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基于新型趋近律的欠驱动系统解耦滑模控制

控制工程 2024年第2期31卷 295-300页

作者：岳聪聪于海生孟祥祥青岛大学自动化学院山东青岛266071 青岛大学山东省工业控制技术重点实验室山东青岛266071

针对二自由度欠驱动系统的控制问题,采用解耦的控制方法,设计了一种新型解耦滑模控制策略。考虑到滑模控制引起的系统抖振以及收敛速度慢的问题,提出了一种新型多幂次趋近律。该趋近律的第3个幂次项的指数参数设计为与滑模面相关的分段... 详细信息

针对二自由度欠驱动系统的控制问题,采用解耦的控制方法,设计了一种新型解耦滑模控制策略。考虑到滑模控制引起的系统抖振以及收敛速度慢的问题,提出了一种新型多幂次趋近律。该趋近律的第3个幂次项的指数参数设计为与滑模面相关的分段函数,第四项设计为滑模面的指数函数。控制器可以依据系统状态距离滑模面的远近自动调节参数,在不同的趋近阶段获得不同的趋近速度。以欠驱动倒立摆系统为控制对象,将该控制策略在MATLAB/Simulink平台上进行验证。仿真结果表明,提出的控制策略可以提高欠驱动系统的收敛速度,有效减小系统抖振和稳态误差。

关键词：欠驱动系统解耦控制新型趋近律滑模控制

欠驱动系统控制——模拟小型直升机试验平台的应用

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上海交通大学学报 2008年第4期42卷 554-558页

作者：张亚欧杜建福吕恬生王赓赵志刚上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为了设计和验证小型无人直升机的姿态稳定控制器,根据小型无人直升机的基本原理,设计了小型无人直升机试验平台模拟真实小型无人直升机的姿态运动.将旋翼产生的升力作为外力加载在机体上,利用拉格朗日方程建立了简化试验平台的姿态动力... 详细信息

为了设计和验证小型无人直升机的姿态稳定控制器,根据小型无人直升机的基本原理,设计了小型无人直升机试验平台模拟真实小型无人直升机的姿态运动.将旋翼产生的升力作为外力加载在机体上,利用拉格朗日方程建立了简化试验平台的姿态动力学方程.设计以修正PD控制算法为核心的分层递解姿态控制器.把系统一部分状态作为另一部分状态的控制量,将欠驱动问题转化为完全驱动问题,实现试验平台3个姿态角的稳定控制.最后,运用Matlab中的Simulink仿真以及实物试验,验证了所提出的设计方法是正确可行的.

关键词：小型无人直升机递解控制欠驱动系统 PD控制器

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一类欠驱动系统的自适应跟踪控制器设计

控制工程 2023年第2期30卷 200-208页

作者：蔡文玮王银河汤晓广东工业大学自动化学院广东广州510006 中科启迪光电子科技(广州)有限公司广东广州510006

针对一类具有不确定参数的欠驱动系统,提出了一种自适应跟踪控制设计方法。为了解决模型的不确定参数,利用了模型的相似性结构信息合成了自适应跟踪控制器,并且基于Lyapunov稳定性理论证明了该自适应跟踪控制器能够保证系统跟踪误差渐... 详细信息

针对一类具有不确定参数的欠驱动系统,提出了一种自适应跟踪控制设计方法。为了解决模型的不确定参数,利用了模型的相似性结构信息合成了自适应跟踪控制器,并且基于Lyapunov稳定性理论证明了该自适应跟踪控制器能够保证系统跟踪误差渐近收敛到零以及涉及到的其他变量有界。最后的数值仿真结果验证了所提方法的有效性及可行性。

关键词：欠驱动系统 Lyapunov稳定性理论自适应跟踪控制渐近收敛

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两类欠驱动系统的自耦PID控制方法研究

两类欠驱动系统的自耦PID控制方法研究

作者：陈丽秋长沙理工大学

学位级别：硕士

欠驱动系统是指独立执行器个数少于被控自由度个数的系统,因其机械结构简单、生产成本少、功耗低等优势,在工业控制领域获得了许多应用。然而,欠驱动系统通常具有非线性、强耦合、不稳定等复杂特性,其控制存在很大的挑战性。论文以小车... 详细信息

欠驱动系统是指独立执行器个数少于被控自由度个数的系统,因其机械结构简单、生产成本少、功耗低等优势,在工业控制领域获得了许多应用。然而,欠驱动系统通常具有非线性、强耦合、不稳定等复杂特性,其控制存在很大的挑战性。论文以小车倒立摆和欠驱动船舶两个欠驱动不稳定系统为被控对象,研究了一种基于自耦PID控制理论的欠驱动系统控制方法。通过引入总扰动概念和相应的虚拟控制器来获得虚拟指令,使欠驱动系统映射为虚拟的全驱动线性扰动系统,在忽略积分环节的情况下,分别设计了各通道的自耦PD控制器,实现了两类欠驱动不稳定系统的有效控制。论文的主要研究工作如下:1)通过将各类复杂系统已知或未知的内部动态以及外部扰动定义为一个总扰动,进而将任意复杂的非线性系统映射为线性扰动系统,因而淡化了线性系统与非线性系统分类的概念,高度统一了线性系统与非线性系统的控制理论思想;通过引入虚拟控制器来获得虚拟指令,使欠驱动系统映射为虚拟的全驱动系统,统一了欠驱动系统的控制思想,有效解决了欠驱动不稳定系统的控制难题。2)针对不稳定欠驱动小车倒立摆系统控制问题,首先通过坐标变换实现位移通道与摆角通道的解耦作用,然后根据自耦PD控制理论设计外环位移虚拟控制器来获得虚拟摆角指令,最后再根据自耦PD控制理论设计内环摆角控制器来获得驱动电机的转矩,从而实现不稳定欠驱动小车倒立摆系统的有效控制;考虑误差微分的敏感特性,设计了基于误差微分的自适应速度因子模型,在保证快的动态响应速度同时,也可以保证高的稳态控制精度与强的抗扰动能力。3)针对不稳定欠驱动船舶系统的控制问题,首先根据自耦PD控制理论分别设计了横向通道与纵向通道的虚拟控制器来获得两个虚拟指令,并根据获得的两个虚拟指令来建立船舶的纵向力矩,然后根据两个位移通道的当前跟踪误差建立了偏航角指令,再根据自耦PD控制理论设计偏航角控制器来获得转向力矩,从而实现不稳定欠驱动船舶系统的有效控制。

关键词：欠驱动系统小车倒立摆欠驱动船舶自耦PID控制虚拟控制器自适应速度因子

状态受限和输入饱和的两类欠驱动系统的跟踪镇定控制研究

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状态受限和输入饱和的两类欠驱动系统的跟踪镇定控制研究

作者：田林燃曲阜师范大学

学位级别：硕士

欠驱动系统广泛存在于实际生活中.由于其控制输入维数要小于自由度数量,在控制过程中不光要兼顾无驱动部分的稳定性,还要通过状态之间的强耦合性来实现无驱动部分的控制,无疑大大增加了控制设计的挑战性.同时考虑到欠驱动系统在应用时,... 详细信息

欠驱动系统广泛存在于实际生活中.由于其控制输入维数要小于自由度数量,在控制过程中不光要兼顾无驱动部分的稳定性,还要通过状态之间的强耦合性来实现无驱动部分的控制,无疑大大增加了控制设计的挑战性.同时考虑到欠驱动系统在应用时,不仅会有状态约束或者输入饱和这种限制条件,还会受到各种扰动的影响,而一般的非线性控制方法无法很好的处理这些问题.因此研究带有状态受限和输入饱和的欠驱动系统的控制方法具有非常重要的理论价值和应用意义.本文主要针对柔性关节机械臂系统和欠驱动水面船舶系统在干扰、状态受限以及输入饱和的条件下进行跟踪镇定控制设计,其中主要内容归结如下:·针对一类具有全状态约束和外界干扰的柔性关节机械臂系统,设计了一种非线性跟踪控制器.首先,引入非线性扰动观测器,保证扰动的渐近估计;然后,利用状态依赖函数转换,将原始的状态约束系统转换为新的无约束系统.随后,提出了一种基于非线性扰动观测器的跟踪控制器,使输出跟踪误差收敛到一个预定义的紧集,该紧集可以调整为任意小并严格证明了所有闭环系统信号的有界性.最后,仿真结果表明了该控制算法的有效性.·针对一类非对称欠驱动水面船舶系统,在输入饱和的情况下,设计了一种镇定控制器.在进行控制设计之前,将水面船舶系统通过状态和输入变换转化为具有最小相位的级联非线性系统,最后引入圆形轨迹将镇定问题转化为跟踪问题.在此基础上,将级联跟踪误差系统的等效子系统转化为非完整的新系统,并应用Nussbaum函数,设计了饱和跟踪控制律.稳定性分析表明,所设计的控制器可以通过选择一个足够小的圆半径使系统状态收敛到零,同时也能达到期望的输入饱和.仿真结果表明了该控制算法的有效性.·针对具有输出约束的全驱动水面船舶,分别提出了自适应跟踪控制器和基于扰动观测器的有限时间跟踪控制器.采用两种障碍李雅普诺夫函数来处理输出约束.应用正切型障碍李雅普诺夫函数和自适应控制技术设计了自适应跟踪控制器,应用对数型障碍李雅普诺夫函数和有限时间扰动观测器提出了有限时间轨迹跟踪控制器.在这两种控制器的作用下,都可以实现给定的输出约束,且闭环误差系统是半全局渐近稳定的.仿真结果验证了两种控制策略的有效性.

关键词：欠驱动系统非完整系统状态依赖函数变换输入饱和全状态约束跟踪控制镇定控制

基于非线性干扰观测器的一类欠驱动系统跟踪控制

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控制与决策 2019年第3期34卷 549-554页

作者：黄辉先丁灿刘嘉婷湘潭大学信息工程学院湖南湘潭411105

针对一类欠驱动系统的跟踪控制问题,提出一种基于非线性干扰观测器的控制策略.首先给出一种基于跟踪误差的输出函数,通过等式变形和Butterworth低通滤波器解决未知控制方向问题;其次,引入一种新型非线性干扰观测器,对系统未知模型进行补... 详细信息

针对一类欠驱动系统的跟踪控制问题,提出一种基于非线性干扰观测器的控制策略.首先给出一种基于跟踪误差的输出函数,通过等式变形和Butterworth低通滤波器解决未知控制方向问题;其次,引入一种新型非线性干扰观测器,对系统未知模型进行补偿,使控制器的设计无需知道系统的结构和参数;再次,通过对系统的内部动态和外部动态的分析,证明闭环系统的输出收敛于原点,跟踪误差信号一致最终有界;最后,将该方法应用于小车倒立摆模型,仿真结果表明了所提出方法的有效性.

关键词：欠驱动系统非线性干扰观测器输入-输出线性化信号一致最终有界小车倒立摆

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一类非确定欠驱动系统的串级模糊滑模控制

控制理论与应用 2006年第1期23卷 53-59页

作者：王伟易建强赵冬斌柳晓菁北京理工大学信息科学技术学院北京100081 中国科学院自动化研究所复杂系统与智能科学重点实验室北京100080

本文针对一类含有非确定项的欠驱动系统提出了一种串级模糊滑模控制方法.该方法先选取状态变量中两个相关联的系统状态构造第一级滑动平面,然后将第一级滑模函数作为一个广义状态,与剩下系统状态中的一个状态构造第二级滑动平面,直到所... 详细信息

本文针对一类含有非确定项的欠驱动系统提出了一种串级模糊滑模控制方法.该方法先选取状态变量中两个相关联的系统状态构造第一级滑动平面,然后将第一级滑模函数作为一个广义状态,与剩下系统状态中的一个状态构造第二级滑动平面,直到所有的系统状态都包含在内构造最后一级滑动平面.同时考虑到系统模型中存在的不确定项,利用模糊逻辑的逼近功能进行估计,文中采用Lyapunov方法求取了控制器的控制律以及模糊逼近的有关参数的自适应律.该串级模糊滑模控制器能够保证各级滑动平面的稳定性,并且在仿真实验中得到了验证.

关键词：串级滑模控制模糊逻辑欠驱动系统

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一类欠驱动系统的解耦滑模控制方法

东南大学学报（自然科学版） 2012年第A01期42卷 11-14页

作者：于涛孙汉旭贾庆轩张延恒赵伟北京邮电大学自动化学院北京100876

针对一类欠驱动系统的稳定控制问题,提出了一种解耦滑模控制器的设计方法.首先将整个系统分成2个子系统,分别设计2个子系统的滑动面.然后利用其中一个子系统滑动面的反正切函数来构造一个中间变量,将该变量引入到另一个子系统的滑动面中... 详细信息

针对一类欠驱动系统的稳定控制问题,提出了一种解耦滑模控制器的设计方法.首先将整个系统分成2个子系统,分别设计2个子系统的滑动面.然后利用其中一个子系统滑动面的反正切函数来构造一个中间变量,将该变量引入到另一个子系统的滑动面中,进而构造出整个系统的滑动面.最后利用等效控制法求取系统在该滑动面上的等效控制量,并采用李雅普诺夫稳定性定理设计系统的切换控制量,从而获得系统最终的控制输入量.该方法解决了传统解耦滑模控制方法中存在的控制系统稳定性无法保证的问题,并可简化解耦滑模控制器的设计.从理论上分析了系统各个滑动面的渐近稳定性,并且通过桥式吊车系统的仿真实验验证了该方法的有效性.

关键词：欠驱动系统解耦控制滑模控制等效控制

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一类欠驱动系统的非线性输出跟踪控制

控制与决策 2011年第6期26卷 953-956页

作者：王红睿田彦涛吉林大学通信工程学院长春130025 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130031

针对一类模型结构为非下三角的欠驱动系统,在反步法的框架下研究了其非线性输出跟踪控制问题.鉴于在此类欠驱动系统的反步法设计中,沿用一般下三角系统的偏差难以镇定全部的偏差动态,由此引入了"联系函数"的概念.在反步法设计中,构造了... 详细信息

针对一类模型结构为非下三角的欠驱动系统,在反步法的框架下研究了其非线性输出跟踪控制问题.鉴于在此类欠驱动系统的反步法设计中,沿用一般下三角系统的偏差难以镇定全部的偏差动态,由此引入了"联系函数"的概念.在反步法设计中,构造了异于下三角系统的偏差,设计了状态反馈跟踪控制器,保证了系统偏差的全局一致渐近稳定性.仿真结果表明该设计方法是有效的.

关键词：非线性控制欠驱动系统反步法球杆系统