基于非线性干扰观测器的二阶动态Terminal滑模在近空间飞行器控制中的应用

针对近空间飞行器飞行包络大、飞行速度快、气动参数变化剧烈、系统建模存在不确定性、受外界扰动大和控制精度要求高等特点,首先设计了基于二阶动态Terminal滑模的控制方案.Terminal滑模能在有限时间收敛的特性加快了系统跟踪速度;二阶动态滑模的引入,使得滑模面及其部分阶导数为零,并且得到在时间本质上连续的控制器,有效克服了传统滑模的抖振问题.然后采用非线性干扰观测器逼近复合干扰.根据复合干扰逼近值设计控制器补偿项,进一步提高控制精度和削弱抖振.基于李雅普诺夫理论,严格证明了系统稳定性.最后将所设计控制方案用于近空间飞行器姿态角跟踪仿真实验,仿真结果表明了该控制方案跟踪精度高、速度快、鲁棒性强,且有效去除了滑模的抖振.     

近空间飞行器的DSF：vsat鲁棒快速Terminal滑模控制

针对一类强耦合强非线性系统,依据趋近角的概念定义了新型动态饱和函数,并利用连续趋近方法证明了动态饱和函数的平衡面趋近性能.设计了基于动态饱和函数的快速Terminal滑模面,不仅确保了滑模到达过程,而且减少了参数导致的振颤和奇异问题,并依据Lyapunov稳定性理论设计了包含动态饱和函数的鲁棒跟踪控制律,而后证明了系统的有限时间收敛性.针对具有大飞行包络的变结构近空间飞行器,给出了不同飞行状态下的有效动力学系统描述,将先前提出的控制函数算法应用于飞行控制系统中,分别设计了快慢通道滑模面和相应的控制律,有效抑制了参数不确定性与外干扰对系统的影响.仿真结果证明了控制方案的有效性与鲁棒性.     

变结构滑模飞行控制

飞机飞行的范围广泛，复杂，不可能得到精确的飞机数学模型，所以，常规的控制理论应用于飞行控制，效果不佳，模型跟踪变结构控制理论不依赖数学模型，而能对理想模型进行跟踪，使飞机具有良好的性能，本文研究了变结构滑模控制在飞行控制系统的应用，首先，对滑模进行极点配置，使滑模有良好的动态特性，设计了一个比例积分切换超平面，确保消稳态误差，采用饱和控制技术，消除了抖振现象，对系统进行了数字仿真，表明系统不仅实现了无抖模型跟踪，而且具有很中的鲁棒性。     

模糊滑模变结构控制设计

为了削弱滑模控制的颤振现象,提出了模糊趋近律的方法,即利用模糊控制器实时调整滑模控制的趋近律参数．该方法既保证了控制系统的快速性和鲁棒性,又能够有效地削弱颤振．另外,控制系统设计简单,便于工程应用．最后,以实例进行了仿真研究,仿真结果证明了所提出方法的有效性．     

高超声速飞行器非线性干扰观测器动态面滑模控制

针对高超声速飞行器纵向模型具有高度非线性、多变量耦合以及参数不确定等特点,提出一种基于非线性干扰观测器的高超声速飞行器动态面滑模控制方案。利用非线性干扰观测器观测未知干扰,并通过动态面滑模设计控制器使观测误差指数收敛,针对高度和速度进行了稳定性分析,采用动态逆的方法设计速度控制器,控制律的设计保证了闭环系统的半全局一致稳定。仿真结果表明,该控制方案能够有效地的克服非线性干扰的影响,提高系统的鲁棒性。     

滑模变结构控制Buck变换器的控制

随着可再生资源的日益普及工业快速发展,Buck变换器的应用越来越普遍。相比于PI控制的Buck变换器,可以通过使用滑模变结构来控制,这样可以达到稳态精度更高,动态响应更快速以及更强的鲁棒性等优点。本文深入研究Buck变换器滑模变结构控制系统,分析参数选择依据,设计控制电路并给出仿真结果验证所提方法的可行性。     

非线性干扰观测器补偿的四旋翼飞行器模糊滑模控制

分析四旋翼飞行器的飞行原理,建立旋翼桨叶受力条件下的四旋翼动力学模型.提出非线性干扰观测器补偿的模糊滑模控制算法,解决欠驱动子系统的不易控制及传统滑模控制的抖振问题,估计扰动值,降低扰动带来的影响.仿真结果表明,提出的非线性干扰观测器补偿的模糊滑模控制算法可补偿未知扰动,能使四旋翼飞行器稳定飞行.     

电子膨胀阀的滑模变结构控制

针对电子膨胀阀的调节对象—空调制冷系统的工况时变性及非线性等特点,利用滑模变结构控制对被控对象的模型误差、对象参数的变化及外部干扰有极佳的不敏感性等优点,将滑模变结构控制方法引入电子膨胀阀控制系统中,并进行了滑模变结构控制器的设计与仿真,在仿真时还加入了系统的不确定性.结果表明该控制方案有效,而且系统具有很好鲁棒性.     

球杆系统的滑模变结构控制

球杆系统是典型的非线性和不稳定性系统,为了提高球杆控制系统的动态性能和干扰抑制特性,本文提出了滑模变结构控制方法。首先建立球杆系统的数学模型,并对非线性模型进行线性化处理。其次针对简化的球杆模型,设计了基于指数趋近律的滑模控制器。仿真和实验结果证明该方法能使小球较快的到达设定位置,同时具有较强的抗干扰能力。     

自由漂浮双臂空间机器人关节空间轨迹跟踪的变结构滑模控制

利用多刚体系统动力学的方法对载体位置、姿态均不受控制的浮动基双臂空间机器人系统的运动学、动力学作了分析,并结合系统的动量守恒及动量矩守恒关系建立了系统的动力学方程.以此为基础,对双臂空间机器人关节追踪关节空间期望轨迹的控制问题作了研究.考虑到双臂空间机器人系统的结构复杂性及某些参数的变动性,根据具有较强鲁棒性的变结构滑模控制理论,设计了轨迹跟踪控制的变结构滑模控制方案.此控制方案的优点在于:在操作过程中不需要对双臂空间机器人载体的位置、姿态进行主动控制,因此将大大减少位置、姿态控制装置的燃料消耗.通过对该机器人系统的仿真计算,证实了文中提出的变结构滑模控制方案的有效性.     

含控制延时的离散滑模变结构控制

讨论了变结构采样控制系统中离散滑动模态存在的条件和满足条件的结构控制逻辑方程，提出了采样系统的控制延时问题及其数学描述，在此基础上，针对数字控制式调速系统，给出了含控制延时的离散滑模变结构控制器的设计方法，并进行了仿真验证。     

含控制延时的离散滑模变结构控制

讨论了变结构采样控制系统中离散滑动模态存在的条件和满足条件的变结构控制逻辑方程，提出了采样系统的控制延时问题及其数学描述，在此基础上，针对数字控制式调速系统，给出了含控制延时的离散滑模变结构控制器的设计方法，并进行了仿真验证。     

变体近空间飞行器的鲁棒自适应控制

针对变结构近空间飞行器在大包络飞行过程中具有切换的后掠翼、非线性、快时变、强耦合和不确定的特性,提出基于全调节径向基神经网络(Fully Tuned Radial Basis Function Neural Network,FTRBFNN)和动态面backstepping的鲁棒自适应跟踪控制策略。该方法利用FTRBFNN在线逼近飞控切换模型中的复合干扰,应用带有动态面的backstepping方法,设计适用于任意切换后掠翼角光滑的反馈控制器。通过公共李氏函数,证明了所提出的控制方法可以保证闭环切换系统的输出跟踪误差在有限时间内收敛到任意小的有界集内。仿真实验结果表明该飞控系统具有良好的控制性能。     

卫星姿态控制的变结构滑模控制方法

针对卫星姿态控制问题中经典滑模控制器存在的收敛速率方面的缺陷,提出了一种变结构滑模控制方法。在保持经典滑模控制器结构简单、鲁棒性强的优势前提下,通过对滑模参数进行设计来提高系统的收敛速率,并大幅度减小控制系统的控制力矩与姿态角速度。引入变结构动态滑模参数的概念,在系统尚未到达滑模面时维持经典滑模面结构,而在到达之后开始对滑模参数进行实时更新、放大;引入角速度与控制力矩约束,给出控制参数与系统性能指标之间的约束关系,防止系统状态超过其上界。通过Lyapunov稳定性理论及数值仿真对提出方法进行验证,实验结果表明：在合理设置实验参数条件下,所提的变结构滑模控制方法对比经典滑模控制方法收敛速率提高50%,系统的控制力矩和角速度全程不超过其上界。所提的变结构滑模控制方法不仅提高了系统的收敛速度,而且系统状态全程不超上界,这对系统控制和系统寿命有极大的益处。     

变频调速系统的滑模变结构控制

对异步电动机的变频调速系统提出了一种变结构控制方法，并针对电流源滑差控制结构，设计了一个滑模变结构控制器．通过ＭＣＳ－５１单片机实现结果表明：该控制系统响应速度快，动态性能好，且具有很强的抗干扰性能．该算法简单，实现方便．     

基于滑模变结构控制的永磁同步电机

针对传统永磁同步电机控制方法存在转矩波动大、抗干扰能力差的缺陷, 将积分滑模控制（ISMC: Integral Sliding Mode Control）方法引入到永磁同步电机调速系统, 并推导出相应的控制规律, 从而使转速和转矩的超调得到有效抑制, 且抗干扰能力强, 具有快速且精度更高的特性。通过Matlab 7.8仿真结果表明, 对于系统给定的改变以及外界干扰, 积分滑模控制器比传统直接转矩控制具有更好的鲁棒性, 该方法可实现永磁同步电机输出转矩快速响应且满足精确跟踪的性能要求。     

变频调速系统的滑模变结构控制

对异步电动机的变频调速系统提出了一种变结构控制方法，并针对电流源滑差控制结构，设计了一个滑模变结构控制器，通过ＭＣＳ－５１单片机实现结构表明：该控制系统响应速度快，动态性能好，且具有很强的抗干扰性能。该算法简单，实现方便。     

漂浮基双臂空间机器人关节运动的模糊变结构滑模控制

讨论了载体姿态、位置均不受控制的双臂空间机器人系统的控制问题.利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,建立了双臂空间机器人系统的非线性动力学模型.以此为基础,对双臂空间机器人关节运动的控制问题作了研究.考虑到空间机器人系统结构的复杂性及其某些参数的变动性,根据具有较强鲁棒性的滑模变结构控制理论,设计了双臂空间机器人关节运动的滑模变结构控制方案;为了克服滑模变结构控制器抖振的缺点,附加设计了一个模糊控制器,以便根据系统的输出来动态调节滑模变结构控制器等速趋近率的系数,从而既确保了系统的快速响应而又消除了原有的抖振.系统数值仿真证明了该控制方案良好的控制效果.     

DC-DC变换器双滑模面变结构控制

提出一种变结构控制方法,用两个滑模面分别实现DC-DC变换器内外环控制,内环滑模面用于电流控制环,外环滑模面用于电压控制环.以BUCK变换器为例,通过仿真和比较表明,这种控制可获得比单滑模面控制更多的反馈信息,得到更好的动态品质,对参数的摄动和外界干扰具有很强的鲁棒性,抖振很小,且稳态误差也很小.