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/s2, 表现出了更优的控制效果。

针对四旋翼无人机姿态控制过程中存在模型不确定和外界风干扰的问题，提出了一种内外环控制算法。内环设计了自抗扰控制器，利用扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈控制器实时估计和补偿系统的总扰动;外环设计了非奇异终端滑模控制器来提高系统的响应速度;并对内外环的控制算法进行了稳定性证明。由姿态角跟踪仿真结果表明，所设计的控制器具有较高的跟踪精度和良好的抗干扰能力，能够有效实现四旋翼无人机的姿态控制。

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。

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。

针对含有建模不确定性与外界扰动下的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制问题, 提出了一种结合连续快速非奇异终端滑模控制与线性自抗扰控制的控制策略。用Newton-Euler方程获得四旋翼飞行器的动力学模型, 将其分成内环与外环两个控制回路: 内环采用连续快速非奇异终端滑模控制来实现姿态角的快速收敛; 外环采用线性自抗扰控制来抑制外界干扰和实现高精度轨迹跟踪。同时, 分析了内外环控制器的稳定性。最后, 通过仿真算例与飞行试验验证了所提控制策略的有效性。结果表明, 所提方法响应速度快, 具有较好的鲁棒性、较高的控制精度与较强的抗干扰能力, 能够满足四旋翼飞行器轨迹跟踪控制的需求。

针对喷水推进型无人艇(USV)在水平面内的航向控制问题, 提出了一种改进的终端滑模控制方法。首先,建立了无人艇的Norrbin模型, 在此模型基础上设计了一种基于终端滑模控制的航向控制器, 同时,为了缓解滑模控制带来的抖振问题, 引入了S型生长曲线函数对传统指数趋近率进行改进, 并借助Lyapunov方法证明了控制系统的稳定性; 之后, 通过Matlab仿真实验验证了控制算法的正确性; 最后, 利用自主研发的“海鳐01”号无人艇对所设计的航向跟踪控制算法进行湖上实船试验, 结果验证了该算法在实际工程中应用的可行性。

针对一类存在非匹配干扰和建模误差的高阶非线性系统,结合滤波反步控制方法,设计一种基于非线性干扰观测器的自适应反步非奇异终端滑模控制方案。首先,设计一种有限时间稳定的非线性干扰观测器,以此对非匹配干扰进行估计和补偿。采用反步控制处理高阶不确定非线性系统,结合动态面控制设计虚拟控制律,避免传统反步设计中存在的“微分爆炸”问题；第n步结合自适应控制和非线性干扰观测器,设计非奇异终端滑模控制律,消除建模误差和非匹配干扰对系统的影响。基于Lyapunov理论证明跟踪误差一致最终有界。仿真结果验证了所设计控制方案的有效性。

针对四旋翼无人机的欠驱动、非线性、强耦合和易受外界因素干扰等特性, 为保证其控制品质与精度要求, 提出一种基于快速终端滑动模态控制(TSMC)的控制方法。建立四旋翼无人机在紊流风场作用下的动力学数学模型, 采用可自动消除抖振的全局快速终端滑模的控制算法计算各个控制律, 引入过渡输入控制律以实现欠驱动耦合控制, 并通过Matlab/Simulink软件对系统模块进行构建和仿真。仿真结果表明, 该快速终端滑模控制器算法具有可靠性高、收敛速度较快和鲁棒性较强的特点, 能够有效地完成四旋翼无人机的飞行任务。

针对四旋翼飞行器姿态控制问题中系统存在模型参数不确定和外界未知干扰的情况，提出一种基于有限时间干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制策略。首先，设计有限时间干扰观测器实时观测系统中的模型参数不确定和外界未知干扰，并将观测值与非奇异快速终端滑模控制器的设计相结合，不仅实现了对系统中模型参数不确定和外界未知干扰的抑制，而且提高了系统的跟踪速度和控制精度。基于Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性,最后，通过仿真验证了所提方法的有效性。

传统的离散线性滑模应用于四旋翼飞行器控制具有跟踪误差大、响应速度慢、不能有限时间收敛等问题，针对具有外干扰、系统不确定和建模误差的四旋翼飞行器，提出了干扰观测器补偿的自适应离散终端滑模控制。首先，对一类包括四旋翼飞行器模型的离散化方程推导了终端滑模控制律，引入自适应律因子减小抖振，构造了以状态变量的平方作为干扰误差收敛速度的改进型离散干扰观测器,且证明了它的稳定性，再利用改进的离散干扰观测器获取未知干扰、不确定和建模误差的高精度估计，并用于控制器设计补偿项，提高鲁棒性和减小稳态误差，再对整个系统的稳定性做了严格的证明。最后将提出方法用于四旋翼飞行器控制，Matlab仿真分析表明，干扰观测器补偿的自适应离散终端滑模控制比离散终端滑模等其他控制方法具有响应时间更快、跟踪效果更理想、鲁棒性更强等特点，实现了在不确定干扰的情况下飞行器姿态的稳定控制。