不确定性空间机器人自适应Terminal滑模控制方法

分析了空间机器人本体质量变化和负载情况变化对系统动力学不确定性的影响,并针对空间机器人操作负载变化显著的特点,设计了一种自适应Terminal滑模控制方法。利用RBF神经网络在线学习系统的不确定性上界,系统状态始终保持在滑模面上,并能保证系统控制误差在有限时间内收敛。以两自由度空间机器人为对象,对不同负载情况的运动进行了仿真,结果表明这种滑模控制方法对系统负载变化不敏感,并能保证期望控制精度。

基于快速模糊干扰观测器的UASV再入Terminal滑模控制

针对无人空天飞行器再入大气层过程中气动参数变化剧烈、控制精度要求高的特点,设计了基于快速模糊干扰观测器的Terminal滑模控制方案。通过改进传统模糊干扰观测器的学习律,提出一种快速模糊干扰观测器,增强了其在线逼近干扰及系统不确定的能力。Terminal滑模的有限时间收敛特性提高了系统跟踪速度,同时采用快速模糊干扰观测器消除全部扰动的影响,从而保证了飞行品质。最后,仿真结果表明了快速模糊干扰观测器的优越性及闭环控制方案的有效性。

基于terminal滑模控制的小卫星机动方法

采用terminal滑模控制方法研究了以单框架控制力矩陀螺(SGCMG)为执行机构的小卫星的姿态机动控制。首先,基于修正罗德里格斯(MRP)参数建立了小卫星数学模型,以terminal滑模控制方法进行控制力矩规划。然后,采用SGCMGs作为小卫星执行机构,以非对角奇异鲁棒操纵律跟踪terminal滑模控制产生的期望力矩;通过仿真分析归纳出terminal滑模控制设计参数的变化规律和选取原则。最后,利用小卫星三轴气浮转台实验验证termianl滑模控制方法的实用性。实验显示:根据参数选取原则设定的参数进行小卫星机动稳定实验得到的姿态角和姿态角速度控制精度和稳态误差分别小于0.1°和0.01(°)/s,满足三轴气浮转台最佳控制精度。结果表明terminal滑模控制方法在小卫星机动稳定任务中具有很高的控制精度和稳定度,能够为小卫星成像任务稳定执行提供良好的基础。

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.

直接驱动XY平台全局快速Terminal滑模控制

针对永磁直线同步电机驱动XY平台系统的非线性、不确定性及轮廓误差模型复杂等问题,设计了基于等效误差法的全局快速Terminal滑模轮廓控制器.运用等效误差法建立容易计算的直接驱动XY平台非线性等效误差模型;采用全局快速Terminal滑模控制方法设计直接驱动XY平台轮廓控制器.该控制方法可以促使系统在有限时间内迅速收敛到平衡状态,同时能抑制负载扰动和参数不确定性对系统性能的影响.仿真结果表明,所设计的轮廓控制器使直接驱动XY平台具有了较高的轮廓加工精度和较强的鲁棒性.

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。

具有外部扰动的空间刚性机械臂姿态与末端爪手协调运动的Terminal滑模控制算法设计

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基空间刚性机械臂,载体姿态与末端爪手协调运动的控制算法设计问题.结合系统动量守恒关系及Lagrange方法,建立了漂浮基空间刚性机械臂完全能控形式的系统动力学方程及运动Jacobi关系,并将其转化为状态空间形式的系统控制方程.以此为基础,根据Terminal滑模控制技术,给出了系统相关Terminal滑模面的数学表达式,在此基础上提出了具有外部扰动情况下漂浮基空间刚性机械臂载体姿态与末端爪手协调运动的Terminal滑模控制方案.提出的控制方案不但确保了闭环系统滑模阶段的存在性,同时通过Terminal滑模函数的适当选取,还保证了输出误差在有限时间内的收敛性.此外,由于确保了无论何种情况下系统初始状态均在Terminal滑模面上,从而消除了其它滑模控制方法常有的到达阶段,使得闭环系统具有全局鲁棒性和稳定性.平面两杆空间刚性机械臂的系统数值仿真,证实了方法的有效性.

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。

磁悬浮飞轮转子系统的快速Terminal滑模控制

针对磁悬浮飞轮(MSFW)高精度控制的要求,提出了磁悬浮飞轮转子的快速Terminal滑模控制(FTSMC)以实现其鲁棒控制。建立了MSFW动力学方程,对MSFW受控自由度引入交叉反馈设计实现了各自由度解耦,分析并选取了三阶非线性微分跟踪器得到所需的微分信号,设计了快速Terminal滑模控制器,并利用Lyapunov函数证明了该控制系统的稳定性。仿真结果表明,与采用普通滑模控制相比,该控制系统具有状态响应快、系统状态在设定时间内迅速收敛以及抖振小等特点。

不确定奇异系统的Terminal滑模控制

针对一类不确定奇异系统,研究其Terminal滑模控制问题。通过非奇异线性变换把不确定奇异系统变换成受限等价形式,利用Lyapunov函数方法,首次提出了一种新的Terminal滑模控制策略,给出了特殊的Terminal滑模超曲面,设计了相应的滑模控制器,实现了滑模运动,保证了系统状态变量在有限时间内收敛到平衡点。给出数值算例,说明了方法的有效性。

载体位置、姿态均不受控的飘浮基柔性空间机器人的Terminal滑模控制

讨论了载体位置、姿态均不受控的飘浮基柔性空间机器人的Terminal滑模控制问题。为讨论既有柔性关节又有柔性臂的欠驱动系统,以一个具有两个柔性关节和一个柔性臂的飘浮基空间机器人为例,首先利用拉格朗日方程并结合系统总质心定义,得到了系统的动力学方程,然后利用奇异摄动法,将柔性空间机器人系统分解为一个柔性空间机械臂子系统和一个柔性关节快变子系统。以此为基础,提出了一种包含柔性空间机械臂子控制项和柔性关节快变子控制项的组合控制器。其中,柔性空间机械臂Terminal滑模子控制项实现了机械臂关节铰期望轨迹的跟踪,柔性关节快变子控制项使得快变子系统稳定在由柔性空间机械臂子控制项产生的机械臂关节轨迹上。系统的数值仿真结果表明,该方法能在抑制柔性关节的柔性振动的同时跟踪上机械臂关节期望轨迹。该控制方案的显著优点为不需要测量、反馈载体的位置、移动速度、移动加速度,同时可保证机械臂关节铰跟踪误差在任意指定有限时间内收敛到零。

非匹配时变不确定性时滞系统的Terminal滑模控制

针对具有非匹配时变不确定性和时滞的线性系统,提出了快速terminal滑模控制策略。采用非线性滑动平面的设计方法,使得系统状态可在有限时间内收敛至平衡点。滑动平面系数满足扩展匹配条件时,设计的terminal控制器确保了在滑动平面上系统对于非匹配时变不确定性和时滞具有不变性,并保证了滑动平面的到达和闭环系统的稳定。仿真结果验证了控制策略的有效性。

漂浮基柔性空间机械臂姿态与关节协调运动的Terminal滑模控制

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基柔性空间机械臂载体姿态与各关节协调运动的控制问题。基于假想模态法、系统动量守恒关系及拉格朗日方法,建立了漂浮基柔性空间机械臂系统的动力学方程,并将其转化为系统控制状态方程。以此为基础,根据Terminal滑模控制技术,给出了系统相关Terminal滑模面的数学表达式,在此基础上提出了具有外部扰动情况下漂浮基柔性空间机械臂载体姿态与各关节协调运动的Terminal滑模控制方案。提出的控制方案不但确保了闭环系统滑模阶段的存在性,同时通过Terminal滑模函数的适当选取,还保证了输出误差在有限时间内的收敛性。此外,由于确保了无论何种情况下系统初始状态均在Terminal滑模面上,从而消除了其它滑模控制方法常有的到达阶段,使得闭环系统具有全局鲁棒和稳定性。一个平面两杆漂浮基柔性空间机械臂的系统数值仿真,证实了方法的有效性。

焊接机器人非奇异Terminal滑模控制系统研究

针对焊接机器人不确定性系统的特点,进行了非奇异Terminal滑模控制系统研究。建立了焊接机器人动态模型;确定了控制系统的硬件结构,并在此基础上探讨了系统非奇异Terminal滑模控制的基本原理。最后,结合实例对焊接机器人非奇异Terminal滑模控制系统进行了数值仿真。结果表明,该控制系统的自适应性强,精度高,误差可以快速收敛到0。

Terminal滑模控制仿真实验

以倒立摆的摆角控制系统为研究对象,分别采用传统Terminal滑模控制(TSM)、非奇异Terminal滑模控制(NTSM)、快速Terminal滑模控制(FTSM)和非奇异快速Terminal滑模控制(NFTSM)进行仿真实验。采用Matlab/Simulink软件建立了系统的仿真实验系统,分析和讨论了实验结果。该仿真实验有助于对Terminal滑模控制的理解,能够培养学生的编程能力和工程意识,激发学生的学习兴趣和创新精神。

一类非线性不确定系统自适应terminal滑模控制方法

针对一类非线性不确定系统设计了自适应terminal滑模控制器,使跟踪误差在有限时间内收敛到零,消除了通常滑模变结构控制的到达过程,因而闭环系统从t=0时刻就对干扰具有鲁棒性。采用RBF神经网络逼近系统未知的非线性函数,引入滑模误差对其权值进行在线自适应调整,改善动态性能。最后给出的仿真例子证明了算法的有效性。

基于动态terminal滑模控制实现混沌系统的同步

分析一类含有外部噪声干扰的混沌系统的同步控制问题,设计了一个动态terminal滑模控制器,使同步误差系统的状态在有限时间内收敛到零,系统的初始状态始终保持在滑模面上,从而消除了普通滑模控制的到达阶段.通过对Duffing-Holmes系统的同步仿真,验证了该方法的可行性.

喷浆机器人大臂的非奇异Terminal滑模控制与数值仿真

给出RPJ-X型喷浆机器人大臂的动力学方程,在此基础上设计其非奇异Terminal滑模控制,主要包括该控制系统的状态响应、阶跃响应以及正弦位置跟踪。数值仿真表明,整个系统反应快速、灵敏,而且抗干扰能力显著提高。

UUV航迹跟踪的双闭环Terminal滑模控制

针对模型参数不确定及存在外界海流扰动情况下全驱型无人水下航行器(UUV)的航迹跟踪问题,提出了一种双闭环Terminal滑模控制方法。首先,为了防止UUV位置和姿态跟踪控制出现超调量过大的问题,在外环中引入位置和姿态负反馈,设计了UUV的参考速度作为镇定UUV位置和姿态跟踪误差的虚拟控制律。然后,在内环中将虚拟控制律作为跟踪目标。考虑到传统滑模控制会出现"抖振"现象,采用Terminal滑模控制方法,在消除"抖振"的同时,使滑模面上的速度跟踪误差在有限时间内收敛到稳态。最后,运用Lyapunov稳定性理论证明了该双闭环Terminal滑模控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制方法能够实现UUV对空间航迹的精确跟踪。

漂浮基柔性两杆空间机械臂的全局鲁棒Terminal滑模控制

讨论了载体位置、姿态均不受控并具有有界外部扰动的飘浮基柔性两杆空间机械臂振动不主动抑制的全局鲁棒Terminal滑模控制。首先选择合理的联体坐标系,利用拉格朗日方程并结合动量守恒原理得到系统的动力学方程。根据Terminal滑模控制技术,给出了系统的Terminal滑模面,进而提出了系统的Terminal滑模运动控制算法。然后分析了该Terminal滑模控制器控制下系统中的两柔性杆的振动,并对两柔性杆的振动进行了数值仿真。该Terminal滑模控制律消除了惯常滑模控制的到达阶段,从而具有全局鲁棒性与稳定性;同时还保证了输出误差在任意指定有限时间内收敛到零。系统的数值仿真表明该Terminal滑模控制器能够使机械臂关节轨迹快速而稳定地追踪上期望运动轨迹,而系统中两柔性杆件始终存在比较大的柔性振动。该控制方案的显著优点为不需要测量、反馈载体的位置、移动速度、移动加速度,减少了系统的设计、制造、发射、维护费用,提高了系统的可靠性。