基于滑模干扰观测器的直线伺服系统滑模速度控制仿真研究

为了减小永磁同步直线电机伺服系统的速度跟踪误差,提出了一种基于滑模干扰观测器的滑模控制方法。首先,建立直线电机的数学模型。其次,针对直线电机具有参数时变、内部状态耦合的非线性特性,设计了滑模控制器。然后,考虑到直线电机伺服系统存在的多种扰动,设计了滑模干扰观测器用于估计扰动,并将观测器的扰动估计值作为速度控制器的前馈补偿,以消除扰动对系统的影响。最后的仿真结果表明,所提出的控制方法能提高直线电机速度控制系统的静态性能和抗干扰性。

基于滑模干扰观测器的近空间飞行器非线性广义预测控制

近空间飞行器(NSV)的飞行包络很大,特别在高超声速飞行过程中,系统将具有强烈非线性、耦合性和快速时变性,同时将受到较大的外干扰及不确定性影响,这对控制系统提出了很大的挑战。为此,提出了基于滑模干扰观测器(SMDO)的非线性广义预测控制(NGPC)策略,将滑模控制的强鲁棒性和预测控制良好的动态性能相结合,设计了高超声速条件下NSV的姿态制导控制律,进一步仿真实验,结果表明该飞控系统具有良好的控制性能和抗干扰能力。

滑模干扰观测器在低速光电跟踪系统中的应用

针对摩擦等非线性干扰因素对光电跟踪伺服系统低速性能的影响,系统设计分为两部分完成.将各种干扰信号等效成控制输入端的等效输入干扰(EID,Equivalent In-put Disturbance),针对系统名义模型搭建滑模干扰观测器,利用系统的状态观测误差推导出系统的等效输入干扰,并采用Lyapunov函数推导出该观测器稳定收敛的条件,通过设计增益矩阵与反馈矩阵,调整观测器跟踪系统状态的收敛速度,最终实现抑制系统跟踪过程中的干扰信号;针对系统的动态部分设计了自适应加速度稳定控制器,进一步补偿了干扰估计的不足问题,保证了系统动态跟踪的精度与稳定性,增强了控制系统的鲁棒自适应能力.仿真和实验结果证明了该方法的有效性.

基于滑模干扰观测器的垂直攻击末制导律研究

针对导弹高精度、垂直打击地面目标的任务要求,将滑模干扰观测器和比例导引律相结合,提出了一种满足多约束条件的鲁棒性末制导方法。综合考虑落点、落角等约束条件,给出了纵向平面和侧向平面的比例导引系数的选取原则。为了弥补比例导引的不足,提高制导系统的鲁棒性,基于滑模干扰观测器对不确定性进行了估计,确保了系统对导引指令的精确跟踪。该制导方法不需测距信息,也无需对剩余飞行时间进行估算。仿真结果表明,本文提出的制导方法具有较高的精度和较强的鲁棒性。

基于滑模干扰观测器的高超声速飞行控制器设计

针对高超声速飞行器纵向模型存在的不确定性与外界干扰问题,基于终端滑模控制理论,设计了带有滑模干扰观测器的非线性动态逆控制器。对飞行器的纵向运动模型进行反馈线性化,实现高度与速度通道的解耦,用极点配置方法设计非线性动态逆控制器。将模型参数不确定性和外界干扰视为“等效扰动”,设计滑模干扰观测器估计系统的等效扰动,将其反馈到动态逆控制器进行补偿。仿真结果表明,该控制器能够快速稳定地跟踪指令信号,而且在干扰存在时具有较强的鲁棒性,满足高超声速飞行控制要求。

快速滑模干扰观测器在稳定平台中的应用

为了提高光电平台的稳定精度,系统设计分为两部分完成。在实际的内回路中采用干扰观测器对干扰进行估计与补偿。基于非线性控制系统有限时间稳定性理论,提出一种新型快速滑模干扰观测器（Novel Fast Sliding Mode Disturbance Observer,NFSDOB）的设计方法,并证明了其在有限时间内实现快速估计干扰的特性。针对系统的动态部分设计了滑模控制器,在保证了系统稳定精度的同时,进一步补偿了干扰估计的不足,增强了控制系统的鲁棒性。仿真结果证明了该方法的有效性。

基于滑模干扰观测器的歼击机超机动飞行控制

针对非线性系统存在建模误差和外界干扰等不确定因素问题,提出一种基于滑模干扰观测器在线补偿的非线性动态逆控制方法。通过设计滑模干扰观测器,对不确定因素进行估计,将滑模干扰观测器的输出用以设计新的补偿控制律,与动态逆方法相结合来消除不确定因素的影响。以Herbst机动过程为例进行飞行仿真,并与单纯采用非线性动态逆方法的控制性能进行对比。仿真表明,系统能较好地跟踪姿态角指令,有良好的鲁棒性。

基于滑模干扰观测器的空空导弹三维预测制导律设计

针对目标大机动情况下制导准确性较差的问题,研究了基于滑模干扰观测器的空空导弹三维预测制导律。利用连续时间非线性预测控制方法,根据导弹当前的状态,选择弹道跟踪误差作为预测性能指标,对其进行在线滚动优化,获得制导指令。同时为了进一步提高导弹制导规律的抗干扰能力,利用滑模干扰观测器对内部不确定性和外部未知干扰进行逼近,并与预测控制方法所得到的制导指令进行综合得到优化制导指令。最后仿真结果表明,所设计的PCG相比于传统的PN,性能有较大的改善,能够实现目标大机动情况下的精确制导,并且所需导弹机动过载小、脱靶量小,具有一定的鲁棒性。

基于滑模干扰观测器的机械臂终端滑模控制

针对多自由度机械臂在实现轨迹跟踪控制时过于依赖动力学模型和跟踪精度低等问题,提出一种将时延估计、终端滑模控制和滑模干扰观测器相结合的控制方法。首先,使用时延估计方法对机械臂系统的模型信息和外部干扰等进行估计,使机械臂的动力学模型简化成一个局部模型;然后对这个局部模型设计非奇异准终端滑模控制器,以解决传统终端滑模中的奇异问题,提高控制精度;针对时延估计的误差,设计一种有限时间滑模干扰观测器,将时延误差看作外部干扰进行补偿,实现不依赖模型的高精度控制。利用Lyapunov理论证明系统的滑模变量和估计误差能在有限时间内收敛至0。最后,以2-DOF机械臂仿真模型和Denso VP6242串联机械臂为对象进行验证。研究结果表明:该控制方法能够有效地提高控制精度,增强对干扰的鲁棒性。

基于滑模干扰观测器的反演终端滑模飞行控制

针对某战斗机机动飞行时强耦合、气动参数和力矩干扰不确定非线性模型,提出了一种基于滑模干扰观测器的滑模反演控制方法。将飞机非线性动力学模型分解为角度回路和角速度回路并表示为严格反馈形式,分别采用反演和快速终端滑模方法设计虚拟控制律与实际控制律。结合滑模微分器获取虚拟控制律的导数,避免计算复杂性问题,并基于滑模微分器设计干扰观测器,实现对模型不确定性的有效估计和补偿。仿真结果表明,该控制方法对气动参数摄动和力矩干扰不确定性具有鲁棒性,能够实现对参考轨迹的稳定跟踪。

基于固定时间滑模干扰观测器的AUVs事件触发编队控制

研究多自主水下机器人(AUVs)编队控制过程中存在外部未知扰动、模型参数摄动和节约控制器传输网络能耗的问题,提出一种抗扰动的固定时间相对阈值事件触发编队控制方法.首先,给出自适应固定时间积分滑模干扰观测器(AFISMDO),在固定时间内用来估计系统的复合扰动;其次,基于所设计的AFISMDO,将非线性滤波器引入到反步算法中,解决反步法多次微分求导造成计算量大的问题;然后,为了节约网络传输资源,降低控制器能耗,将相对阈值事件触发机制引入到多AUVs编队控制中,结合虚拟轨迹概念,设计固定时间分布式编队控制器,使得闭环系统是固定时间收敛的,且系统收敛时间仅取决于控制器设计参数,并通过理论推导排除Zeno现象.仿真实验结果表明,所设计的控制器是合理有效的.

基于滑模干扰观测器的无人机编队动态面控制

针对采用虚拟结构法无人机编队中的不确定性问题,提出了一种基于滑模干扰观测器的编队控制器设计方案。采用滑模干扰观测器对汇总不确定项进行估计和补偿。在此基础上,采用动态面控制(DSC)算法设计了每架无人机的三个通道的编队控制器,克服了反演控制算法的"微分膨胀"影响。利用Lyapunov稳定性理论分析了控制参数的选取条件,保证了闭环系统是半全局一致最终有界的,且编队跟踪误差最终足够小。以5架小型无人机构成编队为例开展了编队飞行仿真分析。仿真结果表明,基于滑模干扰观测器的动态面控制算法保证了编队控制系统的控制精度和鲁棒性,有效地克服了不确定项的影响。

气动加载系统的粒子群-滑模观测器控制

针对气动加载伺服控制系统的时滞、强非线性,提出一种基于混沌粒子群(CPSO)的改进滑模干扰观测器(ISMDO)的控制方案。利用观测器预估理论对实际输出进行估计,计算出无延时的预估输出,并将此输出值与设定值的误差作为滑模控制器的输入计算控制量。同时采用粒子群算法进行控制器的参数寻优,为使寻优效果更好,首先采用混沌反学习法"初选"粒子,再利用"淘汰"条件对粒子群算法进行筛选,并基于混沌系统替换粒子策略对群体进行补充。通过与PID控制算法,滑模干扰观测器(SMDO)等不同控制策略对阶跃、正弦信号的系统仿真进行比较,证明算法能较好的解决系统的延迟和非线性。并通过试验验证对于气动加载系统来说,该算法具有较好的控制性能。

基于干扰观测器的电子节气门连续滑模控制

电子节气门是一种典型的非线性系统,采用一般的滑模控制会产生不可消除的抖振,影响控制效果。为解决这一问题,提出基于干扰观测器的滑模控制,其中干扰观测器前馈补偿观测到的干扰,滑模控制器消除其他干扰,因此很大程度上降低了滑模控制器的切换增益值,达到削弱抖振的目的。通过MATLAB/Simulink平台的仿真试验,证明这种控制方法对消除抖振的可行性和有效性。

基于扰动观测器的船舶动力定位反步控制

针对船舶动力定位系统模型受到风浪流等环境未知有界扰动的问题,提出一种基于干扰估计补偿的反步控制算法。首先基于滑模面有限时间收敛特点设计干扰观测器,在有限时间内实现对未知有界干扰的估计,并采用一阶低通滤波器连续化干扰观测器估计值,减少抖振。然后基于干扰观测器设计船舶动力定位反步控制器,并应用Lyapunov函数证明所设计的控制器可以使船舶的位置和航向收敛于期望值。最后铺缆船仿真结果表明,所设计控制器具有较好的控制性能,对系统的有界干扰具有良好的鲁棒性。

基于滑模观测补偿的四旋翼飞行器鲁棒动态逆控制

四旋翼飞行器为欠驱动形式,其模型存在强耦合、大不确定性的特征,需设计具有强抗扰和强鲁棒能力的控制器以提升四旋翼飞行性能。首先建立包含结构参数不确定性的四旋翼飞行器动力学模型,分析其特性并基于时标分离原则进行模型的双回路划分。利用小角度假设对模型进行线性化处理并求取模型的状态空间表达形式,给出满足不确定性区间内稳定控制要求的鲁棒控制律,并采用Lyapunov理论进行控制律的全局收敛性证明。为增强控制器的抗扰性,利用Super-twisting算法设计了滑模干扰观测器对外部扰动进行观测并予以补偿。仿真结果表明,所设计的基于滑模观测补偿的鲁棒动态逆控制器在应对较大结构不确定性和外部扰动情况具有良好的控制品质。

高速飞行器新型自适应干扰估计姿态控制律

考虑受到非匹配不确定性影响的高超声速飞行器控制问题,提出一种基于自适应滑模干扰观测器的反步法姿态控制律。利用自适应滑模理论设计新型干扰观测器,并采用Lyapunov理论证明其能够对外界扰动进行精确估计,其优点在于其不需要知道不确定项的上界,减少了对不确定项的信息要求;然后给出干扰观测器参数的选择选取关系。最后结合反步法设计高超声速飞行器姿态控制律,不仅能够获得良好的跟踪性能,而且对于非匹配扰动具有较强的鲁棒性。数值仿真考虑气动参数拉偏以及实际的执行机构幅值和速率限制,仿真结果验证了文中控制律的有效性。

高超声速飞行器自适应光滑二阶滑模姿态控制

针对飞行中气动参数剧烈变化的高超声速飞行器(Hypersonic Vehicle, HSV)姿态控制问题,提出一种具有自适应特性的光滑二阶滑模有限时间控制策略。根据多时间尺度理论将HSV姿态控制系统分为慢回路子系统和快回路子系统;对慢回路子系统设计光滑二阶滑模控制器,对快回路子系统设计自适应光滑二阶滑模控制器;对两个子系统分别设计滑模干扰观测器,对气动参数变化引起的模型不确定性进行精确估计,以实现控制器的有效补偿。基于Lyapunov理论证明了整个系统的有限时间稳定。仿真结果验证了所提控制方法具有良好的控制性能和强鲁棒性。

基于连续2阶滑模的带碰撞角约束制导律设计

针对导弹拦截移动目标的要求,将滑模干扰观测器和一种新颖的连续2阶滑模方法相结合,设计了一种满足碰撞角约束的鲁棒性制导律。将目标加速度视为干扰项,基于超扭曲算法设计2阶滑模干扰器对其进行估计;不同于广泛使用的边界层方法,该方法可以在满足控制精度的前提下有效地避免抖振问题。通过使用Lyapunuov稳态标准,给出了该闭环制导系统有限时间内稳定的严格证明。理论分析和数值仿真结果表明,所提出的方法可以满足大范围碰撞角的约束,并能取得较高的目标拦截精度。

机载光电平台的非线性积分滑模控制器设计

为了提高机载光电稳定平台的动态性能及稳定精度,提出了一种非线性积分滑模的控制方法,该方法可以解决传统滑模具有的稳态误差及传统积分滑模超调量大、调节时间长以及暂态性能恶劣等问题;采用改进的指数趋近律,可加快响应速度并减小抖振。另外,将非线性积分滑模面引入滑模观测器,提高了系统的抗扰能力。仿真结果表明,与传统滑模、传统线性积分滑模相比,该方法可以无超调、更快、更准确地跟踪输入指令,并且瞄准线稳定精度相较于传统滑模提高28.43%。因此,所设计的控制方法既提高了系统的动态性能,也提高了平台的稳定精度。