基于干扰观测器的升力式飞行器改进离散滑模控制研究

升力式飞行器具有飞行空域宽、速度变化范围大、机动性强等特点,是近年来国内外的研究热点。本文针对升力式飞行器模型大不确定及外界干扰强带来的控制难题,提出了一种基于干扰观测器的改进离散滑模变结构控制方法。首先,建立了俯仰通道的离散控制模型。其次,设计了一种基于干扰估计的改进离散滑模变结构控制律,并证明了其稳定性。再次,分析了参数选择对控制系统的影响,验证了控制律的有效性。最后,与传统的离散滑模变结构控制方法进行了比较。仿真结果表明,与传统的离散滑模控制方法相比,本文提出的控制律控制精度更高、鲁棒性更强、滑模面收敛速度更快及抖振更小,可有效提高升力式飞行器的飞行品质,实现复杂任务的稳定控制。

基于干扰观测器与终端滑模的车辆纵向控制

为了消除未知干扰和不确定性对车辆纵向控制的影响,设计了基于干扰观测器和终端滑模控制的分层式车辆纵向控制系统.利用干扰观测器对系统干扰进行实时观测,实现对系统的反馈补偿,降低滑模控制的切换增益,从而抑制滑模控制的抖振.利用Lyapunov函数证明了控制系统的稳定性,并通过Carsim/Simulink进行了联合仿真试验.结果表明:在两种仿真工况条件下,控制器对参考速度跟踪效果良好,速度误差最大仅为0.22 m/s,干扰观测器对系统干扰能够准确快速估计,估计误差仅为0.003 14,切换逻辑执行器发挥良好;与传统滑模控制相比,所设计的控制器稳定性更好,抑制了滑模控制的抖振,实现了对车辆纵向速度的稳定跟踪.

基于非线性干扰观测器的IPMSM改进无模型滑模控制

针对内置式永磁同步电机参数摄动导致模型不确定而影响系统控制性能的问题,提出一种基于非线性干扰观测器的内置式永磁同步电机改进无模型滑模控制方法。首先,建立考虑参数摄动的内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)新型超局部模型;其次,利用改进滑模趋近律设计滑模控制器作为无模型控制中的反馈控制器;然后,设计非线性干扰观测器来观测估计无模型控制中的未知复杂项;最后,与传统无模型滑模控制方法进行仿真实验对比。仿真实验结果证明所提方法能有效解决系统参数摄动影响电机控制性能等问题,验证了所提方法的有效性及优越性。

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。

基于干扰观测器的上肢外骨骼终端滑模控制

针对可穿戴上肢外骨骼系统在存在外界干扰和模型误差条件下的轨迹跟踪问题,提出了基于有限时间干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制策略。首先,基于有限时间控制理论设计了干扰观测器,对建模误差和外界干扰进行在线估计,实现估计误差在有限时间内收敛到零;在此基础上,设计了非奇异快速终端滑模控制器,实现外骨骼在有限时间内对期望轨迹的准确跟踪。然后,基于李雅普诺夫理论证明了闭环系统的稳定性。最后,仿真结果证明了所提控制策略的收敛速度快、鲁棒性强。

基于非线性干扰观测器的磁悬浮球系统自适应反演滑模控制

为解决磁悬浮球系统易受模型内部参数变化和外界干扰的问题,提出了基于非线性干扰观测器的自适应反演滑模控制算法(NDO-ABSMC)。首先,建立磁悬浮球系统状态空间模型,然后设计非线性干扰观测器(NDOB),用来观测系统受到的外部干扰,经证明,该观测器对扰动的观测误差可以在有限时间内收敛。其次,为克服系统不确定性,设计了基于非线性干扰观测器的自适应反演滑模控制器;最后,对所提出的(NDO-ABSMC)进行了仿真验证。结果表明:与反演滑模控制算法(BSMC)相比,基于非线性干扰观测器的自适应反演滑模控制对扰动有明显的抑制作用,轨迹跟踪效果显著,优化了磁悬浮球系统的控制效果,增强了系统的鲁棒性。

基于干扰观测器的AUV三维路径滑模跟踪控制

为了确保欠驱动自主式水下机器人(AUV)在受到外界干扰情况下仍然可以实现对三维路径的跟踪控制,设计基于干扰观测器的反步滑模控制器。针对欠驱动AUV 5自由度状态方程,考虑外界干扰对AUV运动的影响,设计干扰观测器实时估计干扰;通过欠驱动AUV的状态方程与三维路径跟踪误差模型得到系统的镇定模型;利用得到的干扰估计值,设计反步滑模复合控制器来控制AUV实现三维路径跟踪,并通过Lyapunov稳定性理论证明闭环系统渐近稳定。仿真结果表明:该控制器对欠驱动AUV实现三维路径的精确跟踪有良好的控制效果和抗干扰能力。

基于变指数干扰观测器的无人机非奇异终端滑模控制

针对四旋翼无人机系统在受干扰下的跟踪问题,以及姿态子系统的扰动问题和滑模控制时出现的抖振缺陷,基于连续快速非奇异终端滑模控制算法,给出一种适用于有扰动姿态子系统的变指数收敛干扰观测器的趋近率滑模控制器。首先,针对传统滑模控制中存在的快速性问题,采用变指数收敛干扰观测器来对扰动进行补偿和预测。然后利用姿态跟踪误差变化率的估计信息,构建快速非奇异终端滑模面。提高轨迹跟踪误差的收敛速度,并利用Lyapunov分析方法验证姿态跟踪误差在有限时间内收敛,仿真结果证实了这一方法的有效性,使用滑模控制和其改进方法设计四旋翼无人机系统控制器。

基于干扰观测器的多航天器固定时间姿态协同跟踪控制

针对受扰动下的多航天器系统姿态一致性跟踪问题,提出一种基于干扰观测器与固定时间理论的分布式姿态协同控制策略。多航天器系统在空间中易受太阳光压、重力梯度与地磁力等外部干扰影响而导致控制精度下降,此外航天器内部惯量不确定性带来的影响也不可忽视,因此设计一种基于二阶积分滑模的干扰观测器对复合干扰进行快速精确估计,且该观测器无需任何干扰先验信息。利用观测器获得的估计值,结合领导跟随法,提出一种分布式固定时间姿态协同控制器,实现系统固定时间收敛,收敛时间可通过控制参数进行调节。利用Lyapunov函数证明了系统的固定时间稳定性。仿真与对比试验结果表明,干扰观测器能在较快时间内实现对复合干扰准确估计,协同控制器能在固定时间内实现对期望姿态鲁棒跟踪,与自适应有限时间方法相比,该控制策略精度更高、收敛速度更快和燃油消耗更少。

基于扩张状态观测器的伺服加载模糊滑模控制

针对电动伺服加载测试台存在的间隙、摩擦等非线性控制问题,以滑模变结构控制(SMC)为主体进行了加载控制器设计。分析伺服加载测试台整体结构,提出一种基于扩张状态扰动观测器(ESO)的模糊滑模控制(FSMC)策略。该策略在使用ESO针对伺服加载系统的外部干扰进行观测的基础上,设计了模糊控制对滑动模态面和滑模趋近律进行自适应调节,提高了系统的动态实时跟随能力和干扰补偿能力,并减小SMC控制器稳定时的抖振现象。仿真结果表明:所设计的基于扩张状态观测器的模糊滑模控制器(FSMC-ESO)对比传统SMC及PID控制具有更好的快速响应性和鲁棒性。

基于自适应干扰观测器的巡航导弹掠海飞行轨迹跟踪控制

构建了巡航导弹动力学模型,将不确定性项与风浪干扰项合并,同时引入一种自适应干扰观测器予以补偿,提高导弹控制系统的鲁棒性,并利用高阶滑模控制器和任意阶微分器实现控制系统反馈环节的有限时间镇定.仿真实验表明,该方案可实现在1∼7级海况下巡航导弹掠海飞行的高精度轨迹跟踪,同时具备较高的收敛速度和良好的适应性.

基于干扰观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机轨迹跟踪控制过程中易受多源外界干扰影响的问题,为了进一步提升其控制精度和抗干扰性能,该文使用了一种基于指数收敛干扰观测器的双幂次趋近率滑模控制策略。首先,基于牛顿-欧拉方法建立了四旋翼无人机数学模型,并将四旋翼无人机控制系统分为外环位置环和内环姿态环的双回路控制结构;其次,分别在位置子系统和姿态子系统采用了滑模控制方案,并重点针对姿态环设计了基于双幂次趋近率的滑模控制器;最后,设计了一种指数收敛干扰观测器,对四旋翼无人机所受多源外界干扰进行实时观测和补偿。与传统内外环控制结构的PD控制方案相比,仿真实验验证了所提控制策略具有更优的动态响应性能和更高的控制精度,且抗干扰能力得到极大增强。

基于干扰观测器的航天器非奇异终端二阶滑模控制

为了消除干扰力矩和结构不确定性对卫星姿态控制性能的影响,本文提出了一种基于新型干扰观测器的非奇异终端二阶滑模控制方法.首先,文章设计了一种基于跟踪微分器的干扰观测器,来对卫星系统中的不确定项进行估计,利用估计值进行补偿,并保证估计误差在有限时间内收敛.在此基础上,文章设计一个非奇异终端滑模面,当系统到达滑模面时,姿态误差可以在有限时间内收敛,并利用二阶滑模趋近律设计控制器,保证系统在有限时间到达滑模面.在干扰观测器误差未完全收敛时,滑模控制器可以对存在的扰动进一步抑制,实现姿态跟踪系统的有限时间稳定,并通过李雅普诺夫方法严格证明了其稳定性.最后,仿真结果表明,干扰估计值误差可以在有限时间内收敛,证明了该控制方法对存在的干扰是具有较好的鲁棒性.

基于干扰观测器的机械臂自适应模糊滑模控制

机械臂在轨迹跟踪控制中存在建模误差和外界干扰等问题。为了提高机械臂轨迹跟踪的精度和速度,设计了一种基于干扰观测器的机械臂自适应模糊滑模控制策略。首先,使用新型趋近律来减小机械臂滑模控制系统中抖振的影响;其次,采用干扰观测器对机械臂建模误差和外界干扰进行估计,根据干扰观测器的观测值对机械臂的输入力矩进行补偿;最后,对于无法观测的部分,采用模糊系统中的万能逼近原理对未知的干扰进行估计,进一步提高机械臂的轨迹跟踪性能。通过仿真试验表明,该控制策略不仅可以克服建模误差和外界干扰所带来的影响,还可以有效地削弱系统的抖振,保证了机械臂各关节位置跟踪的精度和速度。同时也说明了该控制策略的有正确性和有效性。

基于干扰观测器的机械臂分数阶非奇异终端滑模控制

针对串联式工业机械臂在实际控制中内部存在建模误差,外部存在多种干扰的轨迹追踪问题,提出了一种结合干扰观测器和滑模控制的复合控制方法。采用拉格朗日方法建立了机械臂的动力学模型以分析其动力学特性;设计了一种有限时间干扰观测器来补偿机械臂受到外界干扰的可观测部分,主动减小干扰对于控制系统的影响;对于不可观测部分,提出了一种改进的分数阶非奇异终端滑模控制策略,并设计了趋近律以保证逼近阶段的控制性能;采用Lyapunov定理分析控制系统的闭环稳定性。通过MATLAB/Simulink控制仿真验证,结果表明该控制方法能够克服扰动以及建模误差带来的不确定性,有效提高机械臂轨迹跟踪的精度,并实现对于期望运动轨迹的迅速追踪。

基于干扰观测器的欠驱动手指滑模控制

为提高欠驱动多指手抓取过程中末端轨迹控制精度,将欠驱动单手指二连杆模型简化为单连杆手指模型,建立了欠驱动手指的动力学模型,设计了基于干扰观测器的滑模控制器,采用饱和函数趋近律削弱滑模的抖振现象,干扰观测器的对外界干扰的估计值反馈给滑模控制器用以修正控制量利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明:在存在外界情况下,该控制器可以自动评估干扰大小,相较于传统滑模控制器,明显削弱了抖振现象,能够精准的跟踪目标轨迹,具有更强的稳定性和鲁棒性。该控制器可提高欠驱动手指控制精度,在机器人产业中具有一定的应用前景。

基于干扰观测器的AUV垂直面等效滑模控制

为提高欠驱动自主水下机器人在外部干扰影响下的垂直面定深控制性能,设计一种基于干扰观测器的等效滑模控制器。遵循实际状况简化欠驱动自主水下机器人的垂直面模型,通过简化模型建立其状态方程;构造干扰观测器,基于干扰观测器设计系统的等效滑模控制器,根据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性。仿真结果表明:当存在外部干扰时,该控制器相比传统的滑模控制器能够更好地实现水下机器人的垂直面定深控制,具备良好的抗干扰性能。

基于干扰观测器的磁悬浮球系统全局快速终端滑模控制

为解决磁悬浮球系统模型不确定性和易受外部干扰影响的问题,提出一种基于终端滑模干扰观测器的全局快速终端滑模控制(GFTSMC)方法.首先,分析了磁悬浮球系统的数学模型并建立动态方程;然后,设计终端滑模干扰观测器(TSMDO),用以观测和估计系统所受到的扰动,经证明,该观测器对扰动的估计误差能在有限时间内收敛;其次,为克服系统不确定性和外部干扰的影响,设计了基于终端滑模干扰观测器的全局快速终端滑模控制器,可以实现系统的全局快速收敛,所设计的控制律不含切换项,能削弱抖振,以提高系统的抗干扰性和鲁棒性;最后,对所提出的TSMDO-GFTSMC进行了仿真验证,结果表明:与基于扩张状态观测器的连续滑模控制方法相比,采用本文方法,磁悬浮小球的起浮响应时间缩短0.38 s,位移偏差减小90%,跟踪误差由0.420 mm减小为0.032 mm;本文方法提高了对干扰的观测精度,优化了磁悬浮球系统的控制效果,增强了系统的鲁棒性.

基于非线性干扰观测器的模糊自适应滑模控制

为了提高上肢康复外骨骼机器人在轨迹跟踪康复训练的精度及速度,提出了一种基于非线性干扰观测器的模糊自适应滑模控制方法。通过拉格朗日法,建立动力学模型以分析其动力学特性。提出将外骨骼工作中受到的扰动分为两部分的思路,采用模糊自适应控制的方法对摩擦部分进行估计,设计了非线性干扰观测器对系统外部慢时变干扰部分进行估计并进行力矩补偿。针对传统滑模控制中存在的抖振问题,结合新型趋近律设计了新型非线性滑模控制器,采用Lyapunov稳定性理论分析其稳定性。通过Matlab/Simulink进行控制仿真。研究结果表明,该控制方法可以克服摩擦干扰、外部扰动以及建模误差带来的不确定性,有效提高了外骨骼机器人轨迹跟踪的精度,在提高收敛速度、降低抖振等方面具有一定的优势。

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。