有限时间控制

摘要： 针对受模型不确定和外部干扰影响的并联式运载器上升段姿态控制问题,提出了一种基于广义超螺旋算法的自适应滑模有限时间控制方法。首先,将姿态跟踪控制问题转化为跟踪误差系统的镇定问题,建立了面向控制的模型。其次,将单输入单输出(single input single output,SISO)固定时间广义超螺旋算法拓展应用到多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)耦合非线性系统上,基于该算法设计了固定时间状态观测器和自适应滑模有限时间控制器,利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的有限时间稳定特性。最后,通过与传统比例微分(proportional and differential,PD)控制器仿真对比,验证了该方法具有更优的控制精度和鲁棒性。

摘要： 针对电动舵机系统的快响应鲁棒控制问题,提出了一种基于双幂次趋近律的全局非奇异终端滑模控制方法。首先,建立了舵机系统的数学模型,将气动干扰和摩擦建模为有界扰动;其次,根据系统模型构建非奇异终端滑模面,结合双幂次趋近律设计舵机控制器,从而保证滑模面的固定时间可达性,充分利用滑模控制方法的鲁棒性和不变性,并提高舵机系统的响应速度;最后,针对该控制器进行Lyapunov稳定性分析和数值仿真分析。相关结果表明:新型控制方法使得系统误差在有限时间内收敛至零,有效提升了舵机系统的响应速度和稳态精度。

摘要： 针对Buck型DC-DC变换器输出电压跟踪控制问题,提出了一种基于事件触发机制的有限时间控制方案;首先,将Buck变换器建模成一类反馈型非线性系统;然后,为能有效地避免通信资源的浪费,通过构造一种状态变换设计了一种事件触发机制;同时,利用反步法,设计了系统的状态反馈控制器,该控制器在事件触发时刻更新;然后,基于所设计的事件触发控制器,利用有限时间Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性,并证明了所设计的控制方案不会发生Zeno现象;最后,通过Buck变换器仿真实例验证了所提出的事件触发控制方案的有效性,仿真结果表明了在所设计的控制方案下,Buck型DC-DC变换器的输出在有限时间内可以达到期望值,同时还能减少通信资源的浪费。

摘要： 针对带有模型不确定性和未知外部干扰的四旋翼无人机轨迹跟踪控制问题,提出一种基于径向基(radial basis function,RBF)神经网络的自适应全局快速终端滑模控制方法,确保系统对期望轨迹的有限时间跟踪。该方法考虑到全局快速终端滑模控制在实际应用中的适应性和抖振问题,利用RBF神经网络替代等效控制量,以神经网络的在线学习能力补偿系统内部的不确定性和未知的外部干扰,有效地降低了系统的抖振;根据Lyapunov方法导出的自适应律在线调整神经网络权值,以保证闭环系统的稳定性。通过一系列仿真算例和飞行实验验证了该方法的有效性与可行性,结果表明:该控制方法相对于滑模控制的抖振更小,具有更好的收敛性和抗干扰能力,同时对模型的参数摄动具有更强的鲁棒性。

摘要： 本文研究存在惯性不确定性和外部干扰的四旋翼飞行器系统有限时间位置和姿态跟踪控制问题。首先,设计一种新型两相幂次趋近律,当系统状态远离滑模面时,利用较大的幂次项提高趋近速率;当系统状态接近滑模面时,切换成较小的幂次项削弱抖振。其次,设计有限时间滑模控制器保证位置和姿态输出能够在有限时间内跟踪参考轨迹。同时,构造自适应参数更新律用以估计系统不确定性的上界,进而提高系统鲁棒性。最后,通过数值仿真验证本文所提控制方法的有效性。

摘要： 提出了一种基于分布式时变编队跟踪控制方法的有人-无人集群系统协同飞行策略.在该策略中,预警机、五代机等高价值有人作战单元担任领航者,多架低成本无人机担任跟踪者.低成本无人机可以由高价值有人作战单元在适当时机布撒后伴飞.策略的核心是使低成本的无人机始终处于我方高价值有人作战单元与敌方来袭导弹的视线轴上,承担被击落的风险,起到干扰、诱骗等作用,充当我方高价值有人作战单元的“忠诚僚机”.基于有限时间控制理论、观测器理论、自适应控制理论,给出了无人机在自身存在未知扰动且有人作战单元存在未知机动情况下能够实现该策略的分布式控制协议,并利用李雅普诺夫理论对协议的有效性进行了证明.最后通过数值仿真算例对理论结果进行了验证.

摘要： 基于实现一类参数未知三维分数阶混沌系统有限时间追踪控制的目的,采用分数阶系统稳定性地理对分数阶Zhang混沌系统进行了动力学性质分析,采用有限时间控制法设计了一个自适应有限时间追踪控制器,通过理论计算和MATLAB数值仿真,验证了该控制器的有效性,实现了参数未知分数阶混沌系统的自适应有限时间追踪控制;在保持系统各个参数不变的情况下加入外部随机扰动,通过MATLAB数值仿真可知,该控制器具有抗干扰性。

摘要： 针对欠驱动水质检测船在外界风、浪扰动以及模型系统存在不确定性参数的情况下,存在直线路径跟踪航向偏离及航向偏差修正速度慢的问题,提出采用有限时间控制理论设计航向控制系统。首先建立欠驱动水质检测船航向控制的数学模型,将复杂非线性的航向控制简化为一个二阶系统,简化了设计复杂度;然后基于齐次性理论设计有限时间航向控制律,通过分数幂提高系统的收敛速度与鲁棒性,结合扩展状态观测器对误差扰动进行估计,提高了控制性能。仿真结果表明,采用有限时间航向控制的水质检测船可将航向角误差控制在0.1°,有效增强了水质检测船的抗干扰能力,保证了作业路径跟踪精度。

摘要： 该文针对一类带有弹性杆的新型多段线缆驱动连续型空间机械臂的建模与控制问题开展研究,基于刚体等效建模思想建立了机械臂的几何模型。对每节机械臂进行单元划分,将各单元上的弹性杆等效为轻质连杆。在此基础上,应用欧拉-拉格朗日建模方法,建立了多段线缆驱动连续型空间机械臂动力学模型。针对系统中存在的参数不确定性与外部时变干扰,基于Lyapunov稳定性理论,提出了一种基于非奇异终端滑模有限时间控制(NTSMFC)的连续型机械臂控制方法。仿真结果表明:与比例-微分(PD)控制器相比,NTSMFC能在有限时间内快速跟踪期望姿态角,PD控制器的姿态跟踪快速性较低;NTSMFC姿态角稳态误差为±0.002 rad,PD控制器姿态角稳态误差为±0.01 rad。

摘要： [目的]针对执行器输出能力受限的水下滑翔机(AUG)垂直面运动控制问题,提出一种基于T-S模糊逻辑的模糊滑模控制器。[方法]该模糊滑模控制器使用模糊切换率代替固定时间控制器中的切换率,用来有效抑制滑模控制器中存在的抖振,其中模糊切换率通过T-S模糊规则拟合固定时间控制器中的切换率得到。基于水下滑翔机执行器能力有限的问题,设计一种饱和辅助系统,以改善执行器饱和带来的影响。最后,通过Lyapunov稳定性分析和数值仿真对系统性能进行验证。[结果]结果显示,在使用模糊滑模控制器和饱和辅助系统的情况下,水下滑翔机系统能够在有限的时间内收敛,模糊滑模控制器和饱和辅助系统是有效的。[结论]研究表明,所提出的模糊滑模控制器在与固定时间控制器控制性能接近,同时模糊滑模控制器的抖振更小。

摘要： 本文提出了一种基于全阶滑模的四旋翼无人机有限时间控制策略.首先,基于牛顿欧拉公式,推导四旋翼无人机的动力学模型,确定其六自由度数学方程.其次,对这六个自由度进行解耦计算得到位置与姿态间关系.然后,通过全阶滑模面设计位置控制器和姿态控制器,以削弱抖振现象.最后,根据Lyapunov稳定性定理证明该控制系统的有限时间稳定性.仿真结果表明了该控制算法的有效性.

摘要： 为了确保行星探测器安全精确着陆,本文基于非奇异终端滑模技术针对着陆小行星的有限时间控制进行研究.在安全着陆的约束条件下,问题转化为两点边界值约束控制问题.通过非奇异终端滑模控制方法设计有限时间控制律.仿真结果表明,本文给出的控制方法比传统的滑模控制法具有更快收敛速度、更强的抗扰动性能和更强的鲁棒性能.

摘要： 本文研究了永磁同步电机的位置跟踪问题.对永磁同步电机的数学模型进行分析,利用反馈线性化,实现了电机模型的精确线性化和解耦.首先,将永磁同步电机位置跟踪系统采用反馈线性化技术变换为两个线性子系统,分别对其设计相应的基于连续状态反馈线性化的有限时间控制器.然后对永磁同步电机位置跟踪的闭环系统进行了稳定性的分析.通过与对应的渐近稳定控制的方案的对比研究,基于有限时间的控制方案实现了永磁同步电机对期望信号的有限时间跟踪,获得了更好的动态响应和抗扰动性能.仿真结果表明了该控制方案的有效性.

摘要： 本文针对采用矢量控制的永磁同步电机调速系统提出了一种复合控制方法：首先用扰动观测器观测出系统中由模型参数变化、负载改变等产生的扰动，并用此观测值作为前馈量补偿到输入端，然后运用有限时间控制方法设计了系统前向通道中的反馈控制器。最后，给出了控制器参数与稳态速度误差界的关系。分析和仿真表明基于扰动观测器的有限时间控制方法具有更强的抗扰动性能。

摘要： 基于有限时间控制技术，对永磁同步电机伺服系统的位置控制问题进行了研究。利用反步构造法，对系统的位置环提出了一种基于反馈线性化和有限时间控制技术的策略。对干扰情况下闭环系统的性能进行了严格的数学分析。结果表明：与传统的基于PD和反馈线性化的控制方案相比，本文的控制方案小仅使得闭环系统的位置跟踪误差具有更快的收敛速度，而且通过调节控制器参数可以使稳态误差的边界更小，系统具有更强的抗干扰能力。仿真结果验证了该方法的有效性。

摘要： 针对以Buck-Boost矩阵变换器(BBMC)为功率变换器的异步电机调速系统,提出一种基于有限时间控制的变频调速控制方法.首先,根据异步电机的给定转速,经基于PI-IP控制的矢量控制算法获得异步电机的给定电压,并以该给定电压作为BBMC的参考输出电压.再以BBMC中电容电压与电感电流作为系统控制变量,经有限时间控制算法得到BBMC中对应功率开关的占空比.再根据该占空比对BBMC中对应功率开关实施控制,由此可在BBMC输出端获得与其参考输出一致的输出电压,从而实现异步电机实际转速对其给定转速的准确跟踪,达到对异步电机转速进行准确控制的目的.最后通过仿真和实验对上述控制方法进行了验证.

摘要： 针对一类非完整链式系统,运用非光滑有限时间控制理论和切换控制的设计策略,给出了一个不连续的两步切换控制器,使得相应的闭环系统是半全局有限时间稳定的,且在任何时刻三个控制输入满足饱和性约束条件.最后,数值仿真验证了控制策略的有效性。

摘要： 由于欠驱动水面船舶存在二阶非完整约束，不满足Brockett定理的必要条件，因而对于动态定位问题，不存在任何光滑时不变的反馈控制方法能够使得系统渐近稳定。通过对系统进行坐标变换和反馈变换，基于有限时间控制方法，对坐标和反馈变换后的两个子系统，设计分时间段独立的稳定反馈控制律，从而以非连续的反馈方式，解决了欠驱动船舶的动态定位控制问题。数值仿真试验结果验证了所提出的控制方法的稳定性。

摘要： 本文针对空间飞行器姿态控制问题,给出了一种基于优化控制与有限时间控制技术的控制方法.针对运动学子系统,给出了最优角速度存在时所满足的条件及满足该条件下的最优角速度表达式;针对动力学子系统,设计控制律,使得角速度能够在有限时间内跟踪上最优角速度,并给出了空间飞行器姿态控制闭环系统的收敛性证明.数值仿真实验验证了该方法的有效性。

摘要： 提出一种改进的非奇异终端滑模控制器的设计方法.可用于带有参数不确定和外部扰动的二阶非线性系统.证明了从任意初始状态到达滑模的时间和在滑模上到达平衡点的时间均是有限的,并且与常用的非奇异终端滑模相比,有较快的收敛速度和较短的收敛时间.仿真结果证明所提方法的有效性.

摘要： 本发明公开了一种基于有限时间扰动观测器的固定时间编队控制方法，属于多无人船协同控制领域，建立领航无人船和跟随无人船的动力学和运动学模型，以及建立领航无人船子系统的期望轨迹模型，结合积分滑模面，设计领航无人船子系统的固定时间跟踪控制器以实现领航无人船轨迹控制；采用反步法设计跟随无人船子系统的虚拟速度，来确定领航无人船和跟随无人船之间的位置误差,并通过设计跟随无人船的跟踪控制器调整领航无人船和跟随无人船之间的跟踪误差；采用有限时间扰动观测器，并结合固定时间控制律提出在复杂环境下的基于有限时间观测器的固定时间编队控制策略，实现领航无人船和跟随无人船之间的精确编队控制，并计算出最大收敛时间，该方法提出有限时间扰动观测器思想，它能够对外界扰动实现快速、有效的辨识，从而提高了无人船编队系统的鲁棒性。

摘要： 控制受限航天器交会控制系统的时变反馈有限时间镇定方法，所述镇定方法步骤包括，步骤一：建立控制受限航天器交会控制系统的轨道动力学模型，并得到状态空间方程；步骤二：建立参量Lyapunov方程并分析其性质，通过参量Lyapunov方程的正定解P(γ)，设计显式的控制受限情形下的线性时变反馈控制律，即设计控制受限航天器交会控制系统的状态反馈控制器；步骤三：通过构造显式的Lyapunov函数，利用参量Lyapunov方程解的性质设计控制器参数，保证追踪航天器和目标航天器在有限时间内完成交会任务。本发明为实现控制受限情形下的航天器交会控制系统的有限时间镇定。

摘要： 本发明提出了一种用于集群的有限时间自主编队控制方法及控制系统，方法包括：基于控制对象的质点运动模型，建立集群的面向控制模型；基于面向控制模型，设计集群的有限时间编队控制器；通过仿真试验验证所述有限时间编队控制器的有效性。根据本发明的用于集群的有限时间自主编队控制方法，基于有限时间和多智能体一致性理论设计，区别于现有的传统方法，可大大提供无人机集群编队的快速性和精确性。控制器设计简单，可使无人机等多智能体集群形成精确编队并保持队形运动，这为加快多智能体集群的工程化发展提供了关键核心技术支撑。

摘要： 本发明公开了一种基于有限时间扰动观测器的固定时间编队控制方法，属于多无人船协同控制领域，建立领航无人船和跟随无人船的动力学和运动学模型，以及建立领航无人船子系统的期望轨迹模型，结合积分滑模面，设计领航无人船子系统的固定时间跟踪控制器以实现领航无人船轨迹控制；采用反步法设计跟随无人船子系统的虚拟速度，来确定领航无人船和跟随无人船之间的位置误差,并通过设计跟随无人船的跟踪控制器调整领航无人船和跟随无人船之间的跟踪误差；采用有限时间扰动观测器，并结合固定时间控制律提出在复杂环境下的基于有限时间观测器的固定时间编队控制策略，实现领航无人船和跟随无人船之间的精确编队控制，并计算出最大收敛时间，该方法提出有限时间扰动观测器思想，它能够对外界扰动实现快速、有效的辨识，从而提高了无人船编队系统的鲁棒性。

摘要： 本发明提供一种基于有限时间不确定观测器的多无人船编队固定时间控制方法，包括：基于未知扰动和未建模动态，构建无人船编队系统中的领航船、跟随船数学模型以及编队模型；将外界未知扰动项和未知水动力系数项视为集总不确定项，设计有限时间不确定观测器，对包含所述集总不确定项的无人船编队系统进行精准而快速的观测和补偿；将固定时间控制思想融入至非奇异终端滑模技术，设计具有完全固定时间稳定特性的非奇异终端滑模；基于所述有限时间不确定观测器和所述非奇异终端滑模，设计固定时间无人船编队控制策略。本发明的技术方案确保了编队跟踪控制系统的收敛速度和收敛精度，并克服了传统滑模策略中的奇异性和收敛速度慢的问题。

摘要： 一种自适应有限时间姿态控制模型获取方法及系统、控制器和控制方法,建立含有外部干扰、量化输入的飞行器动力学模型和姿态模型，定义状态变量测量误差，基于飞行器的模型和测量误差，得到由测量状态定义的系统模型,利用加幂积分法，引入滑模微分器估计部分信号的微分，得到飞行器的自适应有限时间量化控制器设计方案，针对带有量化输入的飞行器系统，提供一种自适应有限时间量化控制方法，提高系统的控制精度，且收敛速度快的特点，因此实现了在航天器的控制方案以减少通信量而不影响稳定性和控制性能。

摘要： 本发明属于智能信息处理领域，特别涉及一种基于状态约束脉冲控制策略的非线性多智能体系统的有限时间一致性方法，该方法包括：构建非线性多智能体系统的切换拓扑结构和智能体的动力学模型；设计状态约束脉冲控制策略和有限时间连续控制策略；智能体在脉冲时刻或者非脉冲时刻接收邻居智能体的状态信息；采用状态约束脉冲控制策略对脉冲时刻各个智能体的状态信息进行更新，或者采用有限时间连续控制策略对非脉冲时刻各个智能体的状态信息进行更新，完成有限时间一致；本发明提出了一种状态约束脉冲控制策略和有限时间连续控制策略，通过该状态约束脉冲控制策略和有限时间连续控制策略可以节省通信资源，提高系统的稳定性，减少系统收敛时间。

摘要： 本发明属于飞行控制技术领域，特别涉及一种基于自适应有限时间控制的四旋翼飞行器控制方法，包括以下步骤：S1、建立四旋翼飞行器系统模型，上述四旋翼飞行器系统模型包括位置子系统模型和姿态子系统模型；S2、设计四旋翼飞行器自适应有限时间位置控制器；S3、设计四旋翼飞行器自适应有限时间姿态控制器；S4、根据所设计的位置和姿态控制器来控制飞行器的电机转速从而控制飞行器的飞行。本发明采用了相应的有限时间参数识别方法和有限时间扰动观测器来对不确定的参数和外部干扰进行识别和观测，以此有效地提高了系统的抗干扰性和鲁棒性，有效地减小了四旋翼飞行器在实际飞行过程中不确定参数和各种外界干扰的影响。

摘要： 本发明公开了一种有限时间控制BBMC调速系统控制参数稳定域确定方法，其步骤为：以BBMC中电感电流、电容电压和输出电流为状态变量，建立BBMC调速系统的状态微分方程；根据上述状态微分方程，得到系统的动态方程；根据上述系统的动态方程，设计BBMC调速系统的控制函数；根据控制函数及有限时间控制原理，得到BBMC中功率开关管的占空比；根据占空比得到BBMC逆变级的离散迭代映射模型；建立三相异步电机的离散迭代映射模型；根据上述BBMC逆变级的离散迭代映射模型和三相异步电机的离散迭代映射模型，得到基于有限时间控制的BBMC调速系统的离散迭代映射模型；根据得到的离散迭代映射模型，通过数值仿真得到BBMC调速系统稳定运行时控制参数的取值范围。

摘要： 本发明公开了基于快速有限时间控制的感应电机复合控制方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、在两相旋转坐标系下建立感应电机的数学模型，并对数学模型解耦，实现对感应电机的解耦控制；步骤2、根据有限时间控制理论设计感应电机矢量控制系统的速度环有限时间控制器；步骤3、设计基于感应电机矢量控制系统的快速有限时间扰动观测器；步骤4、将步骤2得到的速度环有限时间控制器和步骤3得到的快速有限时间扰动观测器结合，得到快速有限时间复合控制器，实现对感应电机的高性能控制。本发明解决了现有技术中存在的感应电机系统无法在有限时间收敛，面对复杂工况抗扰动性能不足，扰动补偿速度不佳的问题，实现了对感应电机的高性能控制。