基于滑模微分器的吸气式高超声速飞行器鲁棒反演控制

针对吸气式高超声速飞行器气动\推进\结构弹性耦合运动学模型,提出了一种基于滑模微分器的鲁棒反演控制器设计方法。分别采用反演和动态逆方法设计虚拟控制量和实际控制量。引入滑模微分器来精确估计虚拟控制量的导数,避免了传统反演控制方法"微分项膨胀"问题。基于滑模微分器,设计了一种非线性干扰观测器,可对模型不确定项进行精确估计和补偿,从而增强了控制器的鲁棒性。仿真结果表明,该控制器对模型不确定性和气动弹性影响具有较强的鲁棒性,且能实现对速度指令和高度指令很好的跟踪效果。

带有高阶滑模微分器的制导控制一体化设计

针对制导控制一体化模型中由于目标机动加速度难以测量的问题,提出了应用高阶滑模微分器,对导弹导引头获得的弹目相对运动信息进行微分,从而解算出目标加速度的方法。在最后开展了导弹六自由度仿真验证,将高阶滑模微分器得到的目标加速度与真实值进行对比,验证了方法的有效性。

基于高阶滑模微分器的增广比例导引律

导引律的设计在导弹制导与控制中具有重要作用,为了解决增广比例导引中导弹-目标视线角速度和视线角加速度不易获得的问题,设计了一种基于高阶滑模微分器的增广比例导引律。首先,根据高阶滑模微分器的数学模型建立视线角速度和视线角加速度的估计模型;其次,根据视线角速度和视线角加速度的估计值,利用一种光滑无抖阵滑模微分器构造增广比例导引律。最后,通过仿真验证表明,具有滑模微分器结构的增广比例导引律导引性能良好。

高阶滑模微分器的分析与改进

首先采用Terminal吸引子函数代替原不连续函数,以避免滑模微分器的抖振;然后针对现有文献中高阶滑模微分器设计参数选取苛刻这一问题,放宽了设计参数选择范围,并分不同情况证明了高阶滑模微分器的稳定性.在此基础上,给出了高阶滑模微分器估计误差的上界与设计参数和滑模微分器阶次的关系式;通过对设计参数的选取和系统整体结构的分析,提出了高阶滑模微分器减小估计误差且更适于工程应用的设计方法,并给出所需条件.仿真结果表明了所得结论的正确性和有效性.

快速高阶滑模微分器

首先利用Terminal吸引子函数代替高阶滑模微分器中的不连续函数,以避免抖振;然后在高阶滑模微分器每一层滑模面中增加快速收敛项,以提高收敛速度,并分别针对不同情况证明了快速高阶滑模微分器的稳定性,给出了估计误差的具体表达式,提出了一种抑噪设计方法;最后比较了快速高阶滑模微分器与标准高阶滑模微分器的收敛时间和误差,总结了快速高阶滑模微分器的一般设计方法,并通过仿真结果表明了所得结论的正确性和有效性。

基于非线性干扰观测器的高超声速飞行器滑模反演控制

针对高超声速飞行器非线性、强耦合和参数不确定弹性体模型,提出了一种基于非线性干扰观测器的滑模反演控制方法.将飞行器曲线拟合模型分解为速度子系统和高度相关子系统并表示为严格反馈形式,分别采用滑模和反演方法设计实际控制量与虚拟控制量.采用1阶低通滤波器获取虚拟控制量的导数,解决了传统反演控制方法"微分项膨胀"问题.基于改进滑模微分器设计了一种新型非线性干扰观测器,以此对模型不确定项进行估计和补偿.仿真结果表明,该控制器对模型不确定性和气动弹性影响具有鲁棒性,且实现了对速度和高度参考输入的稳定跟踪.

一种基于STD的Buck变换器滑模控制

针对新能源用DC-DC Buck变换器常规滑模控制需要同时检测变换器输出电压和滤波电容电流,提出一种基于super-twisting微分器(STD)的滑模控制器。与常规滑模控制器相比,所提出的控制方法只需检测变换器输出电压,无需测量电容电流,因此可以将电流传感器从控制环路中移除,从而简化控制系统。仿真实验结果表明,与常规滑模控制器相比,所提出的STD滑模控制具有更小的稳态误差,同时保留了对输入电压扰动和输出负载扰动的强鲁棒性。

基于干扰观测器的高超声速飞行器Terminal滑模控制

针对高超声速飞行器控制系统纵向平面轨迹跟踪问题,提出了一种基于干扰观测器的终端(Terminal)滑模控制器设计方法。将结构的弹性振动视为刚体动力学系统中的不确定因素,采用Terminal滑模控制方法设计速度和高度控制器。为增强控制器的鲁棒性,设计了一种非线性干扰观测器对模型不确定项进行自适应估计和补偿。仿真实验表明,该控制器对模型不确定性和气动弹性影响具有鲁棒性,能够实现对速度和高度参考输入的稳定跟踪。

一种新型可变增益高阶滑模跟踪微分器

针对传统高阶滑模跟踪微分器产生的超调较大和噪声抑制能力较差的问题,提出一种新型可变增益高阶滑模跟踪微分器.该微分器通过改进传统高阶滑模跟踪微分器的结构,以此减少响应阶段的超调;通过引入Sigmoid变增益函数使增益能够根据跟踪误差的大小进行自动改变,以此平衡响应速度与滤波效果.数值仿真结果表明,该新型可变增益高阶滑模跟踪微分器所产生的超调不仅小于传统高阶滑模跟踪微分器所产生的超调,而且其滤波效果在不降低响应速度的前提下也显著优于传统高阶滑模跟踪微分器.因此,该新型微分器在提高含噪声信号高阶导数的估计精度方面具有良好的应用前景.

基于滑模干扰观测器的反演终端滑模飞行控制

针对某战斗机机动飞行时强耦合、气动参数和力矩干扰不确定非线性模型,提出了一种基于滑模干扰观测器的滑模反演控制方法。将飞机非线性动力学模型分解为角度回路和角速度回路并表示为严格反馈形式,分别采用反演和快速终端滑模方法设计虚拟控制律与实际控制律。结合滑模微分器获取虚拟控制律的导数,避免计算复杂性问题,并基于滑模微分器设计干扰观测器,实现对模型不确定性的有效估计和补偿。仿真结果表明,该控制方法对气动参数摄动和力矩干扰不确定性具有鲁棒性,能够实现对参考轨迹的稳定跟踪。

基于规定收敛律算法的二阶滑模制导律设计及仿真

制导律指引导弹以近似零脱靶量击中目标需要使用弹目视线角速率信息。对于实际应用中视线角速率难以直接获得的情况下,根据滑模控制理论设计了一种一阶滑模微分器,针对一阶滑模微分器的抖振问题,根据积分滑模理论的思想,基于规定收敛率算法提出了一种二阶滑模微分器,并构造了增广比例导引律和滑模导引律,数值计算结果表明设计的滑模微分器能够准确估计视线角速率,重构的导引律对机动目标具有良好的导引性能。

非匹匹配配不确定高阶非线性系统的滑模控制新方方法法

对具有非匹配不确定的高阶非线性系统,采用改进的高阶滑模微分器获取已知状态的任意阶微分估计值,再以恰当阶次的状态微分估计值之差,得到非匹配不确定项及其微分的估计值,证明了其误差任意小.为避免奇异性和抖振,采用两种方案设计了滑模控制器,并设计鲁棒项提高系统鲁棒性.基于Lyapunov理论证明了系统稳定性.同现有其他方法相比,该方法具有适用范围更广、收敛速度快、控制精度高、运算量小、保守性低等优点.最后仿真证明了本文所有结论.

高超声速飞行器预设性能反演鲁棒控制

针对吸气式高超声速飞行器的飞行控制问题,提出一种新的预设性能模糊反演控制设计方法。通过构造一种新的预设性能函数,在初始误差正负未知的情况下,可以保证跟踪误差能够按照预定的收敛速度、超调量及稳态误差收敛至任意小的区域,同时实现了对跟踪误差稳态性能和瞬态性能的约束。为提高控制系统的鲁棒性,在反演控制的设计框架下,引入模糊控制器逼近动力学模型中的不确定项。为避免传统反演方法中存在的"微分膨胀"问题,引入滑模微分器对虚拟控制量的导数进行精确估计。最后,通过不同初始误差下的轨迹仿真验证所设计控制系统的有效性。

未知输入和可测噪声重构之线性矩阵不等式非线性系统观测器设计

针对一类同时具有未知输入和输出可测噪声的Lipschitz非线性系统,讨论了状态估计、未知输入与可测噪声重构的问题.首先,基于广义系统和线性矩阵不等式的方法设计滑模未知输入观测器,不仅对原系统状态进行渐近估计,而且实现了对系统输出可测噪声的重构;其次,考虑一种鲁棒滑模微分器,实现了广义系统输出向量微分的精确估计,并在此基础上,提出了一种未知信息重构方法,该方法具有避免直接使用系统输出微分信息的优点.最后,对火车牵引拖动系统模型仿真,结果表明该方法不但能够实现对系统状态的估计,而且可以有效重构未知信息.

非线性干扰观测器的高超声速飞行器鲁棒反演控制

针对高超声速飞行器控制系统设计,提出一种基于干扰观测器的鲁棒反演控制器设计方法。采用反演控制方法分别设计速度和高度控制器。引入滑模微分器设计虚拟控制量的导数求解器,避免了传统反演控制"微分项膨胀"问题。为增强控制器的鲁棒性,设计一种非线性干扰观测器对模型不确定项进行自适应估计和补偿。通过数值仿真表明,该控制器能够保证对速度和高度参考输入的稳定跟踪。

基于降维切换观测器的切换系统扰动输入估计

针对一类具有扰动输入的不确定线性切换系统,提出了一种切换系统状态估计和扰动输入估计方法。通过输出矩阵变换和状态等价变换,解耦原切换系统的未知干扰输入,得到不受扰动输入影响的降维切换系统,并在此基础上设计切换降维观测器,以实现对切换系统状态的渐近估计;然后,通过考虑高增益滑模微分器,对系统的输出微分进行渐近估计,从而在切换系统状态和输出微分估计的基础上,提出一种扰动输入的重构方法。通过对切换系统实例进行数值仿真,验证了所提方法的有效性。

基于非线性干扰观测器的临近空间拦截弹姿态控制

为满足临近空间拦截弹在大干扰强耦合情况下高精度姿态控制问题,设计了基于非线性干扰观测器的自适应鲁棒反演控制器。建立了基于直接力控制的拦截弹三通道姿态控制系统模型;采用二阶滑模微分器,估计计算反演控制中虚拟控制量的导数,解决了"微分膨胀"的问题;为提高姿控系统控制精度,对模型的未知信息和外界干扰做高精度的估计和补偿,依据二阶跟踪微分器,设计了一种新型非线性干扰观测器;并采用PSR调制器将连续控制量离散化,通过姿控发动机实现变推力控制。数字仿真结果显示,设计的姿态控制器跟踪速度快、精度高,对系统不确定和干扰具有强鲁棒性。

高超声速飞行器动态稳定性建模仿真研究

在高超声速飞行器稳定性优化控制的研究中,高超声速飞行器系统建模中存在部分状态量不可精确测量问题。为解决上述问题,提出一种采用高阶滑模微分器的动态稳定性建模方法。在传统建模基础上,根据高超声速飞行器系统原理,利用可准确测量状态量对不可精确测量状态量进行重构,设计了动态稳定性建模方案。引入高阶滑模微分器用于状态重构系统信号的滤波与求导,收敛速度快且估计精度高,保证了所建立动态模型的稳定性和精确性。仿真结果表明,重构的航迹角和攻角响应速度快且稳定性好,重构的俯仰角速度有效抑制了弹性振动干扰,为飞行器稳定性优化设计提供了科学依据。

具有混合执行器故障和多未知控制方向的多智能体编队系统自适应协同容错控制

针对非线性多智能体具有混合执行器故障和多未知控制方向的问题,基于鲁棒自适应模糊技术,提出新颖的协同容错控制方法。采用分段Nussbaum函数解决了多未知控制方向;基于鲁棒自适应模糊技术解决了系统中的非线性不确定问题;引入一阶滑模微分器与自适应反步技术结合,用于获得虚拟控制律的一阶导数,并结合鲁棒有界方法,用于提高所设计的自适应协同控制器的收敛速度和追踪精度;基于代数图论,建立了智能体系统的误差模型,设计了分布式一致协同容错控制器,构建了李雅普诺夫候选函数,证明了所设计的控制器能够使得系统稳定。通过对比仿真实例,验证了所提方法的有效性,为工程实践提供了理论支撑。

一类切换非线性系统的自适应反步滑模控制

针对一类系统状态不可测且存在未知非线性项和扰动的切换非线性系统,结合自适应反步设计和滑模控制方法并引入模糊逻辑系统(FLS)以及高阶滑模微分器,设计一类新的自适应反步滑模控制方法,对控制方法进行算例仿真。结果表明,该方法能够对被控系统的状态信号和未知扰动进行有效的观测逼近,实现了系统输出信号对参考信号的快速跟踪,被控系统的稳定性、所有信号的有界性以及控制方法的有效性均得到验证。