有限时间收敛

摘要： 针对具有快时变性、不确定性、强非线性和系统初始状态远离平衡点等特点的敏捷导弹的直接力/气动力复合控制律设计问题,提出了一种新型非奇异终端滑模控制方法。为缩短到达平衡态的时间,设计了一种组合非奇异终端滑模面,提高了系统状态在滑模面上的收敛速度,设计了改进的变系数双幂次趋近律,提高了系统状态到达滑模面的速度,并利用扩张状态观测器实时估计系统内外扰动,消除了观测误差对系统造成的干扰,抑制了抖振。最后,证明了所提方法的有限时间收敛特性,通过仿真对比校验了所提方法的有效性。

摘要： 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。

摘要： 考虑海上随机时变环境干扰,针对基于有向、时不变通信网络相联的多动力定位船设计编队控制器。本文提出一种非线性干扰观测器的设计方法来估计不确定环境干扰,证明所设计观测器的干扰估计误差能在有限时间内收敛。根据船舶编队的通信拓扑,运用反步法设计分布式控制器来补偿环境干扰、实现编队精确控制;在设计中引入响应速度函数,以保证动力定位船在预设时间内的跟踪性能;并根据李雅普诺夫理论证明完整闭环动态系统的稳定性。仿真结果表明:本文设计的船舶编队控制器响应指令快速准确,且有良好的鲁棒性。

摘要： 提出一种考虑输出约束的冗余驱动绳索并联机器人(Redundantly-actuated cable driving parallel robots,RCDPRs)预设性能有限时间控制算法.首先,采用Newton-Euler方程推导系统动力学模型,并建立绳索拉力优化模型保证系统正常工作;其次,将输出约束问题转化为位置跟踪误差的坐标变换问题,设计给定时间衰减函数与非对称变换函数,将约束形式的跟踪误差转化为无约束变量,实现给定时间的输出约束;然后,针对滑模控制的抖振问题,在预设性能控制中采用模型不确定与扰动估计器进行扰动估计,并通过自适应方法对扰动估计误差进行补偿;以此为基础,提出一种基于精度驱动且在分段点处三阶连续的终端滑模面进行控制算法设计;最后,采用Lyapunov函数证明算法的有限时间收敛特性,并以7自由度冗余驱动绳索并联机器人为控制对象进行仿真研究,对算法进行验证.

摘要： 针对参数未知的机械臂执行器饱和与受到未知扰动问题,提出一种自适应有限时间跟踪控制算法,使机械臂能够以任意小的精度跟踪给定轨迹。引入未知的饱和因子描述执行器饱和,并设计自适应律辨识饱和因子对执行器饱和进行补偿;利用权值自适应的径向基神经网络(Radial Basic Function Neural Networks,RBFNN)逼近机械臂的逆动力学解以及未知扰动;提出一种非奇异快速终端滑模控制器,使机械臂能够在有限时间内跟踪给定轨迹。利用Lyapunov稳定性理论,证明机械臂跟踪控制系统的稳定性,并在Geomagic Touch机械臂模型上进行仿真验证。仿真结果表明,在自适应非奇异快速终端滑模控制器作用下,当执行器饱和,机械臂能够以任意精度跟踪给定轨迹,并对未知扰动具有很好的鲁棒性。

摘要： 针对大机动目标的拦截问题,基于积分滑模控制理论提出了有限时间收敛的积分滑模制导律。采用参数自适应调节的径向基函数神经网络扰动观测器对目标机动引起的制导系统扰动进行估计,为了进一步提高估计精度,利用自适应律消除神经网络观测器的的估计误差。根据李雅普诺夫稳定性理论证明了制导律的稳定性和有限时间收敛性。通过数值仿真说明所提制导律无论是在脱靶量方面还是在弹目视线角的控制精度上都具有优异的性能。

摘要： 针对机械臂系统在实际应用中存在的建模误差及未知扰动问题,设计了一种基于扰动观测器的改进型非奇异快速终端滑模控制策略.通过扰动观测器准确估计系统存在的总扰动,并设计恰当的非线性增益函数使扰动观测误差指数收敛,实现了对控制器的前馈补偿.考虑到终端滑模存在的奇异性问题,结合扰动观测器设计了非奇异快速终端滑模控制器,在保证跟踪误差有限时间收敛的同时抑制了滑模控制固有的抖振现象.同时在控制器设计过程中,用fal函数代替sig函数有利于削弱滑模控制抖振,提高系统稳定性及跟踪精度.最后,利用MATLAB软件进行实验仿真,验证了所设计控制器的有效性.

摘要： 以无人机为研究对象,针对无人机系统非线性强和飞行过程中外界干扰产生的不确定性,设计一种基于增益自适应滑模控制的无人机姿态控制器.该方法无需观测器对不确定性进行估计就可以实现对给定无人机姿态的跟踪控制,同时滑模控制中的抖振情况可以得到有效抑制.首先介绍无人机模型,给出其数学模型;其次,以误差为状态量,设计稳定收敛的滑模面,采用增益自适应超螺旋滑模算法设计能够有限时间收敛的无人机姿态控制器;再采用Lyapunov第二法证明闭环无人机系统的稳定性;最后对所提控制方法进行仿真验证.结果表明:该控制方法具有可靠的控制性能.

摘要： 针对车辆数学模型非线性、强耦合等特点,设计了基于非奇异terminal滑模控制器,该控制器适用于非线性系统,相较于传统滑模控制器,能够在有限时间内使系统误差收敛到零。但是在应用非奇异terminal滑模控制器的过程中发现,系统抖振过大,为了削弱抖振幅度,将控制率中的符号函数设计为修正的饱和sat函数,从而有效削弱系统抖振。利用MATLAB中的simulink进行了车辆横向控制仿真实验,实验结果表明,相较于传统滑模控制器,在跟踪期望路径时能够更加快速地使跟踪误差收敛至零,相较于采用符号函数sgn的非奇异terminal滑模控制器,可大幅度削弱车辆前轮转角抖振幅度,抖振幅度有效减小90%~95%。

摘要： 针对导弹以固定终端攻击角拦截机动目标的制导问题,提出一种三维自适应有限时间超螺旋滑模制导律.首先,利用相对运动质点模型将三维制导问题转换为二阶视线角系统的控制问题.其次,构造一种多变量非奇异的快速终端滑模面,结合改进型超螺旋算法,设计了有限时间超螺旋滑模制导律.同时,通过参数自适应增益实时在线估计目标机动引起的外部扰动上界,设计了自适应有限时间超螺旋滑模制导律.然后,利用Lya-punov稳定性理论进行了闭环系统有限时间收敛性能分析.最后,通过仿真分析验证了所提方法在保证良好拦截精度的同时,具有更强的鲁棒性和更高的终端攻击角控制精度.

摘要： 针对扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)可能存在的估计精度、速度与稳定性之间的矛盾问题,采用非奇异终端滑模(NTSM)的设计方法,设计了有限时间收敛的干扰观测器,并与扩张状态观测器进行了比较研究,仿真结果表明:在干扰及其变化率有界和状态量可测的条件下,有限时间收敛的干扰观测器(FTCDO)的观测效率较高,观测精度、速度和稳定性较扩张状态观测器更为优良.

摘要： 针对飞行器以给定角度攻击未知机动方式目标的要求,考虑外界干扰对制导的影响,提出了一种基于有限时间收敛扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)的最优制导律设计方法.将模型不确定性、运动平面间的耦合、未知目标机动以及外界干扰等复合干扰扩张成闭环制导系统的新状态,应用非奇异终端滑模变结构方法设计ESO,证明了观测误差能在有限时间内收敛到零,给出含实时补偿项并满足角度约束的最优制导律设计方法.理论分析可知, 在制导过程中,该制导律较最优制导律对过载的需求小.仿真结果表明,该制导律能够保证飞行器在外界干扰和目标机动的情况下具有较好的动态特性和鲁棒性.

摘要： 分别讨论了SISO线性切换系统与SISO非线性切换系统的有限时间收敛问题,证明了对于本文所给定的系统,可以构造一递归结构的最终滑动超曲面和相应的变结构切换控制器,使得对于任意的切换,系统的状态变量都可以在有限时间内收敛到平衡点.从而使得最终滑模流形的存在与切换系统共同李雅普诺夫函数的存在相一致,均保证了任意切换下系统的某种稳定特性.

摘要： 针对传统最优末制导律鲁棒性较差、对外扰及参数摄动敏感等不足，考虑弹目运动方程中存在不满足滑模控制匹配条件的外扰，提出一种基于二阶滑模控制技术的鲁棒最优末制导律设计方案。首先设计二阶滑模控制用以实现滑动模态及其导数的有限时间收敛，然后利用基于自适应super-twisting算法设计不连续项以保证所设计二阶滑模最优末制导律的连续性。基于Lyapunovr的稳定性理论证明及仿真结果均表明了该末制导方案具有很高的命中精度及较强的鲁棒性。

摘要： 针对小卫星姿态快速机动问题，采用非奇异终端滑动模态思想设计有限时间收敛.鲁棒性强的控制器。通过选取合理的滑模面，确保小卫星姿态在有限时间内稳定到目标状态，同时避免了传统终端滑模控制中的奇异问题.采用Lyapunov函数方法设计了控制律，证明了滑横面的有限时间可达性。所设计的控制器对外部干扰具有良好的鲁棒性，数值仿真结果验证了控制方法的有效性.

摘要： 本文讨论了存在初始定位误差情形下一类不确定系统的迭代学习控制问题。将终态吸引子引入到迭代学习控制系统初始修正项的设计。针对系统不确定项定常参数化及时变参数化情形，分别给出了周期学习和迭代学习算法的设计。理论分析及数值仿真结果表明，所设计的含初始修正项的学习控制器实现了系统有限时间上的完全跟踪。并且闭环系统中所有信号均有界。

摘要： 本发明提供了一种可对抗外部干扰的并联机械臂有限时间收敛运动控制方法，包括如下步骤：根据并联机械臂运动平台上的执行器在三维空间中的实时位置与预定义的期望路径差，定义跟踪控制的误差函数和中间变量，设计对抗外部干扰的误差动态方程；结合并联机械臂的实时跟踪控制任务，求解并联机械臂在支腿速度层上的运动学关系式；代入误差动态方程，得出并联机械臂实时跟踪控制控制信号动态方程；计算出实时并联机械臂支腿更新控制信号，所得结果驱动并联机械臂进行跟踪控制运行，使得在移动平台上的执行器实现跟踪控制的同时，所产生的位置误差可以有限时间收敛，并且有效实现并联机械臂对抗外部的干扰。

摘要： 本发明涉及四旋翼无人机的姿态精确控制，为提出针对四旋翼无人机的一种非线性姿态控制器，本发明，四旋翼无人机有限时间收敛姿态控制方法，步骤如下：1)建立四旋翼无人机动力学模型，采用牛顿‑欧拉法建立四旋翼无人机动力学模型；2)非线性控制器设计，包括横滚角非线性控制器设计、俯仰角θ非线性控制器设计、偏航角ψ非线性控制器设计；最终实现无人机姿态误差的有限时间收敛控制。本发明主要应用于四旋翼无人机的姿态精确控制场合。

摘要： 本发明公开了一种有限时间收敛无人船协同控制器的设计方法，所述有限时间收敛无人船协同控制器的结构包括有限时间扩张状态观测器、有限时间分布式路径操纵制导模块、非线性跟踪微分器、抗干扰动力学控制模块和欠驱动无人船。本发明通过将人工势能函数引入到分布式路径操纵控制器设计中，设计了具有避碰、避障以及连通性保持的分布式协同路径操纵控制器，从而更好地适应在实际中复杂多变的海洋情形。本发明仅基于位置和偏航角信息，能够实现对欠驱动无人船模型不确定性以及复杂海况带来的未知扰动的统一估计。同时，有限时间收敛的特性可以使协同控制器获得更好的观测效果及抗干扰能力，扩展了现有分布式协同路径操纵控制器的应用范围。

摘要： 本发明公开了输送用并联机器人结合鲁棒精确微分器有限时间收敛滑模控制方法。针对该输送用并联机器人进行运动学分析并给出期望运动轨迹；采用时延估计技术实时在线获取包含输送用并联机器人未知动力学、外界干扰和摩擦等不确定因素的动力学模型；针对时延估计技术产生的时延估计误差，设计一种输送用并联机器人系统的有限时间收敛鲁棒精确微分器进行观测；进一步，基于时延估计误差观测值的前馈补偿作用，设计一种有限时间收敛滑模控制器。通过软件编程，实现该输送用并联机器人结合鲁棒精确微分器前馈补偿技术的有限时间收敛滑模控制。本发明对滑模控制抖振有显著的抑制效果，且滑模变量及其导数均有限时间收敛至原点，从而提高运动跟踪精度。

摘要： 本发明公开了一种有限时间收敛的多导弹协同制导方法。该方法为：首先建立弹目相对运动学模型；然后进行运动参数测量与更新；接着估计剩余飞行时间；然后经通讯链获取其他导弹剩余飞行时间，并计算相对同步误差；接着计算时变导航比例值；然后计算切向加速度指令；接着设计终端角控制项；然后计算法向加速度指令；最后将制导指令输入到执行器，控制导弹飞行；重复进行运动参数测量与更新和协同制导控制，直至制导结束。本发明具有有限时间收敛特性，能够实现碰撞角控制，从而增强导弹毁伤能力。

摘要： 本发明公开了一种全局有限时间收敛的混沌加密通讯方法，其特点在于将双通道信息设置为发送端混沌系统的输入，从而调制混沌系统状态，再将混沌系统的状态发送给接收端，利用该状态信息，构造结构不同的混沌系统，并通过设计一种全局有限时间收敛的同步规律，使得接收端混沌系统状态能够在有限时间内完全同步于发送端混沌系统信号。最后，精确快速同步的基础上，通过设计微分型信息解密策略，实现双通道的信息还原解密。

摘要： 本发明公开了一种基于有限时间收敛观测器的Boost型变换器控制方法及系统，属于电力电子及其控制技术领域。本发明包括有限时间收敛观测器模块、非奇异终端滑模控制器模块和PWM模块，其设计步骤为：选择电感电流iL和输出电压Vo作为系统的状态变量，建立Boost变换器关于电感电流iL和输出电压Vo的微分方程；根据微分方程设计有限时间收敛观测器并得到将与传统的非奇异终端滑模控制方法相结合，设计出新的非奇异终端控制器；将新的控制器的输出控制量与锯齿波同时输入到PWM模块中，产生PWM信号去驱动控制Boost变换器中的功率器件。本发明在负载电阻和输入电压发生突变时，输出电压仍可以在有限时间内收敛到参考电压，改善了系统的动态、稳态以及抗干扰性能。

摘要： 本发明公开了一种变流器并网电流有限时间收敛方法、系统、设备及介质，包括：构建并网变流器在两相dq旋转坐标系下的有限时间电流控制器；将免疫优化算法引入有限时间电流控制器中，并根据免疫优化算法与免疫应答系统的关系计算得到自适应因子；结合有限时间电流控制器和自适应因子，得到免疫优化有限时间电流控制器，免疫优化有限时间电流控制器的参数可自适应寻优并更新；采用免疫优化有限时间电流控制器对并网变流器进行有限时间收敛。本发明使得并网电流可在有限时间内收敛，提升并网电流动态响应性能，当系统发生模型失配或扰动时，免疫优化算法能够进行自适应寻优并更新有限时间控制器的参数，保证电流环的良好控制性能，提升抗干扰能力。

摘要： 本申请公开了基于快速有限时间收敛滑模导引的无人机自动避撞方法，所述自动避撞方法当无人机正常飞行过程中，根据侵入机和避撞机的碰撞锥检测两无人机是否会发生碰撞，如果不发生碰撞，无人机继续正常飞行；如果检测到两无人机会发生碰撞，生成快速有限时间收敛滑模导引指令进行自动避撞飞行控制，同时计算出避撞完成时间，当达到估计的避撞完成时间后避撞完成，避撞机进入正常飞行模式飞往目标点。具有以下优点：具有快速有限时间收敛的特性，实现避撞系统能够在有限时间内快速收敛，解决了现有的自动避撞方法难以保证系统的稳定性并且难以准确估计自动避撞完成时间的问题。

摘要： 本申请公开了一种基于有限时间收敛滑模导引的无人机自动避撞方法，所述自动避撞方法中当无人机正常飞行过程中，根据侵入机和避撞机的碰撞锥检测两无人机是否会发生碰撞，如果不发生碰撞，无人机继续正常飞行；如果检测到两无人机会发生碰撞，生成快速有限时间收敛滑模导引指令进行自动避撞飞行控制，同时计算出避撞完成时间，当达到估计的避撞完成时间后避撞完成，避撞机进入正常飞行模式飞往目标点具有以下优点：解决了现有滑模控制在无人机避撞领域应用较少，以及现有的自动避撞方法难以保证系统的稳定性并且难以准确估计自动避撞完成时间的问题。