反步法

摘要： 针对柔性关节机械臂轨迹跟踪控制中存在模型摄动、外界干扰以及部分状态信息不可测等问题,提出一种基于自适应神经网络观测器的命令滤波输出反馈控制方法。首先,给出含不确定性的柔性关节机械臂动力学方程,并选用RBF神经网络设计自适应律,在线逼近由模型摄动及未知干扰带来的不确定性项;然后,设计自适应神经观测器以对系统不可测状态进行实时估计,并将估计值用于反馈控制,解决部分状态信息不可测的问题;最后,基于Lyapunov理论设计反步跟踪控制器,并引入二阶命令滤波器获得中间虚拟控制量的导数,避免反步递推过程中“计算爆炸”的问题。仿真结果表明,当系统存在模型摄动和外界干扰时,所提自适应命令滤波反步控制方法与传统反步控制方法和误差补偿命令滤波控制方法相比,无需连杆的角速度以及电机轴的转角和角速度等状态信息,且轨迹跟踪精度分别提升78%和35%。

摘要： 目的为了解决欠驱动搬运机器人的中心和质心不重合的轨迹跟踪问题。方法建立非完整性约束的欠驱动机器人的运动学和动力学的模型,基于反步法控制策略生成新的虚拟反馈量,设计跟踪控制器,同时,利用自适应技术对具有不确定跟踪控制器的参数进行校正,通过Lyapunov理论验证控制器的稳定性。结果仿真实验结果表明,欠驱动搬运机器人的实际轨迹可以快速地跟踪期望轨迹,验证了基于反步法设计的跟踪控制器的可行性和有效性。结论设计的控制器能够使搬运移动机器人达到良好的轨迹跟踪效果,并且保证了控制器的自适应性。

摘要： 针对喷雾机喷杆仿形系统中同时存在负载变化、未建模不确定项、物理参数摄动以及外部干扰等问题,提出了一种基于小波网络逼近的具有自适应性和鲁棒性的反步控制方法.首先,将含有不确定、未知和非线性项的喷杆仿形系统建立为完整的数学模型,将其等价转化为具有严格反馈的状态空间形式;其次,采用设计的小波基元去构造神经网络,在满足最优误差有界条件下逼近反步法中虚拟等效控制部分,选取自适应更新律估计系统中存在的未知参数,引入鲁棒补偿项减小复合干扰对系统的不利影响,降低了输入指令信号的阶次要求;最后,通过构造合适的Lyapunov函数,应用稳定性理论证明了闭环系统位置跟踪误差渐近收敛到原点.仿真结果表明,所提控制方法可实现喷雾机喷杆位置姿态快速升降机动调整,有效地增强了喷杆系统的鲁棒稳定性和控制精度.

摘要： 针对无人机室内地面目标跟踪问题,论文提出了一种基于超宽带室内定位技术的跟踪方法。首先建立了四旋翼和地面机动目标的动力学模型。然后,通过超宽带定位技术得到目标的量测信息。其次,利用扩展卡尔曼滤波估计目标的状态信息达到减少跟踪误差的目的,并且基于解算的信息提出了人工势场法作为四旋翼的路径规划算法。最后利用反步法控制策略解决了四旋翼飞行器精确轨迹跟踪的问题。仿真试验结果证明了该算法的可行性和有效性。

摘要： 针对柔性直流输电中模块化多电平换流器在运行过程中因严重信号干扰或器件温度上升等因素造成的系统动态模型结构中参数变化,使得系统的稳定控制效果不佳,引起系统安全运行事故等问题,提出了一种基于勒让德多项式的自适应反步法稳定控制策略。该方法在静态abc坐标系下建立动态模型,利用勒让德多项式去逼近补偿模块化多电平换流器中因参数改变引起的误差值,从而消除对动态模型的影响,然后采用反步控制理论选取状态变量,构造Lyapunov函数,求得满足Lyapunov稳定性要求作为稳定控制的变量。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真模型和实验平台的验证表明,所提出的控制策略与工程中常用的PI控制策略相比拥有更好的控制性能和鲁棒性。

摘要： 仅配备有纵向推进力和转船力矩装置的无人水面艇是典型的欠驱动系统,不能通过定常光滑反馈控制律镇定到平衡状态。本文针对一类惯性矩阵和阻尼矩阵非对角的欠驱动无人水面艇,设计了基于附加控制器和反步法的光滑时变跟踪控制律,在保证跟踪误差暂态性能的前提下,实现了曲线和直线情形下的轨迹跟踪。首先,通过状态变换将非对角模型转化为对角形式,并运用反馈线性化理论简化控制输入。其次,通过设计虚拟控制函数来镇定误差运动学方程,并通过引入障碍Lyapunov函数(BLF)来保证跟踪误差满足规定的性能。然后,通过在误差镇定函数中引入虚拟控制量解决了系统的欠驱动问题,稳定性分析表明本文控制策略能够保证闭环系统中的所有状态是一致最终有界的。最后,Matlab/Simulink仿真结果表明了该控制器的有效性。

摘要： 针对常见的双电机同步消隙伺服系统电流环、速度环、位置环控制结构,提出一种鲁棒性更强、响应速度更快的简化控制策略。利用反步递推理论设计了伺服系统的位置控制器,由经指令滤波处理后的参考位置指令直接计算出力矩信号传递至电流环,简化了系统的控制结构;在反步控制器设计过程中引入积分非奇异终端滑模面,克服了线性滑模的抖动问题,并使得系统在有限时间内到达平衡状态;采用扩张状态观测器对总扰动进行补偿,使得系统对内部结构参数变化及外在扰动均具有较强的鲁棒性。在Matlab/Simulink与Adams中进行了联合仿真实验,仿真结果表明,所研究的新型双电机同步消隙控制方法比传统方案具有更佳的跟踪性能,比普通的扰动补偿方法有更好的抗扰能力。

摘要： 针对不确定机械臂系统的轨迹跟踪控制问题,基于干扰观测器原理,提出了一种收缩反步控制算法.首先,采用非线性观测器对系统的模型不确定项和未知外部干扰部分进行观测.然后,使用收缩反步控制求解出控制输入力矩,从而实现对参考轨迹的精确跟踪,并分析二阶闭环系统的增量稳定性和Lyapunov方程解的原点指数稳定性.最后,将上述所提控制律应用于2-DOF机械臂,通过收缩反步与滑模控制的对比仿真,证明其有效性.

摘要： 结合了反步法和分层滑模控制方案提出了一种轮式移动机器人轨迹跟踪控制算法。首先,针对一类轮式移动机器人系统将其分解成两个子系统,分别设计子系统的控制率。针对第一个子系统,利用分反步法通过构造Lyapunov函数设计系统的控制率。针对第二个子系统,将其进一步分解为两个子系统,利用分层滑模技术设计出最终的控制器。基于反步法和分层滑模控制方案设计的系统控制器,不仅可以保证了闭环系统是渐进稳定的且系统的跟踪误差能够收敛到任意小的邻域内。最后通过一个数值模拟结果表明了所提出控制方法的有效性。

摘要： 为减少四旋翼飞行器姿态跟踪控制中内部计算与通信资源的损耗,提出了基于反步法和多重事件触发机制下的四旋翼飞行器姿态跟踪控制。建立了四旋翼飞行器的动力学模型,并以滚转角系统为例,利用反步法设计连续控制器,实现了飞行器滚转角对参考信号的跟踪控制;通过引入事件触发机制构造了事件触发控制器,基于Lyapunov稳定性理论证明了所设计的事件触发控制器可以使滚转角系统保持稳定,且避免了Zeno现象;同时,在不同的参数作用下,采用相同方法对四旋翼飞行器的其他3个系统分别设计了各自对应的事件触发机制和事件触发控制器;由此构建的4个事件触发机制共同构成了四旋翼飞行器的多重事件触发机制。仿真结果表明,在多重事件触发机制作用下,所提事件触发控制器在3 s内共触发150次即可达到与周期采样控制器连续采样3000次相同的跟踪效果。

摘要： 针对输入受限欠驱动船舶轨迹跟踪问题,提出一种基于反步法的最小参数(Minimal Learning Parameter,MLP)自适应动态面(Dynamic Surface Control,DSC)轨迹跟踪控制方法.该方法根据船舶惯性坐标和体坐标的变换关系,利用反步法镇定船体坐标系下的位置和速度误差,结合DSC技术避免了传统反步法中存在的微分爆炸问题,MLP技术用于逼近模型参数不确定项,引入双曲正切函数解决输入受限问题,构造辅助系统来减少输入受限对船舶控制的影响.最后,选取Lyapunov函数证明闭环系统内所有信号一致最终有界.

摘要： 电力系统的快速发展对应用在其中的变流器的暂态响应能力提出了越来越高的要求.目前中压直流配电网中DC/DC变流器的系统控制多为传统PI控制,本文设计了一种基于反步法和李雅普诺夫稳定性理论的非线性控制器,并将其应用在基于模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)的DC/DC配电网.通过与传统PI控制在MATLAB/Simulink仿真环境和RT-LAB半实物平台中的结果对比,进一步验证了反步法控制的优越性.

摘要： 针对水下机器人的水平面镇定控制问题,提出了一种基于非完全对称(前后不对称,左右对称)模型的全局指数镇定控制方法.建立了非完全对称水下机器人的运动模型,通过设计控制输入的反馈变换,得到简化的水下机器人镇定控制系统;基于非线性反步法,设计了水下机器人速度的虚拟输入,从而实现了位置和姿态角的镇定控制;通过对虚拟输入误差的镇定设计,得到了水下机器人系统的全局指数稳定控制律,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计控制器的稳定性.最后通过仿真实验验证了所设计的反步镇定控制器的有效性和可靠性,同时通过与传统基于完全对称(前后、左右均对称)模型的水下机器人运动控制方法比较,验证了基于非完全对称模型控制算法的优越性.

摘要： 提出了一种基于视觉伺服的四旋翼飞行器悬停控制方法.选取图像矩为特征,利用机载惯性测量单元的数据,通过投影到虚拟成像平面上以简化由飞行器线运动和角运动耦合所导致的雅克比矩阵的复杂结构.进而结合四旋翼飞行器的动力学模型,建立视觉伺服的动力学模型,在近似线性化的基础上,采用反步法设计控制器实现飞行器的悬停控制.最后通过实验验证了该方法的有效性.

摘要： 针对有翼巡航飞行器含有不确定性时的飞行控制问题,将奇异摄动方法与块控反步法结合,设计了一种基于角加速度反馈的鲁棒反步姿态控制器,通过角加速度获得飞行器的动态特性而不依赖于模型信息,提高了控制系统鲁棒性.在设计反步法虚拟控制律时,利用动态面技术克服了多重微分运算带来的"项数膨胀"问题;针对不可测内动态引起的稳态误差,加入虚拟控制律跟踪误差积分项进行消除,并引入易于工程实现的抗积分饱和结构,通过舵机输出测量反馈提高控制律的时滞鲁棒性.实际应用中,用快速跟踪微分器获得角加速度,解决了其无法直接测量的矛盾.6自由度飞行仿真结果表明,在气动参数未知,舵机延迟和具有测量噪声的情况下,飞行控制器具有良好的鲁棒跟踪性能.

摘要： 为了抑制轨迹跟踪过程中各自由度运动之间的相互干扰,将平台跟踪的轨迹进行泰勒级数展开,提出基于工作空间含有各向自由度运动自身跟踪偏差和各自由度运动之间耦合干扰偏差的综合轨迹跟踪偏差量的表达式。根据工作空间综合偏差量反馈,利用反步法设计鲁棒控制器,使各向自由度运动自身跟踪偏差与之间的耦合偏差同时稳定地趋于零,以限制跟踪过程中各自由度运动之间耦合干扰。同时,考虑到实际平台惯性参数不确定性,推导得出惯性参数自适应律,以提高系统的跟踪精度。利用AMESim 与MATLAB 进行联合仿真验证,结果表明:与传统的比例2积分2微分（PID) 控制器相比,该方法在保证各自由度运动自身跟踪偏差稳定收敛的同时有效地降低了各自由度运动之间的耦合干扰偏差,更有效地提高了平台的跟踪性能。

摘要： 针对海底地形测绘时欠驱动自主水下机器人(AUV)的变深控制问题，提出具有PID增益调节的欠驱动AUV深度控制方法，基于反馈增益的反步法对控制器进行设计，避免了采用传统反步法使控制器中存在虚拟控制量的高阶导数问题，基于李亚普诺夫稳定性理论，通过控制器参数设计消除了部分非线性项，得到的控制器的线性部分为状态变量的线性组合，具有PID控制器参数调节的形式，具有较高的工程实用性。对存在未建模动态、外界干扰和测量噪声时的闭环系统鲁棒性和稳定性进行分析，保证了系统的一致最终有界性。最后通过仿真实验验证了设计的控制器在有界干扰作用下的有效性。

摘要： 为解决微电网并网模式和孤岛模式之间的无缝切换问题,本文基于back-stepping方法,提出了一种双模式切换控制方法.该方法考虑了微电网系统存在的非线性和不确定性因素,利用back-stepping control (BSC)方法设计了微电网三相逆变器在并网运行模式和孤岛运行模式的控制器,以及两种模式下的切换方法,通过仿真验证了控制方法的有效性.基于BSC的切换控制方法可以实现两种模式的无缝切换,并克服PQ-V/f方法中出现的电压电流突变现象和下垂控制并网模式中出现的并网功率震荡现象,此外,在谐波抑制方面效果较好,从而有效地提高了微电网电能质量.

摘要： 为解决微电网并网模式和孤岛模式之间的无缝切换问题,本文基于back-stepping方法,提出了一种双模式切换控制方法.该方法考虑了微电网系统存在的非线性和不确定性因素,利用back-stepping control (BSC)方法设计了微电网三相逆变器在并网运行模式和孤岛运行模式的控制器,以及两种模式下的切换方法,通过仿真验证了控制方法的有效性.基于BSC的切换控制方法可以实现两种模式的无缝切换,并克服PQ-V/f方法中出现的电压电流突变现象和下垂控制并网模式中出现的并网功率震荡现象,此外,在谐波抑制方面效果较好,从而有效地提高了微电网电能质量.

摘要： 为解决微电网并网模式和孤岛模式之间的无缝切换问题,本文基于back-stepping方法,提出了一种双模式切换控制方法.该方法考虑了微电网系统存在的非线性和不确定性因素,利用back-stepping control (BSC)方法设计了微电网三相逆变器在并网运行模式和孤岛运行模式的控制器,以及两种模式下的切换方法,通过仿真验证了控制方法的有效性.基于BSC的切换控制方法可以实现两种模式的无缝切换,并克服PQ-V/f方法中出现的电压电流突变现象和下垂控制并网模式中出现的并网功率震荡现象,此外,在谐波抑制方面效果较好,从而有效地提高了微电网电能质量.

摘要： 本发明涉及一种基于饱和反步法的航天器分布式姿态超敏捷机动控制方法，属于卫星姿态控制技术领域。本发明航天器超敏捷机动控制器的设计结合了饱和控制和反步法控制，对虚拟输入函数引入多级饱和，并具有五大效益：带饱和约束的超敏捷机动、分段时间可控、减轻姿态控制执行机构负担、分布式姿态机动控制以及模型独立。本发明首次针对反步法引入饱和约束，设计航天器姿态超敏捷机动控制律，实现姿态角速度10‑15deg/s的超敏捷机动以及分布式姿态控制，有效地解决了加速阶段和减速阶段的相互制约问题，限制了最大控制力矩和最大姿态角速度，减轻了姿态控制执行机构的负担，同时适用于转动惯量未知的航天器。

摘要： 本发明公开了一种基于反步法的飞行器横侧向联合控制方法，其步骤包括：步骤一、建立横侧向通道耦合数学模型，并根据飞行器飞行状态和气动特性计算数学模型中的动力系数；步骤二、根据制导控制要求给出侧向侧滑角姿态指令βd和横向滚转角姿态指令γd；步骤三、根据惯测捷联解算得到滚转角γ、侧滑角β、滚转角速度偏航角速度ωy、弹道偏角角速度步骤四、根据快速性要求给出正常数k1、k2、k3、k4；步骤五、综合步骤一、步骤二、步骤三、步骤四的输入，根据反步法原理输出偏航舵指令δy和滚动舵指令δx，得到横侧向联合控制器。本发明提供的基于反步法的飞行器横侧向联合控制器能实现偏航通道和滚动通道的解耦控制，有效提高偏航通道和滚动通道飞行控制品质。

摘要： 本发明提出了一种基于非线性反步法的欠驱动船舶航向控制方法，引入双曲正切函数和Nussbaum函数对控制输入饱和约束函数进行逼近，转化为反步法设计中所需的可导连续函数，并结合自适应律对逼近误差和外部扰动进行估计处理，另外为避免反步法中虚拟控制律的复杂求导过程，提出一种滤波器辅助系统的解决办法，所提出基于反步法的控制方法可以使非线性欠驱动船舶始终以很小的控制输入力矩保持航向航行，有效减少航向误差，改善控制性能。

摘要： 本发明公开了一种基于反步法的飞机俯仰姿态与航迹角解耦控制方法，包括：根据关于飞机迎角的运动方程，建立适用于设计飞机迎角反步控制律的数学模型；基于飞机迎角反步控制律的数学模型，利用Lyapunov函数并引入待定参量设计改进的飞机迎角反步控制律；通过优化飞机迎角的阶跃响应性能，确定所述改进的飞机迎角反步控制律中待定参数的取值；设计油门控制航迹角的控制律，并通过优化航迹角对期望响应的跟踪性能，优化航迹角控制律参数，使航迹角在飞机迎角调整后保持不变。上述方法控制精度高，能通过调整飞机俯仰姿态精确控制迎角，且不会改变航迹角；控制律中涉及模型信息较少且容易获取，因而具有较强的实用性。

摘要： 基于滤波反步法的水面目标救援跟踪观测控制器设计方法，涉及水面目标救援跟踪控制领域。为了解决水面运动目标救援的跟踪控制的问题。根据导引律求得救援船的期望位置与期望速度；设计救援船状态观测器，利用其滤除救援船在四级海况下的各个方向的振荡运动，保留救援船在四级海况下的平移运动；设计基于反步法的观测控制器，选择李雅普诺夫函数证明观测控制器的稳定性；采用二阶滤波器对得到的观测控制器中的虚拟控制量进行滤波处理以避免反步法设计的观测控制器多次对虚拟控制量进行求导；构造滤波补偿系统对二阶滤波器的输入输出信号产生的偏差进行消除，设计基于滤波反步法的观测控制器。本发明针对水面失事潜艇跟踪控制，精度高，鲁棒性强。

摘要： 本发明属于控制技术领域，更具体地，涉及一种基于分数阶滑模反步法的动力翼伞高度控制方法。基于分数阶滑模反步法的动力翼伞高度控制方法，包括以下步骤，步骤S1、获取动力翼伞初始状态信息；步骤S2、将动力翼伞的初始状态信息输入到分数阶滑模反步控制器，所述分数阶滑模反步控制器通过控制动力翼伞的航迹倾角实现对其高度的控制。

摘要： 本发明公开了一种基于反步法的飞机俯仰姿态与航迹角解耦控制方法，包括：根据关于飞机迎角的运动方程，建立适用于设计飞机迎角反步控制律的数学模型；基于飞机迎角反步控制律的数学模型，利用Lyapunov函数并引入待定参量设计改进的飞机迎角反步控制律；通过优化飞机迎角的阶跃响应性能，确定所述改进的飞机迎角反步控制律中待定参数的取值；设计油门控制航迹角的控制律，并通过优化航迹角对期望响应的跟踪性能，优化航迹角控制律参数，使航迹角在飞机迎角调整后保持不变。上述方法控制精度高，能通过调整飞机俯仰姿态精确控制迎角，且不会改变航迹角；控制律中涉及模型信息较少且容易获取，因而具有较强的实用性。

摘要： 本发明公开了一种基于反步法的双摆效应桥式吊车预设时间运输控制方法，首先建立双摆效应桥式吊车系统的动态数学模型，引入有限时间收敛函数，结合反步法构构双摆效应桥式吊车系统的预设时间运输控制器对吊车运输进行控制，有效解决双摆效应桥式吊车系统的任意时间收敛的问题，使得控制系统的稳定时间能够提前给定，增强吊车的实用性。

摘要： 本发明提供的基于人工势场与滤波反步法的混合式协调控制器设计方法，对于水下做六自由度运动的欠驱动机器人，通讯信息在多机器人之间按照有向拓扑结构进行交换，基于图论和人工势场理论定义了机器人之间的相对位移误差变量和两个姿态方向角误差变量。本发明的优点在于：能够保证编队系统的稳定性，避免了领航方法中系统崩溃的风险，人工势场路径规划与滤波反步法相结合以解决水下欠驱动多机器人的编队协调控制问题，滤波器还可以避免反推过程中虚拟控制信号求导所引起的计算量爆炸的问题。

摘要： 本发明属于汽车漂移控制技术领域，公开了一种基于反步法的车辆漂移控制方法，包括：S1.基于二自由度车辆模型通过反步法设计车辆漂移过程中的漂移控制器，且在漂移控制器中，以前轮侧向力FyF和后轮侧向力FyR为标称控制量，以横摆角速度r为中间变量，通过控制中间变量横摆角速度r达到期望值rd，进而间接控制质心侧偏角β达到期望值βref；S2.考虑车辆前轮的附着圆约束的限制，对标称控制量进行分配；S3.当车辆前轮未达到附着圆极限时，侧向控制量全部分配至前轮侧向力FyF；S4.当车辆前轮达到附着圆极限时，将多余的侧向控制量分配至后轮侧向力FyR。