基于新型固定时间稳定方法的一类二阶非线性系统镇定控制

本文研究了受未知外部扰动侵袭的一类二阶非线性系统的固定时间镇定控制问题.首先,提出了一种新的固定时间稳定方法,并给出了收敛时间及其上界估计值的计算公式.理论分析表明,收敛时间的上界与系统初始状态无关,可由系统参数完全确定.然后,基于所提出的固定时间稳定方法设计了新型滑模趋近律和终端滑模面,使得系统状态能够在有界的有限时间内,从任意初始状态收敛至滑模面并沿着滑模面收敛至原点,同时引入了基于系统状态的自适应切换方法,有效避免了终端滑模面导致的奇异问题.最后,通过仿真验证了算法的有效性.

固定时间稳定航天器相对轨道悬停控制

针对航天器相对空间目标的定点悬停控制需求,基于非线性反馈固定时间稳定算法设计了一种闭环悬停控制律.阐述了固定时间稳定的原理,以C-W方程为相对运动模型设计了悬停控制律,可以通过改变相关控制参数来消除初始悬停误差和干扰的影响,实现对控制效果的调节.结果分析表明,提出的控制律对初始悬停误差收敛速率较快,能够保持长时间、高精度定点悬停,仿真结果验证了方法的有效性.

一种基于固定时间稳定理论的移动机器人NMPC方法

轮式移动机器人的轨迹跟踪问题一直是机器人和控制领域的研究热点。在实际应用时,其控制器的设计通常还需考虑各种约束的影响,如输入限幅等。针对绝大多数商用移动机器人力矩层不开放的情况,论文采用加速度-伪动力学控制(Acceleration-Level Pseudo-Dynamic Control,ALPDC)框架来实现移动机器人的轨迹跟踪,并提出了一种基于固定时间稳定理论的移动机器人非线性模型预测控制(Nonlinear Model Predictive Control,NMPC)方法。仿真结果验证了所提方法的有效性。

旋翼飞行机械臂固定时间滑模控制

针对旋翼飞行机械臂轨迹跟踪控制中的不确定性和扰动问题,提出了一种基于固定时间滑模观测器的滑模控制算法。首先,在广义坐标系下建立了旋翼飞行机械臂运动学与动力学模型,并设计出固定时间观测器对模型参数不确定性与外部扰动进行估计,通过在滑模中引入分段函数和饱和函数抑制固定时间观测器的抖振,加快其收敛速度。随后,将旋翼飞行机械臂划分为位置、姿态以及机械臂3个子系统,基于固定时间理论,分别对3个子系统设计了新型固定时间滑模控制器,并设计自适应趋近律以抑制滑模控制器的抖振。与传统滑模控制器相比,该控制器具有更快的收敛速度与更好的跟踪性能。利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性。最后通过仿真实验验证了所提算法的有效性,该算法对旋翼飞行机械臂轨迹跟踪控制具有较好效果。

基于固定时间滑模控制构网型柔性直流输电系统振荡抑制

构网型柔性直流输电系统接入电网,实现对受端电网电压和频率的支撑。针对构网型柔性直流输电系统受端电网引起的振荡问题,提出固定时间滑模控制方法。首先,基于虚拟同步机控制,建立构网型柔性直流输电系统的数学模型。然后,基于滑模控制和固定时间稳定理论,提出非线性固定时间滑模控制方法以抑制系统振荡。通过李雅普诺夫理论证明了所提的非线性固定时间滑模控制能够实现柔性直流输电系统在固定时间内恢复稳定。最后,在MATLAB/Simulink中建立构网型柔性直流输电系统的仿真模型,验证所提方法在振荡抑制方面的有效性和优越性。

考虑执行器非线性的固定时间全局预设性能车辆队列控制

针对含有执行器非线性的车辆队列控制系统,提出一种固定时间全局预设性能控制(Global prescribed performance control, GPPC)控制方法.首先,设计一种平滑等效变换,在同一框架下解决死区及饱和问题,同时消除执行器非线性固有拐点问题.其次,构造两个新型性能函数,并基于此提出一种全局预设性能控制算法,实现如下目标:1)保证跟踪误差在固定时间内收敛到预定稳态区域;2)消除初始误差必须已知的限制;3)减小误差的超调量.然后,基于上述等效变换及预设性能控制算法,设计一种固定时间滑模队列容错控制方案,实现固定时间单车稳定及队列稳定.最后,通过MATLAB仿真实验,验证了所提算法的有效性.

考虑输入受限的高超声速飞行器非奇异固定时间自适应切换控制

考虑了高超声速飞行器输入饱和、气动参数不确定性以及跟踪误差收敛速率慢等问题,设计了一种抗输入饱和非奇异固定时间自适应切换控制策略。首先将高超声速飞行器纵向动力学模型分解为速度子系统和高度子系统,然后分别设计非奇异固定时间跟踪控制器。为解决传统固定时间控制器中存在的奇异值问题,设计了一种新的可微切换函数,该函数以跟踪误差为判定量对控制律进行切换,保证了虚拟控制律的可微性以及反步设计的可行性。针对高超声速飞行器的输入饱和问题,设计了一种固定时间辅助误差补偿系统,将补偿信号的误差收敛速度由指数收敛提高到固定时间收敛。而后,利用Lyapunov定理证明了速度跟踪误差和高度跟踪误差以及逼近器的估计误差在固定时间内收敛至原点的任意小邻域内。最后,通过仿真验证了所提控制器的有效性及优越性。

具有多源干扰的线性系统固定时间抗干扰控制

本文研究了具有多源干扰的线性系统的固定时间抗干扰问题,提出一种基于干扰观测器的固定时间控制策略。该策略不仅使闭环系统达到全局固定时间稳定,而且提高了抗干扰控制的性能。最后,通过数值算例验证了所提出控制策略的可行性。

考虑落角约束和气动不确定性的固定时间制导控制一体化设计方法

文中研究落角约束和气动不确定性条件下的机动目标制导控制一体化设计问题。首先,将目标的加速度和气动不确定性考虑为有界的外部扰动。其次,将典型的反步法与动态曲面控制技术相结合,提出了一种固定时间滑模控制方法来解决制导控制一体化设计问题,并通过引入固定时间微分器有效避免反步法中存在的“微分膨胀”问题。然后,借助于固定时间稳定性理论对闭环系统进行了稳定性分析,表明所提方法能够使所有误差信号在任意初始条件下实现半全局固定时间一致最终有界稳定。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。

四旋翼飞行器的固定时间轨迹跟踪控制

针对具有外界干扰和自身建模不确定性的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制问题,提出一种新型固定时间收敛的反演跟踪控制算法。首先,使用二阶固定时间干扰观测器对内外部混合扰动进行估计得到扰动估计值;然后,根据四旋翼飞行器的平移运动学和旋转运动学设计了可以保证位置与姿态子系统固定时间稳定收敛的新型控制器,使用固定时间命令滤波器避免了传统反演控制中的“微分爆炸”问题,设计误差补偿系统来减小滤波器误差对系统的影响,并利用Lyapunov稳定理论证明了系统的稳定性;最后,通过Matlab仿真验证了所设计方法的有效性和优越性。

不连续驱动-响应网络的固定与预定时间同步

研究具有不连续激活函数的驱动-响应网络固定时间与预定时间同步问题.针对不连续系统,通过比较原理和变量代换推导更精确的固定时间稳定性定理,并设计不含线性项的固定时间同步控制器与控制增益有限的预定时间同步控制器.基于所提出的定理与控制器,结合不连续微分方程理论,分别得到实现网络固定时间同步与预定时间同步的充分条件.预定同步时间可根据实际情况预先指定,与系统初始值及控制器参数无关.数值模拟结果验证了稳定性定理的正确性与同步时间估计的准确性.

基于固定时间收敛的终端角约束滑模制导律设计

为了提高导弹对目标的杀伤性,实现导弹在有界的有限时间内对目标进行成功拦截,提出一种基于固定时间收敛的终端角约束滑模制导律。首先,建立了导弹拦截目标的平面制导系统模型,将目标的机动看作未知的有界扰动;其次,应用固定时间扰动观测器对制导系统的扰动进行观测;再次,基于固定时间收敛滑模控制和固定时间扰动观测器设计终端角约束制导律,证明了制导系统的固定时间稳定性,并给出了制导系统状态的收敛域;最后,通过大量的仿真,验证了所设计的制导律能在保证精确拦截目标的同时实现对目标的指定角度打击。

考虑攻击时间及空间角度约束的三维自适应滑模协同制导律设计

面向三维场景下的多导弹协同攻击机动目标问题,基于固定时间稳定理论和自适应滑模控制理论,设计考虑时间及空间约束的分布式协同制导律。在弹目视线方向上,基于固定时间一致性理论提出一种改进型自适应鲁棒协同制导律,驱动弹群以期望的攻击时刻协同拦截机动目标,并避免滑模固有的抖振问题;考虑视线法向的空间约束,基于固定时间非奇异终端滑模控制理论设计一种鲁棒自适应滑模制导律,在实现终端碰撞角约束的同时避免弹群间碰撞。通过Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的固定时间稳定性。仿真结果表明:所设计三维协同制导律可以有效控制多发导弹在期望攻击时刻同时打击机动目标,并以期望的终端角度攻击目标。

Buck变换器的新型非奇异固定时间滑模控制

针对Buck变换器中电压收敛速度慢、抗负载干扰能力差的问题,提出了一种快速非奇异固定时间终端滑模控制方法。基于固定时间稳定理论,构造了一种新型固定时间滑模面和滑模趋近律,与传统固定时间控制方法相比提高了远离系统原点时的收敛速率,保证系统能在固定时间内稳定。结合Buck变换器电路模型设计了新型非奇异固定时间控制器,通过仿真和实验与传统固定时间控制方法和PI控制器进行对比,其结果验证了该方法的有效性。

具有对抗性节点的多智能体系统的固定时间准包围控制

本文研究了具有对抗性节点的多智能体系统的固定时间准包围控制问题。基于代数图论和固定时间稳定性定理,通过设计一个新的控制协议,具有对抗性节点的多智能体系统可以在有限时间内实现准包围控制。同时给出了多智能体系统实现固定时间准包围控制的稳定时间上界估计式。最后通过Matlab仿真,验证了所获理论结果的有效性。

受干扰的多智能体系统的固定时间双边一致性

为了研究多智能体系统在受干扰条件下的固定时间双边一致性问题,基于代数图论和固定时间稳定性定理,设定一个新的控制协议,使得受干扰的多智能体系统能够实现固定时间双边一致,并且给出了多智能体系统实现固定时间双边一致的收敛时间的上界。最后通过Matlab仿真,验证了所给出协议的有效性。

一种求解混合变分不等式的带有扰动项的神经网络方法

通过构建带有干扰项的新型神经网络求解混合变分不等式问题.主要将已有的固定时间收敛的前向-后向-前向神经动力学网络进行推广,构建出带有扰动项的神经网络模型.证明了所构建的神经网络的平衡点是固定时间稳定的,并给出了稳定时间的上界.最后通过数值实验证明了该方法的有效性.

轮式移动机器人固定时间轨迹跟踪控制

针对存在外部干扰的轮式移动机器人轨迹跟踪控制问题,提出一种固定时间轨迹跟踪控制方案.首先,对于轮式移动机器人的运动学误差模型,基于一种新颖的积分滑模面设计固定时间运动学速度控制器,使跟踪误差在固定时间收敛到原点所在的邻域内;其次,对于轮式移动机器人的动力学模型,设计固定时间干扰观测器对外部干扰信息进行估计,提出一种固定时间轨迹跟踪控制器,以确保动力学系统的固定时间稳定性,实现轮式移动机器人的高精度轨迹跟踪控制;最后,通过仿真结果验证所设计的轨迹跟踪控制方案的有效性.

基于事件驱动的需求侧电池储能二次控制

为解决需求侧电力资源的灵活调控问题,提出一种基于事件驱动的分布式固定时间二次控制方案。该方案针对需求侧电池储能系统(BESSs),旨在调控其能级、功率和频率以实现对需求侧电网中频率和功率随机波动的补偿。考虑到需求侧仅有部分电池可以接收主电网信息,采用分布式控制算法调控每个电池的能级、有功功率和频率,实现了BESSs在固定时间内的能级平衡、有功功率共享和频率调节。此外,该方案引入了事件驱动机制,无需连续通信和频繁切换控制信号,从而显著降低了BESSs调控过程中的能量消耗。最后,仿真实验结果表明,提出的控制方案能够在较低的能量消耗下实现对需求侧电力资源的快速调控。

基于自适应控制的船舶轨迹跟踪算法研究

本篇论文针对带有扰动的自主水面船舶系统,提出了基于自适应律的固定时间滑模控制算法。在控制器的设计中,采用双层嵌套自适应方案以减小抖振现象,控制增益的值根据外部扰动动态变化;将固定时间控制理论应用到船舶轨迹跟踪的研究领域中,能使轨迹误差不受初始运动状态的影响,在固定时间内到达滑模面。另外,提出的控制方法能保证船舶运动轨迹的有界性。最后,设计了一个仿真实验,证明所提方法的有效性及可行性。