine-cosine扰动函数各自优势相结合,给出一种回归扰动模糊神经网络结构,提出RPFNNDO设计方法,保证干扰估计准确性;构造基于带有指数函数滑模面的二阶快速terminal滑模面,给出其控制器设计过程,避免了滑模到达阶段、传统滑模的抖振问题,采用具有指数收敛的鲁棒项抑制干扰估计误差对系统跟踪性能的影响,利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性;将该方法应用于混沌陀螺系统同步控制仿真实验,结果表明所提方法的有效性.     

一类状态/输入受限的不确定非仿射非线性系统鲁棒自适应backstepping控制

针对一类状态/输入受限的不确定严格反馈非仿射非线性系统跟踪控制问题,提出一种鲁棒自适应backstepping控制策略.在保证系统精度的前提下,对状态/输入受限的非仿射系统进行Taylor级数在线展开,得到其仿射形式;为保证系统复合扰动在线准确逼近,提出基于投影算子的递归扰动模糊神经网络干扰观测器(RPFNNDO);在考虑不确定系统存在状态受限和输入饱和等因素下,结合障碍Lyapunov函数、 tanh函数及Nussbaum函数,利用backstepping方法设计控制器,并采用Lyapunov稳定理论分析闭环系统稳定性.应用于无人机航迹控制的仿真结果验证了所提方法的有效性.     

一类输入饱和非仿射非线性系统的非线性动态逆控制

输入饱和是实际系统中经常遇到的问题,很多已有的控制方法要求被控系统具有仿射结构.本文针对一类具有输入饱和的非仿射纯反馈非线性系统提出了一种基于奇异值摄动理论的非线性动态逆控制方法.首先构建一个快变子系统,在慢时间尺度下将非仿射非线性系统转换为具有仿射结构的线性系统,从而应用已有的控制算法实现控制目的.为了消除输入饱和带...     

一类非线性不确定系统的非奇异Terminal滑模控制

针对一类二阶非线性系统提出新的Terminal滑模控制面以克服传统的Terminal滑模控制的奇异问题，同时确保系统从任何初始状态能在有限时间内收敛至平衡点．进一步考虑系统参数摄动和外界扰动等不确定性因素上界的未知性，用Lyapunov稳定性方法给出了一个带有未知性上界参数估计的自适应非奇异Terminal滑模控制（NTSM）控制．最后通过实例比较三种滑模控制方法，仿真结果验证了非奇异Terminal滑模控制能克服传统的Terminal滑模控制的奇异问题，并说明了自适应非奇异Terminal滑模控制的有效性和可行性．     

一类控制输入饱和受限的不确定系统滑模控制

本文研究控制输入饱和受限情况下不确定系统的滑模控制问题,其中,被控对象同时存在状态矩阵不确定性和控制增益矩阵不确定性.设计了一种积分型切换面和一个具有特殊结构的滑模控制律,可以在参数不确定和控制受限影响下保证系统状态轨迹有限时间内到达指定的切换面,利用等价控制律方法给出了滑模动态渐近稳定的充分条件.数值仿真例子验证了本文算法的有效性.     

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.

     

输入受限的非仿射纯反馈不确定系统自适应动态面容错控制

针对存在执行器故障和输入饱和受限的非仿射纯反馈不确定动态系统,提出了一种自适应动态面容错控制策略.在不损失模型精度和考虑系统输入饱和受限的前提下,基于中值定理将非仿射系统转化为具有线性结构的时变不确定系统,在此基础上,再利用参数自适应投影技术对有界不确定时变参数进行在线估计,参数估计误差和外界扰动采用非线性动态阻尼技术进行补偿,并利用双曲正切函数和Nussbaum函数处理系统输入饱和受限和控制增益函数方向未知的问题,同时将反演法和动态面法相结合设计鲁棒自适应控制器,消除了反演法的计算膨胀问题,并且在系统出现执行器失效故障的情况下可确保稳定跟踪.最后,根据解耦反推法,基于Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的半全局一致最终有界.仿真结果验证了所设计控制方案的可行性与有效性.     

基于ELM的一类MIMO仿射非线性系统的鲁棒自适应控制

针对一类多输入多输出(MIMO) 仿射非线性动态系统, 提出一种基于极限学习机(ELM) 的鲁棒自适应神经控制方法. ELM随机确定单隐层前馈网络(SLFNs) 的隐含层参数, 仅需调整网络的输出权值, 能以极快的学习速度获得良好的推广性. 在所提出的控制方法中, 利用ELM逼近系统的未知非线性项, 针对ELM网络的权值、逼近误差及外界扰动的未知上界值分别设计参数自适应律, 通过Lyapunov 稳定性分析可以保证闭环系统所有信号半全局最终一致有界. 仿真结果表明了该控制方法的有效性.

     

MIMO非线性不确定系统二阶滑模控制

提出了一种基于有限状态机切换策略的多输入多输出二阶滑模控制算法。算法保证了传统滑模控制对参数变化和扰动不灵敏的特点,削弱了滑模控制的“抖动”现象。在上界未知的测量噪声和参数变化的情况下,算法通过滑模量及其微分的符号构成控制律,实现了系统的镇定。仿真结果表明算法在噪声环境下能保证系统的稳定性,对参数不确定具有较强的鲁棒性。算法结构简单,便于实现。     

一类非仿射非线性不确定系统自适应鲁棒控制

针对一类结构和参数均未知且控制方向未知的不确定非仿射非线性系统,提出了一种鲁棒自适应控制算法.基于中值定理将非仿射系统转化为具有线性结构的时变系统,在此基础上,利用参数投影估计算法对有界时变参数进行辨识,参数辨识误差和外界干扰采用非线性阻尼项进行补偿.同时将动态面控制(DSC)和反推法相结合,消除了反推法的计算膨胀问题,并采用Nussbaum型函数处理系统中方向未知的不确定控制增益函数,避免了可能存在的控制器奇异值问题.最后,采用解耦反推,基于李雅普诺夫稳定性定理证明了闭环系统的半全局一致最终有界.仿真结果验证了所设计控制方案的可行性与有效性.     

一类不确定切换中立型系统的鲁棒滑模控制

针对一类不确定切换中立型系统, 设计相应的积分型滑模面. 基于平均驻留时间方法和线性矩阵不等式技术, 给出滑模动力学系统鲁棒指数渐近稳定的时滞相关性判据. 通过设计滑模控制器, 使闭环系统的状态满足到达条件. 数值仿真表明, 所提出的方法是有效可行的.

     

一类非线性严格反馈系统基于干扰观测器的抗干扰控制

针对一类带有干扰的非线性严格反馈系统, 研究其抗干扰控制问题. 系统干扰满足不匹配条件, 代表一类部分信息已知的干扰. 通过设计非线性干扰观测器, 提出基于非线性干扰观测器和back-stepping 的抗干扰控制方法来补偿干扰, 该方法可以保证闭环系统所有信号是半全局最终一致有界的. 最后, 通过与现有方法的对比验证了所提出方法的正确性和有效性.

     

一类未知MIMO非线性离散系统的改进自适应准滑模解耦控制

针对一类带有外部扰动的未知MIMO非线性离散系统,提出一种新型自适应准滑模控制算法.该算法基于非参数动态线性化技术,运用高阶滑模控制的思想实现带有扰动系统的二阶准滑模控制.同时,利用扰动解耦技术,在控制器的设计中引入离散扩张状态观测器(DESO)对系统各回路间的耦合以及数据模型的未建模动态进行补偿,以进一步实现多变量系统的解耦,提升控制品质.理论分析和仿真结果说明了所提出方法的有效性和可行性.     

Composite disturbance-observer-based control and terminal sliding mode control for non-linear systems with disturbances

A novel type of control scheme combining the disturbance-observer-based control (DOBC) with terminal sliding mode (TSM) control is proposed for a class of multiple-input–multiple-output (MIMO) continuous non-linear systems subject to disturbances. The disturbances are supposed to include two parts. One in the input channel is generated by an exogenous system with uncertainty, which can represent the harmonic signals with modelling perturbations. The other is supposed to have the bounded H ₂ norm. The disturbance observers based on regional pole placement and D-stability theory are presented, which can be constructed separately from the controller design. By integrating DOBC with TSM control laws, the disturbances can be rejected and attenuated, simultaneously, and the desired dynamic performances can be guaranteed for non-linear systems in finite time with known and unknown non-linear dynamics, respectively. Two simulation examples for a flight control system and a hard disk drive actuator are given respectively to demonstrate the effectiveness of the proposed control schemes compared with the previous schemes.     

基于NDO的ROV变深自适应终端滑模控制器设计

针对ROV的深度控制问题, 提出基于非线性干扰观测器的自适应终端滑模控制方法. 详细叙述了控制器的设计过程, 并利用Lyapunov 稳定性判据, 验证了存在模型参数不确定性和外干扰时, 系统的全局渐近稳定性和跟踪误差的收敛性. 仿真实验表明, 所提出的控制器不仅能够很好地估计并克服外干扰和模型不确定性等因素, 具有很好的鲁棒性能, 而且还可以实现在任意规定时刻变深运动的快速收敛.

     

基于扰动观测器的不确定非线性系统非奇异终端滑模控制

针对一类SISO 非线性不确定系统, 提出一种基于扰动观测器的非奇异终端滑模(NTSM) 控制策略. 在保证控制器非奇异性的情况下, 设计了一种改进的NTSM函数, 理论分析证明了到达滑模面的时间小于传统NTSM控制算法的到达时间. 同时为了消除系统扰动量对控制器抖振的影响, 设计了一种线性扰动观测器以降低滑模切换项的增益, 并采用Sigmoid 函数来替代传统的符号函数. 仿真结果表明了所得结论的正确性和有效性.     

A novel fixed-time fractional order nonsingular terminal sliding mode control

In order to reduce the convergence time of permanent magnet linear synchronous motor (PMLSM) and improve the robustness of system, a fixed-time fractional order nonsingular terminal sliding mode control (FTFONTSMC) strategy is designed to realize the rapidity and accuracy of PMLSM position tracking response. Firstly, an improved fixed-time terminal sliding mode (FTTSM) reaching law is proposed to reduce the time of convergence. Secondly, due to the uncertainty of the disturbance in PMLSM system, an exponential convergent disturbance observer (DO) is designed to observe the disturbance. Further, finite time stability of the control system is proved by Lyapunov stability theory. Finally, the above control algorithm is applied to PMLSM, and the proposed control method's effectiveness and superiority are validated by comparing with existing control methods.     

On the multi‐input second‐order sliding mode control of nonlinear uncertain systems

This note addresses the multi‐input second‐order sliding mode control design for a class of nonlinear multivariable uncertain dynamics. Among the most important peculiarities of the considered control problem, the considered sliding vector variable has a uniform vector relative degree [2,2, … ,2] with respect to the vector control variable, and only the sign of the sliding vector and of its derivative are available for feedback. Additionally, the symmetric part of the state‐dependent control matrix is supposed to be positive definite. Under some further mild restrictions on the uncertain system's dynamics, a control algorithm that realizes a multi‐input version of the ‘twisting’ second‐order sliding mode control algorithm is suggested. Simple controller tuning conditions are derived by means of a constructive Lyapunov analysis, which demonstrates that the suggested control algorithm guarantees the semiglobal asymptotic convergence to the sliding manifold. Simulation results, which confirm the good performance of the proposed scheme and investigate the actual accuracy obtained under the discrete‐time implementation effects, are given. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.