基于动态执行机构的船舶循迹反步积分控制（英文）

文章针对连续曲率路径,用一种简单的几何方法生成连续曲率的路径。基于该几何方法生成的连续路径,文中利用line-of-sight(LOS)引导律解决了循迹控制中横向偏差最小的问题。为了减弱控制输出的振荡和获得平滑的控制输出,一种基于动态执行机构的改进反步积分控制器在过驱动船舶循迹控制中得到了应用。值得注意的是,文中用积分操作来抵抗风浪流环境力。数值分析结果展示了该控制器的有效性。

PMSM反步积分滑模与PCH平滑切换控制

针对采用单独的信号控制器或能量控制器已难以满足永磁同步电机(PMSM)驱动系统的高性能要求,提出了基于信号和能量控制方法的平滑切换控制方案。首先,采用反步积分滑模思想设计信号控制器,保证了系统良好的动态响应。其次,采用基于积分控制的端口受控哈密顿(PCH)方法设计能量控制器,降低了能量损耗,保证了系统的稳态性能。最后,设计一种平滑切换控制策略将信号和能量控制器协调起来,加快了转速,降低了稳态误差,改善了系统的稳态和动态性能。另外,在负载转矩未知时,引入了负载转矩观测器,提高了系统受到负载扰动时的控制精度。并利用Matlab/Simulink对所设计的平滑切换控制系统进行仿真。仿真结果表明了平滑切换控制器充分结合反步积分滑模与PCH控制器的优点,所提出的协调控制策略具有优越性,符合预期要求。

城轨列车自动驾驶积分反步线性自抗扰控制

针对列车在外部干扰和不确定动态下的速度控制问题,设计了融合积分反步法和线性自抗扰的复合控制方案.首先,考虑列车具有强耦合性,为了更加符合列车真实的纵向动力学特性和受力情况,建立了具有时变系数的多质点模型.其次,为了降低参数调节的难度,跟踪微分器和扩张状态观测器均采用线性形式.跟踪微分器用于求取微分信号,同时具有滤波作用.利用跟踪微分器对虚拟控制量进行求导,正好可解决反步法中存在的“微分爆炸”问题.扩张状态观测器用于实时估计总和扰动.此外,利用积分反步法改进了误差反馈控制律,设计了一种积分反步线性自抗扰控制(IBS-LADRC)算法.最后,证明了观测误差的收敛性及闭环系统稳定性.结合杭州地铁6号线AH型动车组参数和实际线路数据进行仿真,并将IBSLADRC与反步法、线性自抗扰算法、PID控制进行对比,结果表明:IBS-LADRC方法下各动力单元速度误差均处在±0.04 km/h以内,加速度处在±1 m/s2以内,加速度和速度误差均变化较平稳;车钩力相对其他3类方法最小,变化也最平缓,最大车钩力仅为2 320 N;本文控制策略对列车期望速度具有较高的跟踪精度,有利于保证车钩安全,防止车钩断裂,并提高列车运行的安全性、平稳性及乘客舒适度.

永磁同步电机模糊自整定自适应积分反步控制

为提高永磁同步电机伺服系统的动态响应性能,解决内部参数摄动和外部负载扰动对系统影响的问题,提出一种永磁同步电机模糊自整定自适应积分反步控制方法。将dq轴电流误差积分项引入自适应反步控制器控制律中,构成自适应电流误差积分反步控制器,实现对dq轴电流给定的精确跟踪,提高dq轴电流控制系统对内部参数摄动的鲁棒性。在此基础上,设计模糊推理模块,应用于自适应积分反步控制器,系统根据电机转速误差及其变化率自适应在线整定转速反馈增益及自适应增益,进一步提高系统的转速动态响应性能。实验结果验证了该控制方法的有效性和可行性。

永磁同步电动机无速度传感器矢量调速系统的积分反步控制

基于永磁同步电动机(PMSM)的数学模型,设计了由积分反步控制和滑模变结构模型参考自适应系统组成的无速度传感器矢量控制系统.其中带有积分作用的反步控制作为矢量系统的速度和电流控制器,实现给定速度和电流的无静差跟踪;而滑模变结构模型参考自适应方法作为速度辨识器估计电机速度,能够快速准确的跟踪实际速度.通过Lyapunov定理证明了所设计的速度控制器和辨识器的稳定性.仿真结果验证了所设计的无速度传感器矢量调速系统良好的速度跟踪性能和抗扰动性能.

基于积分反步控制的永磁直线同步电动机滑模速度控制

文章考虑一种不确定载荷的永磁式同步直线电机驱动系统提出了一种改进鲁棒非线性控制器。该控制器是基于新的积分反步法设计的,这是一种对复杂非线性系统有用的鲁棒控制方法,通过引入积分以减少稳态误差。根据Lyapunov稳定理论对所提出的反馈控制律的稳定性进行验证。与传统的基于PID控制比较并给出了Matlab仿真的滑模速度观测器比较,这证明了该PMSLM驱动系统控制方法的可行性和有效性。

导弹积分反步制导控制一体化设计

制导控制一体化设计响应快、时延小,能充分考虑制导与控制间的耦合关系,但具有对象模型阶数高、鲁棒性差等特点.借用PI控制思想,将积分控制引入反步控制,设计基于积分反步方法的制导控制一体化算法,增强系统的抗干扰能力,实现对零视线角速率指令的高精度跟踪;通过构造高阶滑模微分器,观测反步控制中所需的视线角高阶微分信息,同时保证观测值对于真值的收敛速度和精度;设计基于浸入与不变的估计器估计目标机动信息,消除目标机动在拦截目标时对脱靶量的影响.仿真结果表明所设计的制导控制一体化算法可以实现导弹对目标的碰撞拦截,抑制目标机动带来的不利干扰,提高系统的鲁棒性.

基于积分反步法的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制

四旋翼飞行器的姿态动力学模型是多输入多输出(MIMO)、强耦合和非线性的。首先,对四旋翼飞行器动力学进行了数学建模。接着,提出了一种基于积分型的反步控制方法应用于四旋翼飞行器的稳定飞行及轨迹跟踪控制。通过引入跟踪误差的积分项,从而降低飞行器进行轨迹跟踪时的稳态误差。整个控制系统采用双闭环回路结构,内回路用于稳定飞行器的姿态角,而外回路用于控制飞行器的高度和水平方向的位移。最后,通过与传统的反步(Backstepping)控制法做实验对比,结果表明,应用积分反步(Integral Backstepping,IB)控制算法的飞行器能够较为精确地完成飞行器轨迹跟踪的任务。

基于自适应积分反步的四旋翼飞行器控制

四旋翼飞行器系统是强耦合、多输入多输出(MIMO)和非线性的。首先进行动力学建模,考虑模型参数确定与阵风干扰两种情况;然后提出了一种自适应积分反步控制方法应用于飞行器跟踪期望轨迹,整个控制系统采用双闭环回路结构,内回路用于控制姿态,外回路用于稳定位置;最后在模型参数确定的情况下,与积分反步法(integral backstepping,IB)进行实验对比。在模型参数不确定情况下,对飞行器的期望姿态和位移进行跟踪,结果表明,应用自适应积分反步(adaptive integral backstepping,AIB)控制算法的飞行器对外界较强阵风干扰和模型参数不确定具有一定的鲁棒性,能够较为精确地完成轨迹跟踪任务。

基于反步自适应控制的伺服系统齿隙补偿

齿隙是影响机电伺服系统动/静态性能的一个重要因素.为了减小其不利影响,该文以存在不确定参数的机电位置伺服系统为研究对象,针对系统中存在的齿隙非线性,应用反步积分方法,通过逐步递推选择Lyapunov函数,设计了基于状态反馈的自适应控制器.通过理论分析以及与传统PID控制的仿真结果比较表明,该方案显著地降低了齿隙对伺服性能的影响,提高了系统的跟踪精度和鲁棒性.

基于AC-DC-AC的异步电机系统积分反步和滑模控制

为了实现基于AC-DC-AC的异步电机系统四象限运行、能量双向流动、网侧单位功率因数、直流母线电压可控,采用了积分反步与滑模控制。当负载转矩较大范围变化时,直流母线电压发生较大的波动,网侧子系统电流内环采用电容电流控制,直流母线电压快速恢复恒定。针对起动时电压超调问题,提出电压软给定的方法,抑制了较大超调。针对负载转矩未知,采用滑模观测器。仿真结果表明,该方案下的系统性能较好。

反步自适应控制

为了克服齿隙对传动性能的影响,选取死区模型表达齿隙传动效应,依据自适应控制理论提出反步自适应齿隙补偿策略;齿隙模型中主、从动轮结合处存在阻尼系数和刚性系数等未知参数,对其进行了在线估计,并推导设计出每个参数的自适应律;利用Lyapunov稳定性理论,采用反步积分方法,通过逐步递推选取Lyapunov函数,设计了基于状态反馈的自适应控制器;理论分析以及对反步积分自适应补偿控制方法与传统PID控制方法对比仿真表明:该方法有效地消除了齿隙对伺服性能的干扰,提高了系统的跟踪精度和鲁棒性。

四旋翼无人机块控反步姿态控制器设计

针对四旋翼无人机的姿态控制问题,设计了一种基于块控反步法的姿态控制器。建立了四旋翼无人机完整的姿态运动模型,包括姿态动力学模型和空气动力学模型,并将其转化为多输入多输出非线性系统的状态空间方程。在介绍块控反步控制器的基础上,给出了积分反步姿态控制器的设计过程。将滤波器引入控制器设计中,解决了对虚拟控制律求导所产生的"计算膨胀"问题。对控制系统的Lyapunov稳定性分析表明,所设计的控制系统是稳定且指数收敛的。仿真结果表明所设计的控制器具有良好的跟踪能力和较强的鲁棒性。

基于扩张状态观测器和反步滑模法的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

为了解决欠驱动四旋翼无人机(UAV)在实际飞行中存在的外界干扰问题,同时提高在系统参数摄动情况下的精确轨迹跟踪效果,设计了一种基于扩张状态观测器(ESO)和积分型反步滑模算法的飞行控制策略。首先,根据系统的半耦合特性和严反馈结构特点,采用反步法设计姿态内环和位置外环控制器;然后,将抗干扰能力较强的滑模控制融入其中,使得系统的鲁棒性得到增强;接着,为了减小系统的稳态误差,引入积分环节;最后,利用ESO实时估算出系统的内、外总扰动并对控制量进行补偿。通过Lyapunov稳定判据,可以说明该系统是一个全局渐进稳定的系统,并通过仿真分析验证了所提控制方法的有效性和鲁棒性。

一种基于反步设计的实时控制算法

针对机械伺服系统,提出了一种基于积分反步原理的新型的伺服控制器。该控制器对外部扰动及系统参数变化具有较强的鲁棒性。以直流电机伺服系统为例,对该方法进行了数字仿真,结果表明了本文控制器的有效性。

变质量负载四旋翼无人机抗风性研究

四旋翼无人机已越来越多的应用于农业植保方面,针对其随着农药量的减少以及外部风扰影响下导致系统的飞行性能的问题,设计了一种积分反步控制法与串级RBF神经网络PID控制相结合的控制方案。方案具有内外环结构,在外环采用积分反步法,对水平位置和高度进行控制;内环采用串级RBF神经网络PID控制,依靠神经网络自学习性对PID参数动态整定实现对姿态角的控制。仿真结果表明,与常规PID控制相比,该方案随外界干扰的波动范围更小,误差更小,证明了该方案的抗干扰性更强。

伺服系统中齿隙非线性的自适应补偿

齿隙是影响机电伺服系统动/静态性能和稳定性的一个重要因素。为了减小其不利影响,提出了反步自适应齿隙补偿方法。依据Lyapunov稳定性理论,应用反步积分方法,通过逐步递推选择Lyapunov函数,设计了基于状态反馈的自适应控制器。理论分析以及与传统PID控制的仿真结果比较表明,该方法显著地降低了齿隙对伺服性能的影响,从而提高了系统的跟踪精度和鲁棒性。

基于动态执行机构的欠驱船舶循迹控制

欠驱船舶的循迹控制已成为国内外动力定位研究的难点.针对船舶循迹控制中横向偏差最小问题,文中利用line-of-sight(LOS)引导律将船舶期望位置转化为期望首向;为了满足动态执行机构的饱和、死区和迟滞等物理限制,将执行机构的动态响应方程并入到三自由度操纵数学模型中,使控制输出更加平滑;针对欠驱船舶横向控制力无法满足的问题,设计了一种基于Lyapunov理论的两输入反步积分控制器.数值仿真验证了执行机构的动态响应方程和反步积分控制器的有效性.

航空遥感惯性稳定平台非线性摩擦建模与补偿

为降低摩擦对航空遥感三轴惯性稳定平台高精度控制的影响,提出基于LuGre模型的惯性稳定平台反步积分自适应摩擦补偿方法。根据系统速度过零多值及位置'平顶'现象建立惯性稳定平台LuGre摩擦模型,利用两步辨识及动态参数优化方法得到系统摩擦模型参数,进而以李雅普诺夫稳定性理论为基础设计反步积分自适应摩擦补偿控制器。通过Matlab仿真分析摩擦对系统精度的影响,并与前馈补偿方法相比较,评价反步积分自适应补偿方法的有效性和鲁棒性。通过试验对某航空遥感惯性稳定平台方位系统进行摩擦模型及补偿方法验证。试验结果表明,反步积分自适应补偿能显著减小摩擦对系统的影响,使方位系统角位置误差波动范围、角位置跟踪方均根误差比未补偿前分别减少78.7%、91.5%,与仿真结果一致,对提高航空遥感三轴惯性稳定平台系统控制精度具有重要意义。

空间机器人抓捕目标碰撞后的复合体稳定控制

空间机器人抓捕目标后构成新的组合航天器.因目标运动估计误差以及抓捕器位姿解算误差,造成抓捕过程的碰撞,碰撞产生的扰动力矩会造成空间机器人失稳,严重时将导致抓捕任务的失败.针对这一问题,提出基于反作用轮重配的反步积分滑模控制方法,通过控制空间机器人的反作用轮吸收角动量,实现复合航天器稳定控制.本文首先对包含反作用轮的复合航天器进行姿态误差动力学建模,然后根据碰撞过程中冲击力大,碰撞时间短的特点,提出了改进的滑模控制方法,并通过Lyapunov方法证明了系统稳定性,最后通过伪逆法将控制力矩在冗余配置的反作用轮间重新分配来完成复合航天器姿态稳定控制.通过仿真对所提出稳定控制方法的正确性和有效性开展验证,结果表明:本文提出的方法具备实现碰撞后复合航天器稳定的能力,算法具有很强的鲁棒性与工程实用性.