Robust control for a class of uncertain switched fuzzy systems

A model of uncertain switched fuzzy systems whose subsystems are uncertain fuzzy systems is presented. Robust controllers for a class of switched fuzzy systems are designed by using the Lyapunov function method. Stability conditions for global asymptotic stability are developed and a switching strategy is proposed. An example shows the effectiveness of the method.

Robust sliding mode control for uncertain discrete time systems

A novel variable structure control (VSC) strategy with a dynamic disturbance compensator based on the reaching law for a class of uncertain discrete systems is presented. The robust stability to disturbance and the system dynamics in the vicinity of the switching plane are studied. A measure of the uncertain parameters and external disturbance is obtained through delaying every sampling time. Theoretical analysis and experimental simulation results demonstrate that the dynamic performance and robustness of the closed-loop system are improved effectively.

码垛机器人的幂次指数趋近律变结构控制

为提高码垛机器人的控制精度,并保证系统在存在建模误差及扰动时的鲁棒性,设计了一种基于幂次指数趋近律的变结构控制算法。建立了二连杆机械臂数学模型,分析了三种趋近律的缺点,比较并提出了幂次指数趋近律。提出了使用求解微分方程的办法分三个阶段来研究算法的鲁棒性。分析了有界综合扰动极限值与控制器参数之间的关系。使用新算法得出了机器人在不含扰动时的仿真结果,解出了变结构控制三个阶段的微分方程,得出了机械臂在存有建模误差及扰动时的仿真结果。幂次指数趋近律变结构控制算法提高了码垛机器人的控制精度,在系统存在各种误差及扰动条件下具有极强鲁棒性并依然可以保证很高的控制精度。

An Adaptive Fuzzy Control Model for Multi-Joint Manipulators

Multi-joint manipulator systems are subject to nonlinear influences such as frictional characteristics,random disturbances and load variations.To account for uncertain disturbances in the operation of manipulators,we propose an adaptive manipulator control method based on a multi-joint fuzzy system,in which the upper bound information of the fuzzy system is constant and the state variables of the manipulator control system are measurable.The control algorithm of the system is a MIMO(multi-input-multi-output)fuzzy system that can approximate system error by using a robust adaptive control law to eliminate the shadow caused by approximation error.It can ensure the stability of complex manipulator control systems and reduce the number of fuzzy rules required.Comparison of experimental and simulation data shows that the controller designed using this algorithm has highly-precise trajectory-tracking control and can control robotic systems with complex characteristics of non-linearity,coupling and uncertainty.Therefore,the proposed algorithm has good practical application prospects and promotes the development of complex control systems.

基于非奇异快速积分终端滑模的机械臂鲁棒控制

为了克服机械摩擦、未知负载和模型误差等不确定性因素对机械臂控制精度的影响,采用指数障碍李雅普诺夫函数设计了非奇异快速积分终端滑模有限时间鲁棒控制律。首先,建立了带有各类不确定性因素的机械臂数学模型,并通过设计的观测器准确地估计出干扰值;然后,利用机械臂转角误差设计了非奇异快速积分终端滑模面,在指数障碍李雅普诺夫函数的基础上,设计出了有限时间鲁棒控制律;最后,通过稳定性分析验证了设计的有限时间鲁棒控制律能够在有效时间内收敛。三自由度机械臂的仿真结果表明:提出的有限时间鲁棒控制律能够有效克服不确定性因素对机械臂控制精度的影响,观测器的最大估计误差为0.1(°)/s 2,机械臂各关节转角的最大跟踪误差为0.1°,验证了设计方法的有效性。在三维空间固定坐标定位实验中,机械臂在提出的有限时间鲁棒控制律作用下的最大定位误差为0.22 cm,最长运行时间为2.2 s,验证了在实际工程应用中能够实现更高的控制精度和运行效率。

Sliding mode control of engine-variable pump-variable motor drive system

Engine-variable pump-variable motor drive system is a complex nonlinear system. In order to improve system response speed and stability,a sliding-mode variable-structure control based on a feedback linearization theory is analyzed in this research. A standardized system model is established and linearized by the feedback linearization theory,and the input dimension is reduced through the relationship between variables which has simplified the linearization process. Then the sliding-mode controller using an exponential reaching law is designed and the Lyapunov stability of this algorithm is verified. The simulation results show that the sliding-mode variable-structure controller based on the feedback linearization theory can improve system response speed,reduce overshoot and achieve stronger robustness,so the vehicle speed control requirements can be satisfied well.

基于终端滑模的六旋翼无人机有限时间鲁棒控制

为了提高六旋翼无人机在复合扰动下的控制效果,设计一种终端滑模鲁棒控制方法,能够在有限时间内实现稳定控制。建立六旋翼无人机的运动与姿态模型,在运动模型鲁棒控制律设计过程中,引入终端滑模来改善控制效果,并设计自适应律来补偿复合干扰;在姿态模型鲁棒控制律的设计过程中,提出终端滑模模糊系统来补偿复合干扰;在有限时间内实现了六旋翼无人机的全局渐进稳定。实验结果表明,提出的终端滑模有限时间鲁棒控制律与一般滑模控制方法相比,具有更优的稳定性、准确性和快速性,能够在0.1 s内实现全局鲁棒控制,位置和姿态的最大跟踪误差分别仅为0.1 m和0.3°,有效提升了六旋翼无人机的鲁棒性。

基于滑模自抗扰控制的变绳长塔机防摆控制

塔式起重机在实际应用中,由于绳长的变化会加剧负载(货物)的摆动,使得货物很难被快速、准确地运输到指定的位置。因此,为了对塔式起重机负载进行精确定位及防摆控制,提出了一种基于滑模自抗扰控制(SM-ADRC)的变绳长塔机防摆控制方法。首先,根据拉格朗日方程得出了系统的动力学方程,并依据动力学方程将系统分为了变幅、回转、提升3个子系统,并对每个子系统分别设计了线性扩张状态观测器(LESO),观测和补偿了对应回路中因参数变化、系统耦合及外界因素引起的未知总干扰;然后,结合滑模控制(SMC),设计了带有干扰补偿的非线性误差反馈控制律;最后,在MATLAB/Simulink中,在快速性、鲁棒性方面,对比分析了滑模控制方法与滑模自抗扰控制方法的控制性能。研究结果表明:相比于滑模控制方法,滑模自抗扰控制方法对塔机防摆控制时间缩短了25.5%,并且该方法不仅可以提高塔机的快速响应性能,而且具有较强的鲁棒性和自适应性,可以对塔式起重机负载进行精确定位及有效的防摆控制。

移动装配机器人手臂的滑模鲁棒控制方法

为了克服外界干扰、未知负载等不确定性和电机动态特性对移动装配机器人手臂末端空间轨迹跟踪的影响,提出了一种基于扩张状态观测器的滑模鲁棒控制律。首先建立了包含不确定性和电机动态特性的数学模型,然后设计了扩张状态观测器来准确估计不确定性,在此基础上提出了滑模鲁棒控制律,最终实现了对移动装配机器人手臂末端空间轨迹跟踪的高精度控制。仿真结果表明,所设计的滑模鲁棒控制律具有更优的控制效果,移动装配机器人手臂末端空间轨迹的最大跟踪误差仅为0.5 cm,所设计的扩张状态观测器能够准确估计不确定性,最大估计误差仅为0.2 N·m,估计精度较高。移动装配机器人手臂空间固定坐标定位实验结果表明,在基于扩张状态观测器的滑模鲁棒控制律的作用下,移动装配机器人手臂末端空间轨迹的最大跟踪误差仅为0.24 cm,平均每次定位的运行时间仅为1.55 s,表现出了更优的快速性、准确性和工程实用性。

改进趋近律的板球系统鲁棒滑模控制

板球系统作为一种非线性的不稳定系统,影响系统的不确定因素较多。针对系统中的扰动问题,提出了一种基于趋近律的滑模控制方案。首先,系统建模时将非线性系统进行解耦,实现线性化处理,假设系统在不良环境下受到多种干扰,故在系统建模时对平板与小球同时引入不确定扰动;其次,依据Hurwitz条件设计滑模函数,在控制器的设计中对指数趋近律进行改进;定义Lyapunov函数,根据LaSalle不变性原理证明闭环系统渐进稳定;最后,利用Simulink进行仿真实验,结果表明所设计的控制方案在不同的干扰下,轨迹跟踪误差较小,系统响应速度较快,具有良好轨迹跟踪和抗干扰性能。

基于新型指数趋近律的直流充电桩整流器改进滑模控制

针对电动汽车直流充电桩AC/DC整流器运行条件复杂,工况频繁切换,其直流侧输出电压存在较大波动和超调的问题,提出了一种基于新型指数趋近律的滑模控制方法,以提高直流电压控制单元对扰动的快速响应与跟踪。首先,从机理上对目前充电桩三相AC/DC整流器控制方法的不足之处进行分析。其次,针对传统滑模控制中存在收敛速度缓慢和抖振的现象,在滑模面趋近律函数的构建中,提出新型指数趋近律,并以饱和函数替代符号函数,有效提高充电桩整流器控制系统的收敛速度,减小抖振。最后,在理论和仿真分析的基础上,进行负荷大扰动实验分析。结果表明,所提出的控制方法比传统PI和滑模控制具有更快的动态响应速度、更好的鲁棒性和稳定性,能够更好地适应负载的变换。

基于自适应改进终端滑模的船舶航向控制

针对船舶在航行过程中受到风、浪、流等外部环境和本身参数不确定性的影响,难以准确地跟踪期望航向的问题,设计了一种自适应改进非奇异终端滑模控制器(AINTMSC),该控制器引入自适应控制理论,对滑模控制中的趋近律增益进行自适应校正,同时对非奇异终端滑模面进行改进,提高系统收敛速度,最后利用Lyapunov稳定性理论证明了该控制算法的稳定性。以大连海事培训船“育龙”号为研究对象并利用Simulink进行仿真实验验证。实验结果表明,与常规的非奇异终端滑模控制器(NTMSC)相比,AINTMSC航向控制器具有响应速度快、控制精度高、能耗低等优势,其对风浪干扰和参数摄动都有较强的鲁棒性,控制效果良好。

非线性变结构制导律

为使导弹制导系统具有良好的鲁棒性能和适应性能,本文基于Lyapunov稳定性理论,利用滑模控制来设计导弹的末端导引规律。考虑结构摄动和目标机动加速度的界未知情况下,提出了一种基于零化视线法向速度的具有强鲁棒性的末端导引规律,这种制导律在保证系统闭环稳定的前提下能够在线对结构摄动和目标机动加速度的界进行估计。仿真验证说明所提出的方法是有效的。

三维非线性变结构寻的制导律

建立了球坐标系内的三维导弹与目标相对运动模型,基于零化导弹与目标的视线角速度设计了非线性三维变结构鲁棒末制导律。该制导律考虑了更一般的拦截情况,不依赖于碰撞线附近线性化的假设,克服了剩余时间的估计误差对制导精度的不利影响。仿真结果表明,该制导律对于目标做复杂的大机动逃逸运动,仍然能够取得较好的脱靶量。

基于滑模观测补偿的四旋翼飞行器鲁棒动态逆控制

四旋翼飞行器为欠驱动形式,其模型存在强耦合、大不确定性的特征,需设计具有强抗扰和强鲁棒能力的控制器以提升四旋翼飞行性能。首先建立包含结构参数不确定性的四旋翼飞行器动力学模型,分析其特性并基于时标分离原则进行模型的双回路划分。利用小角度假设对模型进行线性化处理并求取模型的状态空间表达形式,给出满足不确定性区间内稳定控制要求的鲁棒控制律,并采用Lyapunov理论进行控制律的全局收敛性证明。为增强控制器的抗扰性,利用Super-twisting算法设计了滑模干扰观测器对外部扰动进行观测并予以补偿。仿真结果表明,所设计的基于滑模观测补偿的鲁棒动态逆控制器在应对较大结构不确定性和外部扰动情况具有良好的控制品质。

现代飞行控制律评估与确认先进方法研究

针对系统中广泛存在的不确定性,在分析了现代鲁棒飞行控制律设计的基础上,进行先进评估与确认技术方法研究。针对目前方法的不足,结合国外一些研究成果,重点对控制律评估与确认技术进行了系统的研究和论述,提出了进行现代飞行控制律评估与确认的内容、步骤及适用的方法和评价准则,对我国在此领域的研究具有积极的意义。

飞行控制律开发中的不确定性及评估确认方法

工程上飞行控制律一般基于传统的经典控制理论设计,而且缺乏不确定性存在情况下对控制律性能的系统考查,逐渐不能适应现代飞行控制系统的发展。针对现代飞行控制系统中广泛存在的不确定性,进行控制律评估与确认技术方法研究,提出了进行现代飞行控制律评估与确认的内容、步骤、适用的先进评估方法和评价准则,并且构建了相应的可视化、自动迭代仿真环境。对我国在此领域的研究具有积极的意义。

数字缸伺服系统的自适应鲁棒滑模控制

针对存在参数不确定性、复杂非线性等特点的数字缸伺服系统,提出了自适应滑模鲁棒控制方法,在Lyapunov稳定性分析的基础上,给出了参数自适应律,设计了相应的控制器,并通过MATLAB对系统特性进行仿真分析。仿真结果表明,该控制算法改善了系统控制性能,具有较好的跟踪响应和较强的鲁棒性以及工程实用性。

基于蒙特卡罗方法的控制律鲁棒性验证

指出了蒙特卡罗方法在飞行控制系统控制律的鲁棒性验证中的作用。应用蒙特卡罗方法对某型无人机控制律的鲁棒性验证中各参数不确定性项进行建模和仿真,在建模中主要考虑了质量数据库、系统输入量以及气动数据库的不确定性这些随机因素。这种鲁棒性验证的方法也可应用于一般的飞控系统中,这种方法综合考虑了鲁棒性验证中的各项参数的不确定性组合,更加符合实际问题中的情形,也可以简化鲁棒性验证的操作。