基于非奇异Terminal滑模的导弹末制导律研究

结合导弹拦截的精确末制导问题,提出了一种基于非奇异Terminal滑模的鲁棒末制导设计方法。基于Terminal滑模控制中滑模面上的跟踪误差能够在有限时间内收敛到零的思想,在末制导滑模中引入非线性项,代替传统线性变结构滑动模态的设计,同时将目标的机动加速度视为已知的有界扰动,并实时对极值进行自适应估计,推导出一种非奇异Terminal滑模制导律(TSMG)。导弹在TSMG制导律的导引下,弹目视线角速度可以快速收敛,从而保证导弹有很高的命中精度。仿真结果表明非奇异Terminal滑模制导律设计的有效性。

喷浆机器人大臂的非奇异Terminal滑模控制与数值仿真

给出RPJ-X型喷浆机器人大臂的动力学方程,在此基础上设计其非奇异Terminal滑模控制,主要包括该控制系统的状态响应、阶跃响应以及正弦位置跟踪。数值仿真表明,整个系统反应快速、灵敏,而且抗干扰能力显著提高。

INS/GPS制导炸弹非奇异Terminal滑模制导律设计与仿真

针对INS/GPS制导炸弹的特点,提出了有落角约束的非奇异terminal滑模鲁棒制导律。该制导律能够保证在末制导阶段获得一个陡峭的飞行弹道,以减小高度测量误差的影响;同时具有强鲁棒性,能抑制视线角速度测量噪声,确保炸弹在大空域工作环境下有高的制导精度。以某型INS/GPS制导炸弹为例进行了仿真计算,仿真结果表明该制导律的有效性与可行性,为INS/GPS制导炸弹制导和控制系统设计提供了一种适用的方法。

基于扰动观测器的制冷机组非奇异terminal滑模控制

针对压缩制冷机组的温度控制问题,在分析机组机理的基础上,基于现有实验平台,采用改进的分区集中参数法,结合机理建模与实验辨识,提出制冷机组合理简化后的模型,并通过仿真与实验曲线对比,验证模型的准确性;设计蒸发器子系统的扰动观测器,证明扰动估计误差的有界性,并将扰动及其导数的估计值引入滑模面设计中;提出一种非奇异terminal滑模面,将二阶滑模与terminal滑模相结合,设计控制率,最后与传统滑模法进行仿真对比。研究结果表明:提出的控制方法对扰动具有良好的动态性能,同时消除了抖振。

一类二阶非线性不确定系统的非奇异Terminal滑模控制

在分析传统的Terminal滑模控制的基础上,发现系统状态虽然能在有限时间到达滑动模态,并在有限时间内收敛到平衡点,但传统的Terminal滑模控制律容易使系统出现奇异问题.为了克服Terminal滑模控制的奇异问题,针对一类二阶非线性不确定系统提出了非奇异Terminal滑模切换函数,并证明了采用非奇异Terminal滑模控制律,不仅避免了系统出现奇异问题,而且能保证系统状态在有限时间内到达滑动模态并收敛到平衡点.最后通过实例比较2种滑模控制方法,仿真结果验证了非奇异Terminal滑模控制的有效性.

一类不确定系统的自适应非奇异Terminal滑模控制

提出针对一类不确定系统的自适应非奇异Terminal滑模控制。确定含非线性项的滑模面,通过构造李亚普洛夫函数的方式确定控制器结构,设计自适应增益控制律实时估计不确定参数,并考虑外扰动的影响,证明控制系统的稳定性和鲁棒性。仿真结果验证自适应非奇异Terminal滑模控制器能够使不确定系统状态变量快速收敛。

基于非奇异terminal滑模控制的车辆横向控制算法研究

针对车辆数学模型非线性、强耦合等特点,设计了基于非奇异terminal滑模控制器,该控制器适用于非线性系统,相较于传统滑模控制器,能够在有限时间内使系统误差收敛到零。但是在应用非奇异terminal滑模控制器的过程中发现,系统抖振过大,为了削弱抖振幅度,将控制率中的符号函数设计为修正的饱和sat函数,从而有效削弱系统抖振。利用MATLAB中的simulink进行了车辆横向控制仿真实验,实验结果表明,相较于传统滑模控制器,在跟踪期望路径时能够更加快速地使跟踪误差收敛至零,相较于采用符号函数sgn的非奇异terminal滑模控制器,可大幅度削弱车辆前轮转角抖振幅度,抖振幅度有效减小90%~95%。

一类非线性不确定系统的非奇异Terminal滑模控制

针对一类二阶非线性系统提出新的Terminal滑模控制面以克服传统的Terminal滑模控制的奇异问题,同时确保系统从任何初始状态能在有限时间内收敛至平衡点.进一步考虑系统参数摄动和外界扰动等不确定性因素上界的未知性,用Lyapunov稳定性方法给出了一个带有未知性上界参数估计的自适应非奇异Terminal滑模控制(NTSM)控制.最后通过实例比较三种滑模控制方法,仿真结果验证了非奇异Terminal滑模控制能克服传统的Ter-minal滑模控制的奇异问题,并说明了自适应非奇异Terminal滑模控制的有效性和可行性.

无人自行车的自适应非奇异终端滑模平衡控制研究

无人自行车会受到内部参数摄动、负载扰动、外部地况变化干扰等不确定性因素的影响,为了提升系统侧向的稳定控制性能,提出一种融合自适应非奇异终端滑模控制(Adaptive Non-Singular Terminal Sliding Mode Control, ANSTSMC)和线性扩张状态观测器(Linear Expansion State Observer, LESO)的平衡运动控制方法。首先,利用无人自行车线性变参数(Linear Parameter Varying, LPV)模型设计一种LESO来估计系统的总扰动,并将观测到的扰动补偿到控制策略中;然后,结合系统状态设计自动滑模切换增益,构建自适应非奇异终端滑模控制器,迫使无人自行车状态快速收敛到竖直的平衡点。数值仿真结果表明:当受到不同负载和不同车速的参数摄动时,ANSTSMC系统仍能够在-10°~10°范围内有效地校正自行车的侧向倾角,并且相较于传统的线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator, LQR)、全阶滑模控制器(Full Order Sliding Mode Controller, FOSMC)和降阶滑模控制器(Reduced Order Sliding Mode Controller, ROSMC),系统收敛的快速性、稳定范围和鲁棒性都具有明显的优势。物理样机实验结果进一步证明:即使受到负载变化和地况突变冲击干扰,ANSTSMC控制器依然能够较好地使车体保持直立平衡行走,并且其侧向倾角调整的范围在-3.5°~3.5°之间。

永磁同步电机非线性增益非奇异快速终端滑模控制

为了研究传统滑模控制中系统误差在有限时间内无法收敛至0以及传统滑模控制中系统抖振与收敛速度互不兼容的问题,提出一种非奇异快速终端滑模控制与扰动观测器结合的速度控制器。通过将参数可变的非线性函数作为增益代替固定增益加入滑模控制策略中从而改善系统响应速度同时减小系统的抖振。针对转矩扰动对系统的影响,加入负载转矩扰动观测器并补偿到q轴电流中以进一步提高控制器抗负载扰动能力。根据李雅普诺夫稳定性理论对提出的新型滑模控制器进行稳定性证明,经过仿真和实验证明,电机在启动时响应快、无超调且抖振较小,在突加转矩时转速波动小且恢复时间迅速,证明了改进后的变增益非奇异终端滑模控制与传统非奇异快速终端滑模控制策略相比可以提高动态性能的同时抑制系统抖振、增强系统的鲁棒性。

永磁直驱风力发电机非奇异终端滑模控制

为提高永磁直驱风力发电系统的抗扰能力和控制精度,提出了一种扰动观测器与非奇异快速终端滑模控制相结合的最大功率跟踪控制策略。利用扰动观测器得到风力发电机的转矩变化,对控制器进行前馈补偿;采用非奇异快速终端滑模面提高控制器的动态性能,实现系统快速收敛,减少因扰动引起的抖振。仿真结果表明,所提策略在随机风速的情况下可以准确估计转矩变化,提高最大功率跟踪过程中的转速跟踪精度和风能利用率。

基于非线性扰动观测的储能双向DC-DC变换器非奇异终端滑模控制策略

在光储直流微电网系统中,储能双向DC-DC变换器在储能设备与直流母线之间起着关键的接口作用,其在光伏输出功率及负载大信号扰动下的性能优劣至关重要,将直接影响着直流母线电压的稳定运行。为此,提出了一种基于非线性扰动观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)的非奇异终端滑模控制策略。首先采用基于微分几何理论的精确反馈线性化方法,将双向DC-DC变换器系统的状态空间模型转化为布鲁诺夫斯基标准式,并利用非线性扰动观测器对系统扰动量进行估计和补偿。在此基础上设计非奇异终端滑模控制器,并根据李雅普诺夫稳定性理论,证明所提控制策略的稳定性;进而分析所提控制策略的收敛性。最后,通过仿真验证所提控制策略的有效性。仿真结果表明,与文献中典型非线性控制策略相比,本文所提控制策略在光伏输出功率和负载有较大扰动时响应时间较快,并具有电压过充小、稳态误差小的优点。

非最小相位高超声速飞行器非奇异滑模控制

针对受外界干扰和非最小相位影响下的高超声速飞行器的跟踪控制问题,提出基于Byrnes-Isidori(B-I)标准型的滑模控制策略。设计新的积分滑模面和新型复合趋近律,在趋近律中将指数函数和符号函数结合,提高高超声速飞行器的抗抖振能力和快速收敛性能。采用滑模控制方法构造鲁棒滑模控制器,保证内部动态的渐近稳定性。同时构造非奇异终端滑模控制器,保证速度跟踪误差的实际有限时间稳定性和外部动态的有界稳定性。结合非奇异终端滑模控制具有鲁棒性强、收敛速度快等特点,设计终端滑模干扰观测器解决速度子系统和航迹角子系统中的外界干扰问题,并利用Lyapunov理论进行稳定性分析,证明了估计误差的实际有限时间稳定性,对比仿真结果表明了基于B-I标准型的滑模控制策略的可行性和有效性。

基于复合非奇异快速终端滑模算法的PMSM位置控制

针对永磁同步电机(PMSM)位置控制系统在参数摄动和负载扰动等各种不确定性下的位置跟踪精度低和鲁棒性差的问题,提出了一种结合非奇异快速终端滑模控制(NFTSMC)和扰动观测器的复合控制策略。首先,NFTSMC采用了具有全局快速收敛特性的非线性滑模面,结合连续的滑模控制率设计了位置控制器,通过Lyapunov定理证明了其稳定性。然后,为了进一步提高永磁同步电机位置控制系统的鲁棒性,引入扩张状态观测器来精确估计系统的集总扰动并对位置控制器进行前馈补偿。最后,仿真与实验结果表明,与传统的滑模相比,所提出的复合滑模控制策略具有更快的动态响应、更高的跟踪精度和更强的鲁棒性。

动态约束下船舶固定时间非奇异滑模包容控制

为了解决动态约束下的无人船鲁棒包容控制问题,以固定时间稳定性理论为基础,结合预设性能函数和滑模控制技术,提出一种固定时间非奇异滑模鲁棒包容控制律。首先,设计固定时间扩张观测器,对速度不可测以及集总不变项进行估计。然后,通过设计性能函数实现对包容跟踪偏差的约束,结合转换函数转换成无约束问题对包容控制偏差进行约束控制。进一步,构造非奇异滑模面并设计固定时间趋近律,实现跟随船在固定时间内收敛至虚拟领导船张成的凸包内。最后,利用固定时间稳定性理论证明系统误差在固定时间内收敛于平衡点。仿真结果说明,所提控制律可以使多无人船在固定时间内形成高精度且稳定的编队形式并且在设置的预设性能下实现包容控制偏差的收敛。

一种改进趋近律的PMSM非奇异终端滑模控制

为了提高永磁同步电机(PMSM)伺服控制系统的响应速度和鲁棒性,文章提出了一种基于终端滑模的永磁同步电机控制方法。首先对传统滑模面收敛性进行分析,引入了非奇异终端滑模面;其次在传统趋近律的基础上提出了一种新型趋近律,并设计了基于新型的趋近律的电流-转速控制器;最后设计了滑模观测器对电机存在的扰动进行前馈补偿,并进行转速观测。通过软件仿真和实验证明,所提出的新型控制算法较好地抑制了永磁同步电机在接近平衡点时的抖振问题,且具有较低的超调量、良好的抗扰动能力和较快的响应速度,验证了所提方法的可行性和有效性。

基于非奇异终端滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

基于滑模观测器(sliding mode observer, SMO)的永磁同步电机无传感器控制中,SMO的收敛速度和固有抖振均会影响系统的控制性能.针对该问题,设计一种非奇异终端滑模观测器(nonsingular terminal sliding mode observer, NTSMO)以实现永磁同步电机的无传感器控制.首先,构造积分型非奇异快速终端滑模面,使得电流观测误差在有限时间内快速收敛至零,避免奇异问题;其次,利用锁相环方法从观测的反电动势中获取转子的位置和速度,不仅可简化系统,而且能得到更为平滑的估计转子位置和转速;最后,通过Lyapunov函数证明该观测器的稳定性,并利用Simulink软件进行仿真验证.结果表明:采用NTSMO可实现对永磁同步电机转速的准确估计,且转子位置误差小,静态响应好;与传统的SMO相比,NTSMO的收敛速度更快,反电动势抖振更小,其系统控制性能更佳.

基于STESO的PMSM非奇异快速终端滑模控制

为了提高永磁同步电机驱动系统速度控制器的跟踪性能和鲁棒性,提出了一种基于超螺旋扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模复合控制器。首先,采用一种基于新型变指数趋近律的非奇异快速终端滑模控制算法设计速度控制器,该趋近律在常规指数趋近律中引入系统状态变量,加快系统收敛到滑模面的速度,同时保持较小的抖振;其次,提出了一种超螺旋扩张状态观测器来观测系统的扰动,并补偿给速度控制器,提高了速度控制系统的鲁棒性;最后,通过仿真和实验证明所提方法的有效性。

极端工况下永磁同步电机改进非奇异终端滑模控制

针对永磁同步电机控制系统性能易受参数变化、外部扰动等不确定性因素影响而下降的问题,设计了一种转速环改进型非奇异终端滑模控制方法。首先,建立永磁同步电机的数学模型;然后,采用改进型指数趋近律与非奇异终端滑模面相结合设计控制器;同时,利用扩展滑模扰动观测器估计系统中不确定性参数,并通过Lyapunov函数证明了其稳定性;最后,通过仿真实验对所提出的控制方案的有效性进行了分析验证。结果表明,与PI控制和传统NTSMC方法相比,该方法在保证快速收敛的同时明显削弱了抖振现象,具有一定的鲁棒性和抗干扰性。

基于磁链观测的永磁直线同步电机自适应非奇异快速终端滑模控制

针对应用于电磁弹射的永磁直线同步电机(PMLSM)无位置传感器控制系统易受参数变化等不确定因素影响,提出一种将磁链观测器与自适应非奇异快速终端滑模控制(ANFTSMC)相结合的组合控制系统。该组合控制系统针对含有不确定参数的PMLSM,设计磁链观测器实时计算电机动子的位置和速度信息,确保控制系统快速获得准确的运行参数,并利用ANFTSMC自适应调整系统收敛速度的特性,抑制不确定因素的影响,提高系统的响应速度,避免终端滑模控制出现的奇异性问题。通过仿真分析验证,该控制系统可以在保证跟踪精度和响应速度的同时,削弱抖振,实现PMLSM无位置传感器情况下快速、平稳运行,该控制系统能够满足电磁弹射的工程应用要求。