基于Quasi-continuous高阶滑模理论的高超声速飞行器控制

针对高度非线性、强耦合、参数不确定性的高超声速飞行器数学模型,首先应用精确线性化将其非线性的数学模型转化成符合控制设计要求的等效线性模型,然后引入了Quasi-continuous高阶滑模控制理论,同时采用鲁棒精确微分器来克服测量的困难。模拟结果表明所设计的控制器对参数不确定性具有很好的鲁棒性,而且达到了期望的性能指标。

二维直线电机的无模型高阶滑模解耦控制

针对二维直线电机运动系统存在的非线性、多变量、不确定性以及强耦合作用对控制精度的影响,提出一种无模型高阶滑模解耦控制方法。以紧格式动态线性化无模型控制技术为基础,设计一种数据驱动滑模面并验证滑模面的渐进稳定性;利用高阶滑模控制思想设计高阶滑模控制律,对二维直线电机XY轴进行整体控制,减小位置跟踪误差,并进行稳定性和收敛性证明。采用自适应解耦控制策略,设计离散扩张状态观测器对系统两轴间耦合、未建模动态和未知外部干扰进行估计和补偿,进一步实现系统的解耦。仿真和实物实验结果表明,所提方案能够有效提高二维直线电机的位置控制精度。

基于改进自适应高阶滑模的液压缸位移跟踪控制

电液伺服系统具有高度非线性、模型参数不确定等特点,给液压缸位移跟踪控制造成了困难。高阶滑模是一种变结构非线性控制方法,它可以实现系统的鲁棒控制,同时抑制系统的抖动,非常适用于电液伺服系统的控制。但高阶滑模也存在控制器的参数难以设置、系统响应速度慢的问题。对此,提出在自适应高阶滑模的基础上加入比例反馈的复合控制策略。针对高阶滑模的控制参数难以设置的问题,提出基于时滞控制理论的参数自适应调整算法,既保证了系统稳定又降低了控制信号的抖动幅值。在自适高阶滑模的基础上加入比例控制以提高系统的响应速度。建立了电液伺服系统的仿真模型,仿真结果表明:自适应高阶滑模使控制信号的振幅进一步减小,有效抑制了液压缸的抖动;加入比例控制之后,系统的响应速度大幅提升,位移跟踪误差也显著减小。

高超声速飞行器高阶滑模控制器设计

针对高度非线性、强耦合、参数不确定性的高超声速飞行器纵向运动数学模型,设计了一种基于Quasi-continuous高阶滑模理论的控制器,并与传统滑模控制器进行了分析和比较。仿真结果表明,Quasi-continu-ous高阶滑模控制在高度阶跃响应时间上比传统滑模控制减少了30%,速度阶跃响应时间比传统滑模控制减少了约56%。说明所设计的控制器能较好地满足在极端环境中飞行的高超声速飞行器对控制指令响应时间的要求。因此,该项研究对高超声速飞行器控制系统的设计有十分重要的参考价值。

线控转向系统的自适应高阶滑模控制

车辆线控转向(steer-by-wire,SbW)系统存在摩擦力矩及回正力矩等不确定动态特性,难以实现精确建模与有效控制.为此,提出一种基于自适应模糊逻辑系统的自适应高阶滑模(adaptive higher-order sliding mode,AHOSM)方法,实现SbW系统的有效控制.首先,通过自适应模糊逻辑系统逼近SbW系统的未知动态,使控制器的设计不再需要摩擦力矩及回正力矩的动力学模型;其次,采用高阶滑模和自适应增益技术削弱传统滑模控制器存在的抖振现象;再次,通过构造Lyapunov函数设计增益自适应律补偿逼近误差和系统不确定项对控制精度的影响,该方案不需要系统不确定项的界已知,且能够避免增益过估计现象;最后,通过稳定性分析证明该控制器可以在有限时间内建立实际滑动模态,数字仿真和硬件在环实验进一步验证了该控制方法的有效性和优越性.

基于高阶滑模的舰载机着舰动力补偿系统仿真

将舰载机模型视为多输入多输出系统,基于Quasi-Continuous高阶滑模同时设计姿态稳定系统和迎角恒定的动力补偿系统。为避免传统微分环节对输入噪声的放大作用,采用鲁棒精确微分器对滑模面的高阶导数进行计算;为使系统有较快的响应速度,基于ITAE准则,对Quasi-Continuous高阶滑模控制器中参数的选取进行优化。仿真结果表明,在舰尾流存在的情况下,所设计的动力补偿系统能使航迹角准确快速地响应姿态角指令。