基于扩张状态观测器和自适应滑模的上肢柔性外骨骼系统轨迹跟踪控制

针对上肢柔性外骨骼系统存在外界干扰和参数不确定性,导致高精度轨迹跟踪难的问题,设计提出了基于自适应积分全局滑模和扩张状态观测器的上肢柔性外骨骼系统控制方法。首先,利用拉格朗日函数对上肢柔性外骨骼系统进行建模,并将模型分解为两个子系统进行级联控制。其次,使用两个扩张状态观测器来补偿参数不确定性和外界干扰。在位置轨迹控制中,构建了自适应积分全局滑模控制,其中为了避免积分饱和,设计了非线性积分函数,同时建立了衰减函数以加快全局滑模面的收敛速度。利用自适应控制方法来自适应调整趋近律系数,以减少抖振,提高系统的动态性能。最后,通过设计的Lyapunov函数证明了稳定性。实验结果表明,与传统的线性自抗扰控制和积分滑模控制相比,该方法具有更精确的轨迹跟踪效果和更强的鲁棒性,控制精度明显提高,且在外界干扰和系统参数不确定情况下仍保持高精度轨迹跟踪,表明了该控制策略的有效性。

不确定非线性系统自适应反演积分滑模控制

针对一类n阶参数严格反馈型非匹配不确定非线性系统,提出一种自适应反演快速积分终端滑模控制方法。控制的前n-1步采用标准自适应反演控制策略并给出自适应律,第n步构造出一种积分非奇异终端滑模面。为降低控制量抖振,将滑模终端吸引子思想引入滑模面的设计中,进而求出系统总控制律,从而消除非匹配不确定性影响并提升系统的动态性和鲁棒性。通过Lyapunov理论证明系统状态在有限时间内收敛。最后,对比仿真实验验证了所提控制方法的有效性。

基于反步法的电磁气量调节执行机构自适应积分滑模控制

往复压缩机电磁气量调节执行机构是一种利用电磁驱动力控制进气阀启闭的装置。传统的脉冲电压控制方法存在高频快速响应与低落座速度的矛盾,以及抗扰动性能差等问题,为此,提出了一种基于反步法的自适应积分滑模控制。首先,针对电磁气量调节执行机构建立了考虑扰动的非线性模型;其次,利用反步法设计思想将高阶的电磁气量调节执行机构系统分解成了两个互相串联的低阶子系统,并在此基础上,结合滑模控制、自适应控制和积分控制的特点设计了一种复合型控制方法;最后,采用AMESim-Simulink联合仿真平台,对该控制方法与传统PID控制、滑模控制进行了不同角度的仿真分析对比。研究结果表明:在该控制方法下,电磁气量调节执行机构在的顶出和撤回过程中的最大跟踪误差平均值分别为9.6%和10.8%,平均落座速度分别为0.32 mm/s和0.98 mm/s,扰动造成的最大位移偏移量为1.3%。该控制方法能够保证跟踪误差快速收敛,提高位移跟踪精度,降低电磁气量调节执行机构的落座冲击,并对外部扰动具有强鲁棒性。

基于非线性扰动观测器的PMLSM自适应反推分数阶积分滑模控制

为提高永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统的位置跟踪精度,克服其易受外部扰动、参数变化、摩擦力等不确定因素影响的问题,本文提出了一种基于非线性扰动观测器(NDO)的自适应反推分数阶积分滑模(ABFOSMC)控制方法.首先,对PMLSM建立动态数学模型.其次,针对PMLSM的非线性特性,采用反推控制设计虚拟控制函数,实现系统位置的精准跟踪,并结合分数阶积分滑模控制方法增强系统的鲁棒性.最后,引入NDO估计系统不确定性,将观测结果动态补偿到ABFOSMC中,有效降低不确定性因素对系统伺服性能的影响,提高位置跟踪精度.实验结果显示,所提出的方法切实可行,有效提高了系统鲁棒性能和跟踪性能.

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ESO与线性化反馈的磁悬浮球系统自适应全局积分滑模控制

【目的】本文针对磁悬浮球系统的非线性特性、不确定性以及其易受外部扰动影响的特性,将线性化反馈控制与自适应全局积分滑模控制(AGISMC)相结合,优化系统控制效果、提高控制精度。【方法】首先,通过线性化反馈建立数学模型,使用自适应控制实现对系统参数的实时估计,降低系统的不确定性;其次,引入全局函数以改善系统的瞬态响应,将滑模函数中的符号函数替换为饱和函数以减小系统抖振;再次,在不确定干扰方面,利用扩张状态观测器(ESO)对系统未知干扰信号做出实时估计;最后,基于Matlab/Simulink进行仿真分析,并搭建试验平台进行试验验证。【结果】仿真和试验结果表明:AGISMC-ESO控制器与比例积分微分(PID)控制器在阶梯响应时均没有超调,且本文设计的AGISMC-ESO控制器到达稳态的时间更短;AGISMC-ESO控制器能在扰动出现后更快进行补偿,使系统快速到达稳态;施加正弦信号下,磁悬浮系统的实际运动轨迹与ESO所观测的位移曲线基本吻合。【结论】与PID控制器相比,本文设计的AGISMC-ESO控制器具有更快的响应速度、更高的控制精度、更好的动态跟踪性能和更优的抗干扰性能。

液压直驱手腕基于积分滑模面的自适应鲁棒控制

针对液压直驱手腕在参数不确定和未知干扰等不确定非线性存在情况下轨迹跟踪误差大的问题,对自适应鲁棒控制(ARC)算法做出改进,提出一种积分滑模面自适应鲁棒控制(ISMS-ARC)策略。基于手腕整体的高阶动力学模型引入积分滑模函数,并结合反步法和自适应鲁棒控制器设计方法构造控制器,在保证系统具有鲁棒性的同时实现对未知状态的解耦和对不确定参数的估计。结合李雅普诺夫稳定性理论证明控制器的稳定性。搭建基于AMESim、MATLAB/Simulink、ADAMS的手腕联合仿真模型,并将ISMS-ARC与ARC、DRC控制方法进行关节轨迹跟踪的仿真对比。结果表明:ISMS-ARC方法不仅有效减小了跟踪误差,而且在跟踪参考轨迹恒定或系统受到常值干扰时依然能实现渐进跟踪;与其他2种控制方法相比,该方法表现出更高的跟踪精度和更强的鲁棒性。

基于扰动观测器和改进自适应二阶快速终端滑模的PMLSM伺服系统控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)在运行时易受到摩擦力、负载扰动及环境变化等不确定影响,设计一种基于扰动观测器和自适应二阶快速终端滑模控制方法。首先,该方法在高阶滑模的基础上结合了快速终端滑模控制,有效加快了系统响应速度。其次,在二阶滑模面的基础上引入条件积分项,该项仅作用于边界层内部,能够有效避免滑模到达阶段由于积分饱和现象导致的超调量过大及响应时间过慢的问题。此外,设计自适应切换控制律,使切换增益在合理的区间内,并根据系统状态进行实时更新,从而削弱抖振现象。最后,为进一步提升系统的鲁棒性,采用扰动观测器对PMLSM系统的集总不确定性进行补偿。经实验验证,该控制方法具有良好的位置跟踪精度和强鲁棒性,且对系统抖振现象有明显削弱作用。

基于双环自适应滑模控制的高速列车运行追踪

针对列车高速运行跟踪控制问题,提出了一种基于双环结构的RBF神经网络自适应滑模控制算法。首先系统结构分为位移与速度控制子系统,防止列车因单个控制器故障而失控;在此基础上采用积分滑模控制,加强控制器的鲁棒性;同时在速度子系统中引入参数自适应算法与RBF神经网络自适应算法削弱列车受到基本阻力、附加阻力以及不确定性阻力带来的影响;最后通过Lyapunov稳定性分析证明系统的稳定性。通过仿真实验结果表明,位移误差在[-3.3×10^(-4),1.9×10^(-4)]范围以内,速度误差在[-2.1×10^(-2),3.1×10^(-2)]范围以内,该算法可以实现对列车的速度与位移精确追踪。

不确定非线性系统的自适应反演终端滑模控制

针对一类参数严格反馈型不确定非线性系统,本文提出一种自适应反演终端滑模控制方法.反演控制的前n?1步结合自适应律估计系统的未知参数,第n步采用非奇异终端滑模,使系统最后一个状态有限时间内收敛.利用微分估计器获得误差系统状态的导数,并设计了高阶滑模控制律,去除控制抖振,使系统对于匹配和非匹配不确定性均具有鲁棒性.同自适应反演线性滑模方法相比,所提方法提高了系统的收敛速度和稳态跟踪精度,并且控制信号更加平滑.仿真结果验证了该方法的有效性。

自适应反演滑模控制在火箭炮交流伺服系统中的应用

针对某火箭炮俯仰运动的位置控制问题,采用了一种自适应反演滑模控制方法。自适应反演控制律保证了闭环系统最终有界,使伺服系统能够全局渐进跟踪参考位置指令,从而达到交流伺服系统稳定跟踪控制的目的,滑模控制抑制了模型参数摄动和外界干扰的影响。通过不同条件下的仿真研究,分析了自适应机制和滑模控制在运动控制中的作用,结果表明该方法具有较强的适应性及鲁棒性。

自主水下航行器轴向运动的自适应反演滑模控制

研究了自主水下航行器在未知海流作用下的轴向运动跟踪控制问题,采用非线性反演设计技术,引入自适应机制在线估计未知海流速度和模型参数,用滑模控制克服系统中的未建模动态特性,保证了轴向位置跟踪误差的全局渐近稳定性。仿真结果表明,该自适应反演滑模控制具有良好的鲁棒性和自适应性。

自适应积分逆推滑模励磁控制研究

电力系统参数摄动和外界干扰等因素对励磁系统影响很大,该文选择易于测量的状态变量建立鲁棒励磁控制系统模型,结合逆推设计方法和自适应滑模控制理论设计励磁控制器。按照逆推设计方法,逐步构造了李亚普诺夫函数,在构造虚拟控制信号时引入误差的积分项;给出阻尼系数的自适应律;设计了新的滑模面,从而得到最终的控制规律,对干扰进行抑制。仿真实验结果表明,系统在动静态响应性能上均优于常规逆推控制,说明这种控制方法能够改善系统的电压和功角稳定性。

BTT导弹的自适应滑模反演控制设计

针对具有非匹配不确定性的BTT导弹非线性动力学模型,结合反演控制、自适应控制和滑模控制方法,设计了一种新颖的BTT导弹自适应反演滑模控制器。反演设计的每一步中均采用具有范数型切换函数的连续滑模控制律,并采用自适应算法对不确定性的上界进行估计。将虚拟控制量的导数作为不确定性处理,利用自适应滑模控制的鲁棒性对其进行补偿,解决了"计算膨胀"问题,简化了控制系统的设计,并且设计中无需事先已知气动参数摄动的上界。采用Lyapunov稳定性理论证明了跟踪误差最终有界。仿真结果显示了本文设计方法的有效性。

电液比例式推进系统的自适应反演滑模控制

针对电液比例阀驱动的水下推进系统存在液压系统强非线性、易受外界温度压力以及水动力性能变化引起的参数不确定性的问题,提出一种自适应反演滑模控制方法.该方法结合实验辨识和自适应参数控制器设计方法分别对电液比例复杂耦合系统和不确定系统参数进行简化分析和在线估计,使用李雅普诺夫稳定性理论保证了系统全局渐近稳定以及系统状态的有界性.以国家发展高科技计划4 500米级深海作业系统-"海马号"ROV的螺旋桨推进系统为研究对象,使用提出的控制方法与传统PID控制器进行对比试验.仿真和水池试验结果表明,所设计的自适应反演滑模控制器对参数变化以及未知外界干扰具有较强的鲁棒性,可以很好地跟踪螺旋桨转速参考轨迹,获得较好的稳态控制精度和动态性能;同时修正后的参数估计能够保证在外界未知干扰下估计参数的有界性.

基于自适应模糊滑模的复合控制导弹制导控制一体化反演设计

针对姿控式直接力/气动力复合控制导弹,提出一种基于滑模反演控制的制导控制一体化控制律。通过引入指令滤波器,避免了传统反演设计存在的计算膨胀问题;设计自适应模糊逼近器对系统不确定函数进行逼近,并构造误差滑模面来补偿模糊逼近误差及有界干扰对系统的影响,通过在线自适应调整控制律参数实现系统的鲁棒性。具体的数值算例仿真计算表明:在目标机动的情况下,所设计的一体化制导控制系统具有较强的抗干扰能力,在保证系统稳定的同时可达到满意的制导控制效果。

倾斜转弯高超声速飞行器滚动通道的自适应全局积分滑模控制

针对倾斜转弯高超声速飞行器滚动通道控制中初始误差大、系统参数不确定和干扰严重的问题,设计了一种自适应全局积分滑模控制方法。该方法在滑模控制参数中引入了自适应调节律来逼近系统参数摄动和干扰的上界,保证了整个控制过程中的滑模可达性,在此基础上,设计了一种基于全局积分滑模面的自适应滑模控制器,消除了稳态误差,同时大大削弱了系统参数不确定和干扰对系统的动态影响,并使系统在初始阶段就处于滑模态,解决了大的初始误差引起的超调问题。理论分析和仿真结果验证了本文所提方法的有效性。

基于反演设计的机器人自适应动态滑模控制

针对机器人跟踪控制问题,设计了一种新型的动态滑模控制器,采用反演(backstepping)方法设计一种新的切换函数,将不连续项转移到了控制的一阶导数中,得到了输入的平滑性的动态滑模控制律。该控制律能保证轨迹跟踪误差的快速收敛性和参数不确定的鲁棒性,仿真实例验证了该控制算法的有效性。

水下航行器轴向运动的自适应积分反演跟踪控制

研究水下航行器轴向运动的非线性跟踪控制问题。针对广泛存在的未知海流、动态模型中的未知参数、以及外部常值扰动等不确定性因素,采用先进的自适应积分反演控制方法,用自适应机制克服未知海流和模型参数的不确定性,并在反馈中加入积分项提高系统对未建模动态特性的鲁棒性,使水下航行器能够全局渐近跟踪参考位置指令。通过不同条件下的仿真研究,分析了自适应机制和积分项在运动控制中的作用,并验证了闭环跟踪系统的全局渐近稳定性。

永磁球形电机的自适应反演滑模控制

针对非线性、强耦合、直驱型的永磁球形电机动力学系统,设计了一种自适应反演滑模控制器。首先,通过拉格朗日第二方程以及卡尔丹角坐标变换建立永磁球形电机的转子动力学方程。然后,将反演设计方法和滑模控制有机结合抑制外界扰动和参数摄动的影响。其中,基于类李雅普诺夫方法获得外界扰动上界的自适应律,并采用一种新颖的趋近律消除抖振问题。最后,仿真结果对比证实:该控制器不仅能保证永磁球形电机动力学系统高精度的轨迹跟踪、快速的动态响应,而且对外界扰动具有较强的鲁棒性。