基于有限时间干扰观测器的改进模型水下机器人自适应鲁棒容错控制

针对无人水下机器人(unmanned underwater vehicle,UUV)工作中存在的执行器故障,在系统不确定性与外界干扰下,提出一种基于有限时间扰动观测器(finite time disturbance observer,FTDO),并结合改进模型的自适应鲁棒容错控制方法。一方面,FTDO能在有限时间内对外界环境干扰进行估计;另一方面利用滑模控制加上径向基神经网络(radial basis function neyral network,RBF)的万能逼近特性,建立带有执行器故障的输入补偿;其中改进模型的引入解决了系统不确定性导致的输入饱和,提高了稳定性与鲁棒性;其次采用一种新型的双幂趋近律使滑模量在更短时间收敛到稳态误差界内;仿真与水池实验结果表明了所提方法相对于滑模控制有着更好的容错效果。

非最小相位的单电感双输出Buck-Boost变换器的复合控制方法

单电感双输出Buck-Boost (SIDO Buck-Boost)变换器在电感电流连续模式(CCM)下工作存在交叉影响以及非最小相位特性的问题.为了解决上述问题,提出基于储能函数的扩张状态观测器(ESO)的改进非奇异快速终端滑模(NFTSM)和自抗扰控制(ADRC)相结合的控制策略.设计主路控制器,对系统的传递函数进行拟合得到ADRC范式,利用该范式对主路进行解耦控制.设计支路控制器,采用改进型ESO对储能函数进行观测,并将观测值反馈补偿到非奇异快速终端滑模控制律中,达到支路解耦的效果.为了抑制滑模控制的抖振问题,对趋近律进行改进.利用Lyapunov理论证明系统稳定性.基于硬件在环(HIL)实验平台进行实验验证.结果表明,所提控制策略与PI控制策略以及基于ESO的滑模控制策略相比,在超调量和响应时间上具有较好的效果.

基于新型趋近律和扰动补偿的永磁同步电机滑模调速系统

针对永磁同步电机传统PI调速系统中存在响应速度慢、控制精度低和鲁棒性差等问题,本文设计了一种新型滑模调速系统。首先,提出一种新型变指数趋近律,并采用新型分段指数型函数优化开关项,提升了趋近速度的同时削弱了系统抖振;其次,在新型变指数趋近律的基础上设计非奇异快速终端滑模速度控制器,进一步提高系统动态响应;最后,设计一种改进扩展扰动观测器,并基于Landau离散自适应辨识算法提出一种级联扰动补偿策略,实现对系统所受不确定扰动的前馈补偿,进一步提高调速系统的快速性和抗干扰性。仿真结果表明,所设计的滑模调速系统能够有效地提高系统的动态控制性能、控制精度和鲁棒性。

基于扩张状态观测器的PMLSM高阶自适应非奇异快速终端滑模控制

为改善永磁直线同步电机控制系统的位置跟踪精度和鲁棒性,提出了一种基于扩张状态观测的高阶自适应非奇异快速终端滑模控制方案。首先,设计了一种高阶非奇异快速终端滑模面,通过引入反馈电流实现对电机位置、速度和电流的整体控制。其次,设计新型滑模趋近律,使控制系统能快速将误差趋近于零并削弱抖振。同时,引入自适应律估计并实时调整趋近律系数。最后,设计了扩张状态观测观测外部扰动,从而提高位置跟踪系统的动态和稳态性能。基于Lyapunov稳定性理论,证明了该控制系统的稳定性。通过仿真与实验验证,结果表明,提出的控制方法能有效提高系统的位置跟踪精度,并且增强了系统的抗干扰能力。

采用新型趋近律和扰动观测器的开关磁阻电机瞬时转矩控制

针对开关磁阻电机传统控制策略易产生转矩脉动大、动态性能差的问题,提出一种基于自适应趋近律和扰动观测器的瞬时转矩控制。为避免转子进入单向导通区间出现转矩过冲现象,在滞环策略中增加了退磁信号;结合线性和终端滑模面提出了非奇异快速终端滑模函数,以实现系统在趋近、滑动阶段均能快速收敛;设计了自适应趋近律和分段切换函数以解决传统趋近律中趋近速度和抖振问题,并且为了降低切换增益,采用滑模扰动观测器将外界扰动及时前馈至控制器。以一台6/20电机进行仿真与实验验证,结果表明:新的滞环策略可以有效降低转矩脉动,且与PI、传统滑模控制相比,改进滑模方法不仅实现了转速无超调、缩短动态响应时间,而且增强了电机的抗干扰性能,输出转矩波动进一步降低。

基于快速非奇异终端滑模的隧道工程车辆轨迹跟踪研究

针对工程车辆轨迹跟踪控制方法中存在的跟踪精度低、响应速度慢、易抖动等问题,提出了一种鲁棒的非奇异快速终端滑模控制方法。首先,建立工程车辆的运动学模型和位姿误差模型。考虑到传统终端滑模存在的奇异性问题,设计了积分型非奇异快速终端滑膜控制器,使系统误差在快速收敛的同时抑制了控制器的抖振。其次考虑到传统趋近律趋近速度慢等问题,基于反步法分别设计了线速度和角速度控制律,并选用fal函数和反双曲正弦函数组合来设计趋近律,提高了系统的稳定性和趋近速度并且削弱了滑模控制的抖振。最后在Matlab软件中和传统的非奇异终端滑模控制器控制效果进行对比实验仿真。实验结果表明,与传统的非奇异终端滑模控制器相比,本文提出的非奇异快速终端滑模控制策略在跟踪精度和不同运动的鲁棒性方面具有明显的优势。

非奇异快速终端滑模控制

现有的非奇异终端滑模控制方法和非奇异快速终端滑模控制方法都存在收敛速度缓慢以及"收敛停滞"等问题,针对这些问题提出了一种改进方法。在保证控制器非奇异的条件下将原滑模面中指数项设计参数由分数扩展到正实数域,既提高了收敛速度又扩大了参数选择的灵活性;引入快速终端趋近律,将原来的线性或指数渐近趋近改进为快速终端趋近,提高了系统状态的趋近速度;对"收敛停滞"问题产生的原因进行分析,提出了设计参数所应满足的条件。最后对某无人平台进行航向跟踪数值仿真,仿真结果验证了改进方法的有效性。

导弹滑模抗干扰自动驾驶仪设计

针对拦截弹的抗干扰控制问题,设计了一种基于扩张状态观测器和快速滑模控制的三通道自动驾驶仪。首先建立考虑有界未知不确定性和外界干扰的拦截弹系统模型,构建扩张状态观测器对有界未知不确定性和外界干扰进行估计;在此基础上,根据自动驾驶仪系统特性,设计了一种快速滑模控制算法使得系统在受到有界未知不确定性和外界干扰的情况下仍然能精准快速跟踪指令信号,并基于李雅普诺夫函数证明了其稳定性。仿真结果验证了所设计控制算法的有效性。

基于新型趋近律的全局快速Terminal滑模PMLSM控制

针对滑模控制(SMC)的永磁直线同步电机(PMLSM)位置跟踪中存在收敛速度慢和系统抖振严重两个方面的问题,进一步提高PMLSM控制的跟踪精度,改善系统的动态品质,在传统的幂次趋近律基础上,引入了Fal函数,并结合新型全局快速终端滑动模态,提升系统的趋近速度并对系统抖振进行有效的控制;在SMC系统外可采用干扰观测器来对系统的扰动信号等进行前馈补偿,提高系统的抗干扰处理能力。利用MATLAB/Simulink软件进行计算机仿真,并与传统幂次趋近律SMC进行对比。仿真分析表明,该跟踪控制算法能够提高系统的跟踪与控制精度,并且增强了系统的抗扰动性能。

一种高超声速滑翔飞行器滑模控制器设计

针对高超声速滑翔飞行器(HGV)再入段姿态控制,设计了一种基于快速幂次趋近律的滑模控制器,通过仿真验证了该控制器的控制性能.仿真结果表明,该控制器能够实现对姿态角阶跃指令的良好跟踪,对参数偏差具有较好的鲁棒性,且在相同的飞行条件和控制器参数下,与基于传统幂次趋近律的滑模控制器相比具有更好的控制性能.

高机动弹道目标末端拦截的新型有限时间滑模制导律设计

针对高机动弹道目标末端拦截问题,设计了一种具有有限时间收敛特性的新型滑模制导律。首先针对目标三维运动强耦合的特点,基于视线旋转坐标系内弹目相对运动关系建模,结合降维微分几何制导律和滑模控制理论,并采用快速双幂次趋近律构造了有限时间内快速收敛的连续制导指令;同时,采用了一种在末端拦截段使视线转率随弹目相对距离的减小在有限时间内快速收敛的滑模面;进而将目标的机动加速度视为上界未知的有界扰动,并通过自适应估计实现对目标加速度上界的快速逼近,可显著提高滑模面收敛速度,同时减弱抖震现象;最后,通过李雅普诺夫定律,对所提出新制导律的稳定性进行了证明。仿真结果表明,所设计的新型制导律能有效拦截高机动弹道目标。