针对无人直升机的位置和姿态控制中存在不确定和外部干扰的悬停问题, 提出一种基于滑模方法的有限时间飞行控制策略。首先, 对无人直升机的六自由度模型进行分析, 将模型分为位置模型和姿态模型两个部分; 其次, 在悬停状态下对模型做简化处理, 根据位置和姿态之间的特点以及控制要求, 分别采用非奇异终端滑模和积分滑模设计位置控制器和姿态控制器, 并在Lyapunov理论框架下证明系统误差能在有限时间内收敛至平衡点; 最后, 通过仿真分析表明该控制策略具有良好的控制性能。
无人直升机 非奇异终端滑模 积分滑模 位置控制 姿态控制 有限时间收敛 unmanned helicopter non-singular terminal sliding mode integral sliding mode position control attitude control finite-time convergence
针对具有未知领导者控制输入的双积分形式的二阶多智能体系统的有限时间分布式协同控制问题进行了研究。首先, 为了快速、准确地估计领导者的控制输入信息, 提出了一种新的基于双曲正切函数的有限时间跟踪微分器, 并引入终端吸引子函数来消除抖振。其次, 设计了一种基于含减速点的新型变速趋近律的有限时间跟踪控制律, 系统在远离减速点时具有较快的收敛速度, 在靠近减速点时能有效削弱抖振。在此控制律的作用下, 跟随者利用所获得的控制输入信息, 可以更好地实现对领导者的速度和位置跟踪。最后, 仿真结果验证了所提算法的有效性。
多智能体系统 有限时间理论 跟踪微分器 变速趋近律 multi-agent system finite-time theory tracking differentiator variable speed reaching law
为了提高突防导弹末段突防能力,且保证突防导弹对机动目标的打击精度,提出了一种新型突防制导律。首先,基于自适应干扰观测器估计目标加速度,所设计的观测器不仅可以在有限时间内估计出目标加速度,且无需已知目标加速度上界信息;其次,由制导误差与法向突防机动速度构造滑模面,通过机动衰减设计保证制导精度不受所附加突防机动的影响;再次,基于估计目标加速度以及突防机动连续化设计构建了制导律,该制导律不仅可保证制导误差有限时间收敛,而且连续变化; 最后,考虑机动目标、拦截器和突防弹三方完成攻防对抗仿真,仿真结果证明,所设计制导律可实现高精度及强突防的制导性能。
自适应干扰观测器 滑模控制 有限时间收敛 连续控制 机动突防 机动目标 adaptive disturbance observer sliding-mode control finite-time convergence continuous control maneuvering penetration maneuvering target
研究一类具有未知输入的线性离散时间马尔可夫跳变系统的降维观测器设计问题。首先, 针对含有未知输入的线性系统设计一种新的降维观测器, 通过构造观测器增益矩阵, 使得未知输入完全解耦。此外, 通过线性矩阵不等式形式给出观测器存在的充分条件, 并证明观测器误差在有限时间意义上是稳定的, 保证了估计的良好暂态性。最后, 通过实例验证了所提方法的有效性和可行性。
马尔可夫跳变系统 降维观测器 有限时间稳定 未知输入 Markov jump system reduced-order observer finite time stability unknown input
1 南京信息工程大学滨江学院, 江苏 无锡 214000
2 南京航空航天大学机电学院, 南京 210000
为了解决四旋翼飞行器轨迹跟踪中状态量收敛速度慢、易发散等问题, 提出了一种双环混合有限时间控制策略。根据Newton-Euler方程推导出四旋翼的动力学模型, 再根据时间尺度原理将其分为内外两个控制环。外环采用有限时间控制策略来加快三轴位置量与偏航角的收敛速度; 内环采用快速非奇异终端滑模控制技术来实现姿态角的快速收敛。搭建了四旋翼的虚拟样机, 在三维仿真环境下模拟其轨迹跟踪控制效果。由仿真结果可知: 与其他两种常见的控制器相比, 所设计的控制器的控制精度、鲁棒性以及跟踪效果均最好, 并且能较好地满足四旋翼轨迹跟踪控制的需求。
四旋翼飞行器 有限时间控制 终端滑模控制 轨迹跟踪 虚拟样机 quadrotor aircraft finite time control terminal sliding mode control trajectory tracking virtual prototype
大连科技学院 电气工程学院, 辽宁 大连 116052
针对电流调制半导体激光器的信号有限时同步传输问题设计了技术方案。文章首先对电流调制半导体激光器的特性进行了理论分析。在此基础上, 利用滑模控制方法设计了独特的滑模面和滑模控制器, 完成了电流调制半导体激光器对目标信号的有限时同步传输。研究结果表明, 该项技术不但能够保证电流调制半导体激光器在有限的时间内完成对目标信号的同步传输, 而且通过简单调节滑模面中的参量便可控制滑模面收敛的快慢。同时, 该项技术对目标信号没有任何限制。
同步传输 有限时 滑模控制 电流调制半导体激光器 synchronization transmission finite-time sliding mode control current modulated semiconductor laser
利用热管具有高效的导热能力,而半导体制冷具有无噪音、环保、制冷迅速等独特的优点,提出了一种基于热管散热的半导体热电冷水机结构。基于有限时间热力学理论,考虑包括汤姆逊效应在内的各种内部效应,建立了详细的计算模型。分析了关键运行参数和设计参数对装置最优电流和最优性能的影响,并给出了协调最大制冷率和最大制冷系数的最优参数区间。优化结果表明: 当温差为20K、电流为2.5A时,最大制冷率和最大制冷系数分别可达29.49W和1.47,相比于优化前,分别提升了55.3%和47.0%。
热管 热电冷水机 有限时间热力学 最优电流 制冷率 制冷系数 heat pipe thermoelectric chiller finite-time thermodynamics optimal current cooling load COP
针对具有输入饱和及输出约束的非线性纯反馈系统, 提出了有限时间自适应神经跟踪控制方法。利用有限时间控制理论、Barrier Lyapunov 函数以及径向基函数(RBF)神经网络设计出新颖的虚拟和实际输入信号, 解决了具有输入饱和及输出约束的非线性纯反馈系统的有限时间控制问题, 同时, 确保系统在满足输入饱和及输出约束的条件下, 系统的输出在有限时间内跟踪上参考信号, 并且系统的跟踪误差在有限时间内被限制在原点的小邻域内。最后, 仿真实验阐明了所设计控制器的有效性。
有限时间控制 Barrier Lyapunov函数 输入饱和 输出约束 finite-time control Barrier Lyapunov function input saturation output constraints
1 内蒙古科技大学, 内蒙古 包头 014000
2 大连海事大学, 辽宁 大连 116000
3 内蒙古北方重工业集团有限公司, 内蒙古 包头 014000
针对扰动对稳定平台跟踪精度的影响, 提出了一种新型复合滑模控制算法。首先, 针对等效干扰, 使用鲁棒H∞混合灵敏度控制设计鲁棒干扰观测器(RDOB), 有效地优化了干扰观测器的滤波器, 对等效干扰实现了快速精确的估计与补偿, 改善了系统的抗干扰能力; 其次, 为了提高系统的跟踪精度, 结合有限时间理论, 设计了新型的滑模控制器(NSMC),Lyapunov函数证明了系统在有限时间内收敛。仿真结果证明了控制策略的有效性。
稳定平台 干扰观测器 滑模控制 有限时间理论 Lyapunov函数 stable platform disturbance observer sliding mode control finite time theory Lyapunov function
1 南京信息工程大学自动化学院, 南京 210044
2 化工过程先进控制和优化技术教育部重点实验室, 上海 200237
3 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心, 南京 210044
4 中国电子科技集团公司第二十八研究所, 南京 210044
针对刚性机械臂有限时间鲁棒控制问题, 提出了一种新的自适应非奇异快速终端滑模控制方法。该方法将非奇异快速终端滑模控制与自适应律相结合, 使用非奇异快速终端滑模面加快机械臂轨迹跟踪误差的收敛速度, 解决了终端滑模中的奇异问题; 通过双曲正切函数代替符号函数减小控制输入的抖振; 利用自适应律对未知的外部扰动和系统的不确定性进行估计, 实现了在集总扰动未知情况下的轨迹跟踪。构造Lyapunov函数, 证明机械臂系统能够在有限时间内稳定收敛。最后二自由度机械臂仿真实验结果验证了所设计控制器的有效性和鲁棒性。
终端滑模控制 机械臂 轨迹跟踪 自适应律 有限时间收敛 terminal sliding mode control robot manipulator trajectory tracking adaptive law finite-time convergence
