基于有限时间干扰观测器的鲁棒积分跟踪控制

针对电液位置伺服系统同时存在的参数不确定和不确定非线性(统称为干扰),导致传统非线性控制精度不高、跟踪性能不好等问题,提出基于有限时间干扰观测器(FTDO)的鲁棒积分跟踪控制策略.通过将误差符号鲁棒积分(RISE)控制策略与FTDO融合,实现对未观测干扰的抑制.考虑到实际系统中噪声对跟踪精度的影响,该控制策略结合期望补偿手段,提高跟踪精度.通过Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的全局渐进稳定性.对比实验结果显示,利用该方法能够有效提高电液位置伺服系统在干扰作用下的跟踪性能,在相同的测试工况下,与速度前馈PI控制器相比,跟踪精度提高了25%左右.

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。

基于有限时间干扰观测器的多智能体系统的协同控制

针对有向拓扑下带有未知干扰的二阶多智能体系统的协同控制问题,提出一种基于有限时间干扰观测器的动态面滑模一致性控制协议.首先,采用反步法设计了一种有限时间干扰观测器来对干扰进行快速地估计和补偿;其次,结合动态面控制与滑模控制方法设计一致性跟踪控制策略,既提高了系统的控制精度,又简化了控制器的设计过程.然后,通过理论证明,在有向拓扑下,所提的控制协议可以实现领航-跟随一致性.最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性.

基于干扰观测器的永磁同步电机复合滑模控制器设计

针对永磁同步电机复合控制中的不匹配干扰问题,提出一种基于有限时间扰动观测器的PMSM控制系统速度环的自适应非奇异终端滑模控制器设计。首先,速度外环采用了一个非奇异终端滑模控制器来稳定跟踪误差。接着,为了抵消不确定性的未知边界,引入了非奇异终端滑模控制器的切换项的自适应律。同时,考虑到实际永磁同步电机驱动系统的不确定性、干扰的时变特性和高带宽特性,引入非线性干扰观测器作为实时补偿器,以抵抗扰动并减少不确定性。此外,基于二次Lyapunov函数,证明了所提方法的动态稳定性。最后,通过设计数值仿真,并与传统PID控制和滑模控制进行对比,验证了该复合控制系统的有效性。

基于干扰观测器的水下机器人预定性能控制

针对受外界干扰的水下机器人,提出一个预定性能控制器.首先,针对水下机器人的外界干扰,设计一个干扰观测器并且估计误差在有限时间内收敛至零;然后,利用干扰观测器进行前馈补偿,基于一种指数型障碍李雅普诺夫函数设计一个非奇异快速积分终端滑模控制器,使得水下机器人的轨迹跟踪误差在有限时间内收敛至零并且满足预定的性能要求;最后,严格地证明控制系统的稳定性,并通过仿真实例验证所提方法的有效性.

复合干扰下永磁球形电机的全阶滑模控制

针对受外部干扰和模型不确定性影响的永磁球形电机运动系统,提出一种基于有限时间干扰观测器的全阶滑模控制方法。首先,在复合干扰下建立永磁球形电机的动力学模型,其不确定性包括建模误差和外界干扰。其次,设计有限时间干扰观测器以快速、准确地估计出系统的复合干扰。然后,为永磁球形电机设计了全阶滑模面,理想滑模运动时反映其全阶动态特性,而不是传统滑模控制系统中的降阶动态特性。最后,通过李雅普诺夫定理证明了所提控制方法的闭环系统的稳定性。仿真和实验结果表明所提控制器在复合干扰情况下具有良好的动态特性和抗干扰能力。

基于干扰估计的直流电动机间接自适应鲁棒控制

针对广泛存在于直流电动机伺服系统中的参数不确定性和不确定性非线性问题,提出一种基于有限时间干扰观测器的间接自适应鲁棒控制方法.间接自适应控制和有限时间干扰观测器融合在一起,分别处理参数不确定性和不确定非线性,通过李雅普诺夫方法从理论上证明了整个闭环系统的稳定性.仿真结果表明:该方法能准确地对参数和干扰进行估计,且与传统控制方法相比,具有参数及干扰估计精度高、抗扰能力及参数变化鲁棒性强的特点,为提高伺服系统的动态跟踪性能提供了理论依据.

基于改进非奇异快速终端滑模反演控制的风力发电系统最大功率跟踪

针对永磁直驱风力发电机系统的最大功率跟踪存在非线性、系统参数不确定及外部扰动问题,提出一种基于有限时间干扰观测器的非奇异快速终端滑模反演控制策略。针对转速跟踪问题,将系统参数不确定与外部扰动定义为集总扰动,用观测器快速精确估计之后补偿。采用反演控制法处理非线性系统,结合动态面控制设计虚拟控制律,同时设计滑模控制律,提高系统收敛速度与跟踪精度。通过李雅普诺夫理论与仿真实验证明该系统的稳定性与有效性。

非匹配不确定的弹性高超声速飞行器终端滑模控制

为解决带有非匹配不确定的弹性高超声速飞行器(FHV)鲁棒跟踪控制问题,设计一种基于有限时间干扰观测器的非奇异终端滑模控制器.首先,通过将弹性模态的影响视为不确定,与系统参数不确定一起处理为综合不确定,将带有弹性的高超声速飞行器模型简化为便于控制器设计的面向控制模型;其次,设计有限时间干扰观测器估计模型的综合不确定;进而,基于干扰观测器,设计一种新型的非奇异终端滑模面,将高阶不匹配问题转化成一阶匹配问题,进行控制器的设计;最后通过Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性.仿真结果表明:所设计的控制器可以有效抑制非匹配不确定及弹性的影响,实现了飞行器速度与高度的稳定跟踪控制.

临近空间拦截弹的非奇异终端滑模控制

针对临近空间直接力/气动力复合控制拦截弹的抗干扰控制问题,提出了一种基于有限时间干扰观测器(FTDO)的非奇异终端滑模(NTSM)复合跟踪控制策略。首先,设计FTDO估计系统的不匹配干扰;在此基础上,设计基于FTDO的NTSM复合控制律,获取期望的控制力矩。接着,考虑到作为执行机构的气动舵和反作用喷气装置存在冗余性,进一步提出了一种动态控制分配算法实现期望控制指令到执行机构的分配,获得良好的控制分配精度和较小的执行机构能耗。最后,仿真结果验证了所设计复合控制系统的有效性。

强冲击载荷下火箭炮位置伺服系统跟踪控制

针对火箭炮位置伺服系统,提出了一种基于干扰估计的鲁棒跟踪控制策略。考虑火箭炮运行过程中存在的系统参数摄动和复杂外干扰,将两者归为总干扰,采用有限时间干扰观测器对其进行了有效的估计,在此基础上进一步设计了基于指令信号的鲁棒反馈控制器,该控制器中使用指令及指令的导数代替状态反馈信息,从而避免了测量噪声带来的不良影响。通过Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明,系统能够实现优良的跟踪性能,验证了控制器和有限时间干扰观测器的有效性。

一类非线性不确定系统的滑模反演控制

针对一类存在未知复合扰动的高阶非线性系统,提出一种基于有限时间干扰观测器的反演非奇异快速终端滑模控制方法。采用有限时间干扰观测器对复合扰动进行快速精确估计并设计控制器鲁棒项进行补偿。采用反演控制处理高阶非线性系统,结合动态面控制设计虚拟控制律;同时设计非奇异快速终端滑模控制律,提高系统的收敛速度和控制精度,并通过Lyapunov理论证明了系统跟踪误差一致最终有界。通过数值仿真验证了所提控制方法的有效性和可行性。

四旋翼飞行器姿态的非奇异快速终端滑模控制

针对四旋翼飞行器姿态控制问题中系统存在模型参数不确定和外界未知干扰的情况,提出一种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,设计有限时间干扰观测器实时观测系统中的模型参数不确定和外界未知干扰,并将观测值与非奇异快速终端滑模控制器的设计相结合,不仅实现了对系统中模型参数不确定和外界未知干扰的抑制,而且提高了系统的跟踪速度和控制精度。基于Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性,最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。

多体航天器姿态机动的终端滑模复合控制方法研究

研究了带有多种运动附件的航天器姿态复合控制问题.选取典型的两刚体对象建立了完整的动力学模型,简要分析了本体与附件的耦合关系.针对标称本体动力学方程,设计了有限时间干扰观测器估计附件对本体的耦合扰动以及外部环境干扰,在终端滑模控制器中进行主动补偿,利用扩展的Lyapunov稳定性定理证明了本体控制系统的有限时间收敛性;为减小本体机动对附件指向的影响,在附件控制器中引入对本体角加速度的补偿.仿真结果表明,所设计的复合控制系统能够较好地估计并且补偿系统的总干扰,具有较高的控制精度和较快的系统响应.

一种球形滚动机器人纵向运动的控制策略研究

针对一种球形滚动机器人纵向运动的位置控制问题,提出一种基于有限时间滑模干扰观测器和双幂次组合函数趋近律的解耦滑模控制策略。所提出的控制策略不仅可以保证球形机器人的滚动性能,并且能够保持解耦滑模控制律的连续性。设计有限时间滑模干扰观测器对复合不确定性进行在线估计,并在此基础上得出机器人系统平衡摆角的估计。基于所得平衡摆角的估计,分别定义系统的各级滑模变量。借助所设计的有限时间滑模干扰观测器,基于第二级滑模变量和双幂次组合函数趋近律构造解耦滑模控制律。从理论上证明了所提出的控制策略能够确保各级滑模变量收敛至0,仿真实验结果验证了所提出的控制策略的控制性能和鲁棒性。

纵向速度和艏向角受限的水面艇有限时间协同路径跟踪

研究多个欠驱动水面艇在纵向速度和艏向角受限情况下的协同有限时间直线路径跟踪问题.针对水面艇在位置和速度方向上受到的干扰,考虑欠驱动水面艇同时受到匹配和不匹配扰动的情况,通过在控制方案中引入积分视线制导律和有限时间观测器来估计并补偿两类扰动.设计非对称障碍Lyapunov函数来保证欠驱动水面艇在航行过程中不违反约束条件,之后通过加入一个功率积分器构造有限时间控制器,确保系统误差能在有限时间内收敛到零.最后,通过Simulink仿真结果进一步表明所设计控制器的有效性.

柔性航天器振动主动抑制及姿态控制

针对柔性航天器柔性附件振动主动抑制及姿态高精度快速稳定问题,研究了一种输入成形器(IS)-自适应有限时间干扰观测器(FDO)-有限时间积分滑模控制器综合的设计方法。首先,基于柔性模态的频率及阻尼信息,获得能够有效抑制柔性振动的输入成形器形式,并与系统参考输入进行卷积,得到期望参考输入;其次,基于航天器动力学模型,设计一种新型的自适应有限时间干扰观测器,避免了综合干扰上界必须已知的约束,且保证干扰估计误差有限时间收敛至零,实现对干扰及残余振动影响的快速精确估计;最后,基于观测器的估计值,设计多变量有限时间积分滑模控制器,保证对期望参考输入的高精度快速跟踪控制,并进行严格的稳定性证明。仿真结果表明,该综合设计策略能够保证柔性附件振动抑制75%,姿态稳定度达到10^(-4)数量级。

基于改进协同控制律的多拦截弹控制系统设计

针对多拦截弹协同控制问题,提出了一种基于"领弹-从弹"模式的分布式改进协同控制算法。首先,基于图论理论和分布式网络模式,设计了一种改进协同控制算法,将拦截弹在俯仰通道2个方向的速度分量转化为"从弹"速度和弹道倾角参考指令;其次,在"领弹"飞行状态已知的情况下,采用有限时间干扰观测器和动态面滑模控制律设计"从弹"控制器。仿真结果表明,与传统形式的协同算法相比,该算法对控制指令具有更快的收敛速度,能有效提高多拦截弹控制系统的效率。