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基于非奇异终端滑模的电机伺服系统预设性能控制

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机械工程学报 2023年第24期59卷 359-366页

作者：朱威霖王超邓文翔梁相龙姚建勇南京理工大学机械工程学院南京210094

针对电机伺服系统角度跟踪控制问题,提出非奇异终端滑模(Nonsingular terminal sliding mode,NTSM)与扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)相结合的预设性能控制策略。利用性能预设函数(Prescribed performance function,PPF)将角度跟踪误差转化为一个变换误差,通过控制变换误差的有界性间接保证角度跟踪误差始终在预设范围内。构造ESO观测系统的模型不确定性,包括系统参数偏差、非线性摩擦和外部扰动等,并用于控制器的前馈补偿设计以提升跟踪性能;同时设计NTSM控制律保证系统的有限时间稳定性。通过Lyapunov稳定性理论证明了所提控制策略可以保证变换误差的有界性和闭环系统的稳定性。基于电机伺服系统试验平台的对比试验结果表明,所提控制策略在不同频率期望轨迹的条件下,均具备较好的控制精度,相较于NTSM+ESO控制器和NTSM控制器,控制性能分别提升了14%和37%左右,验证了所提控制策略的有效性。

关键词：电机伺服系统模型不确定性性能预设非奇异终端滑模扩张状态观测器

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航天器非奇异自适应终端滑模姿轨联合控制

北京航空航天大学学报 2020年第7期46卷 1354-1362页

作者：潘菲朱宏玉北京航空航天大学宇航学院北京100083

为了实现航天器姿态与轨道的同步控制,提出了一种航天器姿态与轨道联合控制的非奇异自适应终端滑模控制律。首先,建立了航天器姿轨耦合运动的对偶四元数模型;其次,提出了一种姿轨联合跟踪控制的非奇异终端滑模控制律,并设计了自适应控... 详细信息

为了实现航天器姿态与轨道的同步控制,提出了一种航天器姿态与轨道联合控制的非奇异自适应终端滑模控制律。首先,建立了航天器姿轨耦合运动的对偶四元数模型;其次,提出了一种姿轨联合跟踪控制的非奇异终端滑模控制律,并设计了自适应控制律以改善质量特性不确定性的影响,利用李雅普诺夫函数证明了所提控制律的稳定性;最后,绕飞小行星的跟踪控制仿真算例表明了控制律的有效性。结果表明:所提控制律具有较高的控制精度,能够在有限时间内收敛,仿真过程中不存在奇异点,抑制了质量特性的不确定性对控制的影响,且对滑模的抖振特性有抑制效果。

关键词：对偶四元数姿轨联合控制有限时间控制非奇异终端滑模自适应控制

攻击时间和攻击角度控制的非奇异终端滑模制导律

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哈尔滨工业大学学报 2021年第6期53卷 94-103页

作者：吴放常思江南京理工大学能源与动力工程学院南京210094

为提高导弹的突防能力并增强毁伤效果,对导弹攻击时间和攻击角度控制问题进行了研究,以导弹和目标相对运动模型为基础,提出了一种非奇异滑模导引律.利用成型理论设计了以时间多项式描述的、同时满足攻击时间和攻击角度约束的导弹视线角... 详细信息

为提高导弹的突防能力并增强毁伤效果,对导弹攻击时间和攻击角度控制问题进行了研究,以导弹和目标相对运动模型为基础,提出了一种非奇异滑模导引律.利用成型理论设计了以时间多项式描述的、同时满足攻击时间和攻击角度约束的导弹视线角表达式.采用优化方法确定表达式系数.由于非奇异终端滑模理论具有使滑模面能够在有限时间内快速收敛的特点,故利用该理论构造关于视线角误差的滑模面,设计了一种无奇点的攻击时间和攻击角度控制制导律.该制导律可使导弹的实际视线角按照设计的理想视线角变化,使导弹满足攻击时间和攻击角度的双重约束.通过理论分析,证明了该制导律满足Lyapunov稳定性条件,能够实现攻击时间和攻击角度控制且不存在奇点.在多种情形下对所设计制导律进行了数值仿真.仿真结果表明,采用该制导律可在不同条件下有效实现导弹的攻击时间与攻击角度控制,与现有文献相比具有一定优势,当存在一定程度的外界干扰时仍能完成攻击时间和攻击角度控制.

关键词：导弹制导律攻击时间控制攻击角度控制非奇异终端滑模

带攻击角度约束的非奇异终端滑模固定时间收敛制导律

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控制与决策 2020年第2期35卷 474-482页

作者：李晓宝张友安鲍虎赵国荣海军航空大学航空基础学院烟台264001 烟台南山学院电气与电子工程系烟台265713 烟台南山学院航空学院烟台265713 海军航空大学参谋部烟台264001

针对拦截机动目标的末制导问题,设计一种带攻击角度约束的末制导律.该制导律构造一种新型的固定时间收敛非奇异终端滑模面,能够在解决终端滑模面奇异性问题的同时使得滑模面、弹目视线角和弹目视线角速率在固定时间内收敛,保证收敛时间... 详细信息

针对拦截机动目标的末制导问题,设计一种带攻击角度约束的末制导律.该制导律构造一种新型的固定时间收敛非奇异终端滑模面,能够在解决终端滑模面奇异性问题的同时使得滑模面、弹目视线角和弹目视线角速率在固定时间内收敛,保证收敛时间的上界是独立于弹目初始条件,可以被预先设定的.与传统的固定时间收敛控制相比,该制导律通过调节滑膜面和弹目视线角误差的趋近律指数使得制导系统收敛速率更快.同时,针对目标机动引起的未知扰动,引入一种扩张状态观测器进行估计,能够增强制导系统的鲁棒性,避免震颤现象的发生.最后,通过仿真实验验证所提出制导律能够以不同的攻击角度对机动目标进行有效拦截,且与其他制导律相比,所提出的制导律使得制导系统收敛更快,导弹拦截时间更短,拦截精度更高.

关键词：制导律攻击角度约束非奇异终端滑模固定时间收敛扩张状态观测器机动目标

基于扩张状态观测器的稳定平台非奇异终端滑模控制

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仪器仪表学报 2018年第5期39卷 161-169页

作者：周向阳李玲玲赵立波北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学惯性技术重点实验室新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

针对多源扰动对航空遥感惯性稳定平台稳定精度影响,提出一种基于扩张状态观测器的稳定平台非奇异终端滑模控制复合控制策略,对多源扰动进行抑制,提高稳定平台指向精度,实现高精度成像。首先采用非奇异终端滑模控制,将多源扰动视为总和干... 详细信息

针对多源扰动对航空遥感惯性稳定平台稳定精度影响,提出一种基于扩张状态观测器的稳定平台非奇异终端滑模控制复合控制策略,对多源扰动进行抑制,提高稳定平台指向精度,实现高精度成像。首先采用非奇异终端滑模控制,将多源扰动视为总和干扰,设计非奇异终端滑模控制面和控制律,实现对多源扰动的有效抑制;针对滑模控制存在的抖振问题,采用扩张状态观测器对扰动进行观测,将观测到的状态量及总和干扰作为校正依据,对非奇异终端滑模控制律进行校正,实现控制律的优化,从而实时抑制抖振扰动;最后,对方法的有效性进行仿真分析及实验验证。结果表明,提出的复合控制方法扰动抑制能力明显,可有效提高惯性稳定平台稳定性和指向精度。

关键词：惯性稳定平台非奇异终端滑模扩张状态观测器抖振扰动抑制

一种快速收敛的固定时间非奇异终端滑模控制方法

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中国惯性技术学报 2020年第5期28卷 677-685页

作者：田野蔡远利邓逸凡西安交通大学电信学部自动化科学与工程学院西安710049

针对一类具有匹配不确定性和扰动的二阶非线性系统,设计了一种具有快速固定时间收敛特性的非奇异终端滑模控制方法。首先,基于固定时间稳定性理论,提出了一种新型的固定时间稳定系统;然后,基于此固定时间稳定系统,设计了快速收敛的固定... 详细信息

针对一类具有匹配不确定性和扰动的二阶非线性系统,设计了一种具有快速固定时间收敛特性的非奇异终端滑模控制方法。首先,基于固定时间稳定性理论,提出了一种新型的固定时间稳定系统;然后,基于此固定时间稳定系统,设计了快速收敛的固定时间非奇异终端滑模,并给出了其收敛时间上界。与传统有限时间收敛滑模相比,所设计固定滑模的收敛时间与系统初始系统状态无关,可以预先通过设计参数进行设置;此外,所提出的控制方案在收敛速度上优于现有典型固定时间滑模方法,并且以较低的控制能量获得更好的控制性能。应用于单级倒立摆跟踪和飞行器末制导问题,验证了所提出控制方法的有效性和优越性。

关键词：固定时间收敛滑模控制非奇异终端滑模时变非线性系统

基于非奇异终端滑模的机械臂轨迹跟踪控制研究

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基于非奇异终端滑模的机械臂轨迹跟踪控制研究

作者：徐宝珍南京信息工程大学

学位级别：硕士

近年来,机械臂在现代工业制造体系中扮演了不可或缺的角色,随着生产工艺的提升,对机械臂的轨迹跟踪控制要求也越来越高,由于目前大多数控制研究只能使系统渐近收敛,研究高精度、快速收敛的跟踪控制算法有着重要的意义。本课题基于非奇... 详细信息

近年来,机械臂在现代工业制造体系中扮演了不可或缺的角色,随着生产工艺的提升,对机械臂的轨迹跟踪控制要求也越来越高,由于目前大多数控制研究只能使系统渐近收敛,研究高精度、快速收敛的跟踪控制算法有着重要的意义。本课题基于非奇异终端滑模（Nonsingular Terminal Sliding Mode,NTSM）有限时间收敛特性,将NTSM分别与神经网络、自适应控制、扰动观测器结合设计轨迹跟踪控制器,提高了机械臂的轨迹跟踪控制性能。主要内容如下:（1）针对机械臂动力学模型参数未知的有限时间跟踪问题,借助神经网络的逼近特性,提出了一种基于径向基神经网络（Radial Basis Function Neural Network,RBFNN）的NTSM控制方法。首先设计一种NTSM面,而后引入RBFNN逼近动力学方程的未知非线性函数,解决了模型不精确的问题,并设计NTSM控制律加快系统收敛速度,增强系统鲁棒性。（2）针对机械臂在运动过程中存在扰动的有限时间跟踪问题,借助自适应控制的估计参数特性,提出了一种基于自适应NTSM的控制方法。首先考虑扰动上界已知的情况,设计NTSM控制,确保机械臂轨迹实现有限时间跟踪,接着考虑扰动上界未知的情况,利用自适应律的参数辨识功能估计扰动上界的未知参数以此补偿扰动,解决了扰动上界未知的问题,实现了高精度轨迹跟踪控制。（3）针对机械臂受到的参数不确定以及外部扰动的有限时间跟踪问题,借助扰动观测器的观测特性,提出了一种基于扰动观测器的NTSM控制方法。首先设计扰动观测器,实现对系统总扰动时实观测,以此等效补偿扰动带来的影响,其次设计NTSM控制,此时系统扰动变为扰动观测误差,解决了未知干扰的问题,NTSM提高了系统收敛速度。三种控制方法都通过Lyapunov函数进行了稳定性分析,证明了机械臂轨迹能在一定的时间内跟踪期望轨迹,从而实现系统轨迹跟踪误差在有限时间内趋于0,并且通过机械臂模型模拟仿真验证了算法的可行性。

关键词：机械臂非奇异终端滑模神经网络自适应控制扰动观测器

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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非奇异终端滑模控制永磁直线同步电机

国外电子测量技术 2020年第10期39卷 84-87页

作者：周达张博牟明川西安工程大学电子信息学院西安710048

针对永磁直线同步电机的位置控制,其控制精度易受参数变化和负载扰动等其他因素的影响,提出了非奇异快速终端滑模控制方法。首先建立了PMLSM动态数学模型,降低求解的复杂度。然后,采用非奇异快速终端滑模控制可以抑制其他因素带来的影响... 详细信息

针对永磁直线同步电机的位置控制,其控制精度易受参数变化和负载扰动等其他因素的影响,提出了非奇异快速终端滑模控制方法。首先建立了PMLSM动态数学模型,降低求解的复杂度。然后,采用非奇异快速终端滑模控制可以抑制其他因素带来的影响,避免奇异性问题,可以保证系统的跟踪误差在有限时间内收敛到零同时削弱抖振,增强了系统的鲁棒性。通过MATLAB仿真结果表明,与传统的PI控制器相比,所提控制策略具有跟踪精度高,鲁棒性好等优点。

关键词：非奇异终端滑模永磁直线同步电机位置追踪鲁棒性

基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制

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机床与液压 2022年第23期50卷 148-152页

作者：朱其新黄旭朱永红苏州科技大学机械工程学院江苏苏州215009 苏州科技大学建筑智慧节能江苏省重点实验室江苏苏州215009 景德镇陶瓷大学机电工程学院江西景德镇333001

针对永磁同步电机调速系统存在抖振和响应速度慢的问题,采用滑模变结构控制方法设计速度环控制器。将传统线性滑模面改进为非奇异终端滑模面,以提高系统在滑模面上的趋近速度。提出一种新型趋近律,在双幂次趋近律的基础上引入切换函数,... 详细信息

针对永磁同步电机调速系统存在抖振和响应速度慢的问题,采用滑模变结构控制方法设计速度环控制器。将传统线性滑模面改进为非奇异终端滑模面,以提高系统在滑模面上的趋近速度。提出一种新型趋近律,在双幂次趋近律的基础上引入切换函数,使用终端吸引子,并且增加指数项来提高趋近速度,更好地减少系统抖振并改善了系统收敛特性。将此控制算法与双幂次趋近律对比,仿真结果表明:该方法可以更有效地抑制系统抖振和提高系统的收敛速度,也能更快速、准确地跟踪给定的速度信号。

关键词：永磁同步电机速度环非奇异终端滑模终端吸引子新型趋近律