基于反步滑模的移动机器人编队控制算法

针对传统滑模控制在移动机器人编队中滑模面设计复杂、趋近率效果不佳的问题，提出了一种基于反步滑模的移动机器人编队控制算法。利用反步法的思想并结合移动机器人的位姿差微分方程，通过引入虚拟控制量，解决了移动机器人多输入非线性系统滑模面设计复杂的问题。理论分析了双幂次趋近率和快速幂次趋近率的趋近特征，据此设计了一种综合二者优势的快速分段幂次趋近率，提高了滑模控制趋近率的收敛速度。仿真验证了所提算法的有效性与正确性，仿真结果表明，所提算法能够快速实现编队，在存在扰动的情况下10 s内便可完成队形的重组，同时轨迹跟踪误差趋近于0。     

拦截高超声速飞行器的三维有限时间制导律设计

由于高超声速飞行器具有飞行速度快、机动能力强等特点,因此,传统的制导方式难以保证拦截弹拦截高超声速飞行器时的制导精度。为了减小弹目相对速度,降低对拦截弹的过载能力要求,按照前向制导方式,设计了有限时间收敛的三维前向滑模制导律。该制导律采用了连续的快速双幂次趋近律,不仅保证收敛速度快,同时削弱了传统制导律中存在的抖振现象。在此基础上为了处理系统扰动的上界未知的问题,又设计了自适应滑模制导律,该制导律既可以处理未知上界的外部扰动又可以保证第一种制导律所具有的良好特性。运用李雅普诺夫稳定性理论对所设计的滑模制导律进行了理论证明,最后,通过数值仿真验证了所设计制导律的有效性及优越性。     

多导弹攻击时间协同的滑模制导律

针对多导弹攻击时间协同的高价值或大型目标攻击问题,基于滑模控制方法,提出了一种非奇异的滑模制导律,并设计了一种适用于机动目标的导弹剩余飞行时间估计方法。通过对滑模制导律切换控制部分的合理设计,保证了系统的Lyapunov稳定性,且避免了滑模面的收敛和保持受到弹道收敛的影响总是可达的。适用于机动目标的剩余飞行时间估计方法采用虚拟目标的设计思路,将目标加速度和速度对弹目相对运动关系的影响投影到弹目视线方向上,从而实现目标的虚拟静止。针对目标固定、非机动和机动三种情况,进行了多枚导弹飞行时间协同攻击的数字仿真。仿真结果表明所估计的剩余飞行时间可以快速收敛到真值,且误差趋近于零。所设计的多导弹攻击时间协同滑模制导律在完成目标攻击的同时,实现了导弹间在攻击时间上的协同。     

分数阶微积分在滑模控制中的应用特性

针对分数阶微积分算子的信息记忆与遗传特性,从分数阶滑模趋近律与分数阶滑模控制律两方面,对分数阶微积分算子在滑模控制理论中的应用特性进行了研究。首先,从传统滑模控制理论的几种趋近律入手,引出分数阶滑模趋近律并分析其收敛特性。其次,针对航天器姿态控制系统,设计了一种分数阶滑模控制器。最后,对比数值仿真验证了所设计控制器的良好性能,与传统滑模趋近律和传统滑模控制律相比,分数阶滑模趋近律具有较好的平滑特性,分数阶滑模控制律具有更好的抗干扰性与强鲁棒性。     

航天器有限时间饱和姿态跟踪控制

针对刚体航天器系统,对存在模型不确定性、外界干扰力矩和控制器饱和等条件下的姿态跟踪控制问题进行了研究。首先,考虑未知模型不确定性和外界干扰,且总干扰上界为未知常数,结合快速非奇异终端滑模、快速终端滑模趋近律以及辅助系统构造了基本的鲁棒有限时间饱和控制器,并通过辅助系统直接补偿了控制器饱和;其次,针对系统总干扰具有多项式上界的情形,进一步结合自适应控制算法,对其上界函数中的未知参数进行在线估计,并设计了自适应有限时间饱和控制器。同时,基于Lyapunov稳定性理论证明了所提出控制算法的有限时间收敛特性。最后,通过数值仿真验证所提出控制算法的控制效果,在两种控制器作用下姿态的跟踪精度分别为5×10-5和1×10-5,证明了所提出控制算法的有效性。     

指定性能指标的运载火箭姿控系统设计

为了解决运载火箭姿态跟踪控制性能易受参数影响而不确定的问题,设计了一种控制性能指标(超调量、响应时间和跟踪误差收敛时间等)可预先定制的控制器。首先,基于二阶系统参考模型和运载火箭的动力学方程,建立了姿态跟踪误差动力学模型。然后,构造了一种包含指定收敛时间的新型李雅普诺夫函数不等式定理,以跟踪误差动力学模型为基础,通过反步法推导了指定时间收敛的姿态跟踪控制律,其收敛时间作为控制器的参数,可以进行预先设定,进一步通过李雅普诺夫方法证明了该控制器的稳定性。最后,搭建了运载火箭姿态控制系统的Simulink仿真框架。通过与常规的滑模控制器和PID控制器比较可知,该控制器在指定时间内实现了对参考模型的跟踪,从而实现了预设的性能,且三通道稳态误差都小于10^-6度。     

带有补偿器的高层建筑结构滑模控制

针对高层建筑结构无法进行全状态反馈控制的问题。本文应用了带有补偿器的滑模控制(SlidingModeControlwithCompensator ,即SMC&C)方法。该方法有以下优点 :一是可以方便地均衡控制力与控制效果 ,二是更易于设计有限状态反馈的控制律。为了得到更好的控制效果 ,设计控制律时 ,采用了指数趋近律方法。数值算例验证了本文方法的有效性。     

数字式惯性平台稳定回路的离散变结构控制

为了实际实现具有良好跟踪精度和抗干扰能力的惯性平台稳定回路,建立了平台伺服电机的离散时间模型,设计了由单片机和高速DSP组成的数字控制系统,与惯性平台组成了基于采样数据的平台稳定控制回路,研究了离散变结构控制趋近律的选取方法,采用改进趋近律设计了离散变结构控制律,提出了一种数字式平台稳定回路的离散变结构控制方法,通过实物实验得出了平台伺服电机转轴摩擦力矩模型系数的估计值,并将其引入到控制系统中.仿真实验结果表明,该回路系统对于摩擦力矩和系统参数不确定性具有一定的抗干扰性能,对于阶跃干扰力矩输入具有良好的动态特性,且静态力矩刚度提高到1.2×104 N.m/rad,系统对于斜坡和加速度输入信号实现了平稳跟踪,跟踪误差最大值分别为0.0056 rad和0.0597 rad.     

基于滑模的舰艇无人直升机悬停控制

考虑到小型无人直升机在飞行过程中存在的不确定对无人直升机飞行控制性能的影响,设计了一种基于滑模的非线性鲁棒控制器。首先分析了悬停平衡条件下小型无人直升机的数学模型,然后通过设计滑模面,并结合标称系统的反馈增益,获得了滑模面的设计参数。在此基础上设计了基于指数趋近律的滑模控制器,并利用Lyapunov理论对整个系统的稳定性进行了分析。最后的仿真结果表明:给出的滑模控制策略能够有效地处理模型参数不确定对无人直升机飞行控制性能的影响,验证了该控制策略的有效性。     

抑制线振动台扰动的鲁棒自适应重复控制

针对线振动台系统中存在的非线性动态摩擦力及周期性纹波推力扰动,为获得线振动台较高的跟踪精度及鲁棒性能,提出了鲁棒自适应重复控制方法.该方法的控制律包含参数自适应控制、等效PID控制、重复空制和滑模控制.滑模控制用来镇定不确定性系统和保证自适应重复学习过程收敛,参数自适应律用来估计未知模型参数并予以补偿,重复控制用来抑制周期性扰动,提高周期性位置信号的跟踪性能.Lyapunov理论证明该控制律保证了闭环系统渐近稳定性.通过对线振动台系统仿真研究表明该控制律的有效性.