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六旋翼无人机编队快速终端滑模鲁棒控制

电光与控制 2022年第11期29卷 50-54,81页

作者：王艳丽孙利娟河南科技大学软件学院河南洛阳471000 开封文化艺术职业学院计算机学院河南开封475000

为了实现在复合干扰下六旋翼无人机编队的稳定飞行,提出了一种快速终端滑模鲁棒控制方法。首先,描述了领导-跟随编队拓扑结构并建立了六旋翼无人机的6自由度运动模型,然后,设计了编队外环控制律将编队指令转换为姿态指令,并通过设计编... 详细信息

为了实现在复合干扰下六旋翼无人机编队的稳定飞行,提出了一种快速终端滑模鲁棒控制方法。首先,描述了领导-跟随编队拓扑结构并建立了六旋翼无人机的6自由度运动模型,然后,设计了编队外环控制律将编队指令转换为姿态指令,并通过设计编队内环控制律解算得到旋翼转速指令,最后,引入自适应律来估计复合干扰,实现了六旋翼无人机编队的稳定飞行。仿真实验结果表明:所提方法与滑模控制方法相比能够更加快速地实现六旋翼无人机的编队稳定飞行,最大轨迹误差仅为0.2 m,复合干扰最大估计误差仅为0.1 m/s^(2),表现出了更优的控制效果。

关键词：无人机编队快速终端滑模控制复合干扰鲁棒控制自适应律

多感应电机相邻交叉耦合快速终端滑模同步控制

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包装工程 2017年第7期38卷 173-177页

作者：薛建峰王景芹杨昭河北工业大学天津300132 北华航天工业学院廊坊065000

目的提高多感应电机速度同步控制系统的可靠性以及控制精度,提高印刷业的生产效率及产品质量。方法基于相邻交叉耦合控制结构,利用快速终端滑模控制的强抗扰动性和有限时间到达特性,提出一种多感应电机相邻交叉耦合快速终端滑模同步控... 详细信息

目的提高多感应电机速度同步控制系统的可靠性以及控制精度,提高印刷业的生产效率及产品质量。方法基于相邻交叉耦合控制结构,利用快速终端滑模控制的强抗扰动性和有限时间到达特性,提出一种多感应电机相邻交叉耦合快速终端滑模同步控制策略。结果通过仿真结果分析,相比传统相邻交叉耦合控制,在文中所提控制算法作用下其系统同步误差小,具有更高的同步控制精度。结论该控制策略可提高多感应电机同步控制系统的同步跟随性能和抗干扰性能,增强多感应电机无轴传动的同步协调控制能力。

关键词：多感应电机同步控制相邻交叉耦合快速终端滑模控制

基于有限时间收敛的双臂空间机器人捕获卫星主动对接力/位姿阻抗控制

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力学学报 2022年第10期54卷 2861-2873,I0005页

作者：朱安陈力福州大学机械工程及自动化学院福州350108

针对双臂空间机器人捕获卫星主动对接力/位姿阻抗控制进行了研究.为防止捕获过程中机械臂末端执行器与卫星接触、碰撞时产生的冲击载荷对机器人关节造成冲击破坏,在各关节电机与机械臂之间加入了一种弹簧阻尼缓冲机构.该机构可通过弹簧... 详细信息

针对双臂空间机器人捕获卫星主动对接力/位姿阻抗控制进行了研究.为防止捕获过程中机械臂末端执行器与卫星接触、碰撞时产生的冲击载荷对机器人关节造成冲击破坏,在各关节电机与机械臂之间加入了一种弹簧阻尼缓冲机构.该机构可通过弹簧实现冲击力矩的卸载,阻尼器则用于因弹簧引起的柔性振动的抑制.为解决捕获过程中的非完整动力学约束及捕获后混合体系统的协调控制问题,结合牛顿第三定律、捕获点的速度约束及闭链几何约束,获得捕获后混合体系统的动力学方程,且通过动量守恒关系计算碰撞冲击效应与碰撞冲击力.通过分析对接装置在载体坐标系下的运动学关系,建立对接装置相对载体的运动雅可比矩阵,并基于此建立基于力的二阶线性阻抗模型,实现对接装置输出力的精确控制.考虑到主动对接操作过程要求控制器具有收敛速度快,控制精度高的特点,通过结合终端滑模与超扭滑模的特点,提出一种非奇异快速终端滑模阻抗控制策略.该策略即能实现主动对接操作中位姿与输出力的快速响应,又能有效地抑制滑模的抖振以保证控制精度.通过Lyapunov定理证明系统的稳定性;利用数值模拟验证缓冲装置的抗冲击性能及所提阻抗控制策略的有效性.

关键词：双臂空间机器人主动对接弹簧阻尼缓冲机构阻抗控制快速终端滑模控制

具有执行器故障的四旋翼无人机有限时间容错控制

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控制理论与应用 2023年第7期40卷 1270-1276页

作者：张思洁吴怀宇郑秀娟武汉科技大学机器人与智能系统研究院湖北武汉430081 冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心湖北武汉430081

本文主要研究了四旋翼无人机在外部干扰、执行器存在部分失效和偏置故障并发情况下有限时间轨迹跟踪的控制问题.通过分析四旋翼无人机动力学特性,本文构建了带有外部干扰、执行器机构故障的动力学模型.首先,基于鲁棒全局快速终端滑模控... 详细信息

本文主要研究了四旋翼无人机在外部干扰、执行器存在部分失效和偏置故障并发情况下有限时间轨迹跟踪的控制问题.通过分析四旋翼无人机动力学特性,本文构建了带有外部干扰、执行器机构故障的动力学模型.首先,基于鲁棒全局快速终端滑模控制算法,设计了一种有限时间容错控制器,提高了系统对故障的响应速度.其次,针对常值/时变故障和干扰,在控制器设计中采用改进的连续函数进行补偿,减少了由切换函数引起的系统抖振问题,并基于Lyapunov函数对控制器的稳定性进行了分析.最后,通过仿真实验验证了所设计控制器的有效性和可靠性,同时,在存在执行器故障和外部干扰的情况下,无人机能够实现较好的轨迹跟踪性能.

关键词：容错控制快速终端滑模控制无人机执行器故障

基于双时变边界层滑模控制的船载转台位置伺服系统研究

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基于双时变边界层滑模控制的船载转台位置伺服系统研究

作者：马建康哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在军用及民用领域,转台发挥着越来越重要的作用。对于船载天线雷达、舰载火炮等,都需要转台精准定位,同时这对转台的抗扰动能力、跟随性能、稳定精度、抗参数摄动能力等控制性能和指标提出了较高的要求。转台是一个多变量、高耦合、非... 详细信息

在军用及民用领域,转台发挥着越来越重要的作用。对于船载天线雷达、舰载火炮等,都需要转台精准定位,同时这对转台的抗扰动能力、跟随性能、稳定精度、抗参数摄动能力等控制性能和指标提出了较高的要求。转台是一个多变量、高耦合、非线性的复杂时变系统,使用传统PID控制策略难以满足控制要求;滑模控制作为一种非线性控制器,具有响应速度快、对参数变化不敏感、抗扰动能力强等优点,用在转台控制上,能够获得较好的动静态性能指标。为此,本文以船载转台为研究对象,采用滑模控制方法,搭建船载转台位置伺服系统仿真模型,并进行相关实验验证。为了提高船载转台位置伺服系统的控制性能,首先分析同步电机的运动方程,再结合同步电机的坐标变化、转台的Stribeck摩擦模型等,建立整个转台位置伺服系统的数学模型,依据滑模控制的滑模面、趋近律等理论,设计了基于线性滑模面和常规指数趋近律的滑模控制器,仿真结果表明其在阶跃响应和跟随动态给定响应上快速性较好、跟随误差较小,控制性能良好。为进一步优化船载转台位置伺服系统的控制性能,在线性滑模控制的基础上,采用了鲁棒性和快速性更好的快速终端滑模面,研究了改进的指数趋近律方法,其趋近速度可以根据系统状态进行调节,并设计了双时变边界层,优化设计出双时变边界层滑模控制器。针对转台所需的抗阶跃力矩扰动、抗动态力矩扰动、削弱抖振以及抗参数摄动等要求,仿真实验验证了船载转台位置伺服系统能够获得较好的动静态性能,进一步说明了双时变边界层滑模控制优良的控制性能。为验证双时变边界层滑模控制策略的可行性,结合转台的处理器、MPU6050传感器、SLVD-5N驱动器等硬件,在船载转台实物平台上,分别对三种控制方法进行了仿真和实验研究并进行对比,利用上位机进行转台初始状态的校正,以及转台位置信息的实时显示和数据接收,在实物平台上进行了多次滑模控制器参数迭代优化,以及双时变边界层滑模面的修正,实验结果表明双时变边界层滑模控制具有快速跟随性,验证了所提方法的有效性和正确性。通过对船载转台的仿真和实物平台的实验验证,证明了本文所提出的双时变边界层滑模控制方法控制能够对船载转台位置伺服控制系统进行精确控制。

关键词：船载转台位置伺服改进指数趋近律快速终端滑模控制双时变边界层

基于滑模控制的多区域互联电力系统负荷频率控制方法研究

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基于滑模控制的多区域互联电力系统负荷频率控制方法研究

作者：王政豪上海电机学院

学位级别：硕士

伴随着社会发展对电能需求的提高以及电网技术的进步,不同区域电力系统间的联系不断加强。频率作为衡量电能质量的重要标准,系统运行过程中需要采取控制措施减少不同区域之间的频率偏差,即互联电力系统的负荷频率控制,以保证互联电力系... 详细信息

伴随着社会发展对电能需求的提高以及电网技术的进步,不同区域电力系统间的联系不断加强。频率作为衡量电能质量的重要标准,系统运行过程中需要采取控制措施减少不同区域之间的频率偏差,即互联电力系统的负荷频率控制,以保证互联电力系统的安全、可靠运行。近年来,为积极应对能源结构的转变,风力发电凭借着自身无污染、取之不尽等优点在电力系统中渗透率不断增加。电动汽车作为一种解决传统燃油车对环境造成污染问题的有效措施,也受到了广泛的关注。与传统电力系统不同,风力发电随机性较强,波动更明显,含有风力发电的系统中容易出现区域间的负荷频率偏差增大的情况。其次,电动汽车的电池储能可以为电力系统提供可调度的容量,减小风力发电随机性的影响。但风力发电与电动汽车并网增加了系统结构的复杂性,对系统抗干扰性、状态观测等方面提出了更高的要求。已有研究中存在算法复杂、对扰动处理不理想等局限性。滑模控制具有响应速度快、设计过程简单的优点,对外部干扰具有较强的鲁棒性,能够很好地解决上述问题。在愈加复杂的电力系统背景下,结合滑模控制对负荷频率控制问题展开研究具有重要的实际意义。近些年,滑模控制被逐步应用于负荷频率控制研究中。本文针对风力发电以及电动汽车并网的背景,分别考虑了系统状态可测与不可测两种情况,运用滑模控制方法对多区域互联电力系统的负荷频率控制展开研究。本文的主要研究内容如下:(1)针对互联电力系统中通信时延以及负荷扰动对负荷频率的影响,提出了一种自适应滑模控制策略。考虑通信时滞时,首先建立了互联电力系统的负荷频率控制模型。在扰动上下界已知的情况下,设计了滑模控制器。然后在此基础上通过在线估计参数,设计了自适应滑模控制器。仿真结果表明,自适应滑模控制器能够有效抑制通信时延及扰动对系统性能造成的不良影响。(2)针对风力发电并网后自身不确定性对负荷频率造成的影响,充分利用闲置电动汽车的电池容量取代传统储能装置。在系统状态可测的情况下,提出了自适应快速终端滑模的负荷频率控制方法。首先在负荷频率控制模型的基础上,设计了快速终端滑模控制器,提高了系统的收敛速度。然后设计自适应律,估计未知的扰动参数的界,设计了自适应快速终端滑模控制器,结合李雅普诺夫理论分析了系统的稳定性。仿真结果表明,设计的控制器在收敛速度以及抗干扰方面均优于传统控制方法。(3)针对风力发电与电动汽车并网后模型复杂程度增加,系统负荷频率偏差难以准确测量的问题,提出了基于滑模观测器的负荷频率控制方法。首先,设计状态观测器并基于所观测状态,设计了积分滑模控制器,减小了互联电力系统的频率偏差。其次,为提高观测器与误差系统的动态性能,对控制器参数进行优化。仿真结果表明,所设计滑模观测器能够实现对负荷频率偏差的观测。同时,验证了参数优化策略以及电动汽车参与调频的有效性。

关键词：互联电力系统负荷频率控制自适应控制快速终端滑模控制滑模观测器

应用非线性干扰观测器的反推终端滑模飞行控制

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应用科学学报 2012年第4期30卷 408-414页

作者：王坚浩胡剑波张博锋空军工程大学工程学院西安710038 上海大学计算机工程与科学学院上海200072

针对飞机机动飞行时模型非线性、气动参数和力矩干扰不确定性的特点,提出一种基于非线性干扰观测器的反推终端滑模控制方案.该方案利用非线性干扰观测器逼近系统不确定性,取消了不确定性上界已知条件.反推设计过程中结合动态面控制设计... 详细信息

针对飞机机动飞行时模型非线性、气动参数和力矩干扰不确定性的特点,提出一种基于非线性干扰观测器的反推终端滑模控制方案.该方案利用非线性干扰观测器逼近系统不确定性,取消了不确定性上界已知条件.反推设计过程中结合动态面控制设计虚拟控制律,能避免计算复杂性问题,通过引入快速终端滑模控制策略,提高了系统收敛速度和稳态跟踪精度.采用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统所有信号一致终结有界.对某战斗机进行6自由度机动飞行仿真,验证了该控制方案的有效性.

关键词：非线性干扰观测器反推动态面控制快速终端滑模控制机动飞行

空间站大柔性太阳电池翼驱动装置的滑模伺服控制

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振动与冲击 2020年第3期39卷 211-218,288页

作者：赵真王碧陈国平南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 上海宇航系统工程研究所上海201109

针对空间站大柔性太阳电池翼高稳定对日跟踪驱动控制问题,提出了一种带运动规划和振动抑制的非线性快速终端滑模伺服控制方案。推导了太阳电池翼驱动状态方程、永磁同步电机动力学模型,同时考虑驱动装置传动间隙、静/动摩擦力矩切换等... 详细信息

针对空间站大柔性太阳电池翼高稳定对日跟踪驱动控制问题,提出了一种带运动规划和振动抑制的非线性快速终端滑模伺服控制方案。推导了太阳电池翼驱动状态方程、永磁同步电机动力学模型,同时考虑驱动装置传动间隙、静/动摩擦力矩切换等非线性传动特性,在动力学建模基础上设计高次样条运动规划、位置环积分分离调节器、速度环快速终端滑模变结构调节器的组合控制系统。通过对太阳电池翼对日跟踪过程的仿真校验,表明设计的控制方案可实现大惯量、超低频太阳电池翼较高的驱动速度稳定度和较好的跟踪精度。

关键词：柔性太阳电池翼伺服控制快速终端滑模控制挠性抑制

自适应模糊小波滑模控制在交流伺服系统中的应用

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兵工学报 2014年第6期35卷 769-775页

作者：侯润民刘荣忠侯远龙高强杨国来南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

针对某武器大功率交流伺服系统的位置跟踪问题,提出了一种基于自适应模糊小波神经网络快速终端滑模控制(AFWN-FTSMC)方法。为使控制器的设计不依赖于被控对象的精确数学模型,采用自适应模糊小波神经网络控制器(AFWNC)逼近滑模控制中的... 详细信息

针对某武器大功率交流伺服系统的位置跟踪问题,提出了一种基于自适应模糊小波神经网络快速终端滑模控制(AFWN-FTSMC)方法。为使控制器的设计不依赖于被控对象的精确数学模型,采用自适应模糊小波神经网络控制器(AFWNC)逼近滑模控制中的等效控制部分,解决了由于系统的不确定性及干扰的存在而不能准确确定等效控制的问题;同时利用自适应PI控制来降低系统的抖动,并采用Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,该方法可以有效抑制抖振,提高系统的瞬态响应性能和控制精度,并且对结构参数不确定性具有很强的鲁棒性。

关键词：控制科学与技术交流伺服系统自适应模糊小波神经网络控制器快速终端滑模控制自适应PI控制