某飞翼无人机自适应滑模控制系统

针对某飞翼布局无人机提出了一种连续滑模变结构控制的容错控制策略.由于滑动模态下的系统对匹配建模误差和匹配扰动具有完全的鲁棒性,故无人机的作动器故障和气动面的损坏等可以看作为一种扰动或者是未知的系统参数变化,利用滑动模态自身的鲁棒性实现系统的故障容错.并且滑模控制系统根据作动器的偏转角度限制,自适应地调整边界层厚度,避免作动器的饱和.其次,对多冗余控制面设计了相应的优化控制分配算法.最后,在仿真中证明该系统有较强的鲁棒性和较高的跟踪精度.     

基于FOISMC+ESO的PMSM调速系统控制策略研究

针对永磁同步电机炮控系统存在时变、非线性、强耦合等特征,结合分数阶微积分及滑模变结构理论,提出了一种新型分数阶积分滑模控制策略。为解决传统趋近律收敛时间过长和滑模控制的抖振等问题,提出了一种具有快速收敛的新型双幂次趋近律,并给出了收敛时间证明。鉴于炮控系统负载变化大且扰动无法正确测量的问题,结合扩张状态观测器理论,设计了一种基于扩张观测器的扰动补偿方法,将扰动观测量以前馈的形式引入控制器以提高控制系统的鲁棒性。数值仿真实验结果表明了该控制策略的有效性。     

伺服电机积分型SMC速度控制策略

为解决伺服电机控制系统输出转速可控性差、波动大、动态响应慢等问题，提出积分型滑模变结构控制策略，设计负载转矩观测器解决控制过程中的负载扰动问题，基于Simulink搭建永磁同步电机速度控制系统仿真模型，搭建电机测试系统台架对控制系统的稳态性能和动态性能进行试验验证。研究结果表明，相比于传统比例积分微分控制和普通滑模变结构控制(Sliding Mode variable structure Control, SMC)，所设计的控制策略能够使控制系统达到稳态时速度波动较小，鲁棒性较好，抑制了SMC的抖振现象。     

船舶航向非线性系统离散变结构控制

基于非线性模型研究船舶航向自动舵的离散变结构控制设计问题。通过状态反馈精确线性化方法设计了二次型最优滑模面,采用离散趋近律方法求得变结构控制律。研究结果表明,所设计的离散变结构控制器能够快速准确地跟踪设定航向,并对参数摄动和外界风浪干扰具有很强的鲁棒性。     

基于新型滑模面的机械臂快速轨迹跟踪滑模变结构控制

从滑模变结构控制的趋近运动和滑模运动两个阶段人手,分别对影响其性能的滑模面和趋近律进行了设计．首先,基于线性滑模面和终端滑模面,设计了一种具有较快收敛速度的新型非线性滑模面,以缩短系统在滑模运动阶段的运动时间．同时,根据幂次趋近律提出了一种改进的趋近律设计方法,保证了其趋近运动的速度,并减弱了传统滑模变结构控制所固有的抖振．最后,将该方法用于机械臂的滑模轨迹跟踪控制策略设计,仿真结果表明,该策略保证了机械臂对期望轨迹的快速跟踪,具有较强的鲁棒性,并且验证了控制策略的有效性．     

无刷直流电机的分数阶滑模控制器设计

为了提高无刷直流电机(Brushless DC motor,BLDCM)的抗负载扰动性能和鲁棒性,削弱传统整数阶滑模控制(Sliding model control,SMC)中的抖振现象,针对BLDCM调速系统设计了一种分数阶(Fractional order,FO)滑模控制器。采用分数阶滑模面,同时利用分数阶传递能量缓慢的特性对具有二阶滑模特性的快速幂次趋近律进行改进,有效地削弱了滑模变结构控制带来的系统抖振。仿真结果表明,相比于传统整数阶滑模控制,所提方法可使BLDCM调速系统具有较好的控制性能。     

基于状态反馈的导弹滚转通道变结构控制

针对导弹滚转通道参数时变性和快速性要求,提出了一种易于实现状态反馈变结构控制器的设计。将系统分为确定部分和不确定部分,然后分别对这两部分进行变结构控制。结果表明,适当的校正规则不仅保证滑模的存在,而且具有对参数扰动和外部扰动的不变性;状态信号的反馈提高了滚转通道的响应能力;伪滑模大大削减了变结构控制的抖动。并通过仿真证明了该方法的正确性和有效性。     

二维修正弹单向滑模姿态控制器抗干扰研究

针对二维弹道修正弹固定舵控制回路易受干扰的问题,提出了一种单向辅助面滑模变结构控制方法,通过对传统滑模进行结构上的改进,增强了滑模控制方法的鲁棒性。可以不借助高阶滑模和边界层滑模的去抖振思想,仅依靠不连续趋近率来保证控制器的无抖振输出,从而实现无抖振的滑模控制。基于该方法设计了二维弹道修正弹姿态控制器,并通过仿真验证了其抗干扰控制性能。     

基于趋近律的离散滑模位置跟踪控制

针对不确定对象的主要特点,运用离散滑模变结构理论探索不确定对象的位置跟踪问题。设计了一种离散趋近率滑模位置跟踪算法,推导了滑模控制的可达性条件。该算法以离散位置信号作为输入,设计了离散指数趋近率,根据系统当前的状态,有目的地调整控制器,采用离散Kalman滤波器对干扰和噪声进行滤波。经仿真研究,该算法不仅在无扰动无噪声条件下,能够准确的进行位置跟踪,而且在扰动和噪声时,具有较强的鲁棒性和抗干扰性,较好地满足了位置跟踪控制的要求。     

一种连续可导的近似滑模控制及其仿真研究

针对一般的滑模变结构控制方法的不连续和不可导,结合饱和函数和继电特性连续化函数的特性,提出了一种连续且可导的改进型符号函数近似算法,同时设计了一种近似滑模控制方法,该方法有效地削弱了一般的滑模变结构控制中存在的抖振现象,稳定性分析证明了所设计的控制器能够保证整个系统的鲁棒性。数字仿真结构表明了该方法的有效性。     

一类非线性系统的自适应模糊反推近似滑模控制

针对一类含有未知非线性函数项和外界干扰的不确定纯反馈非线性系统,提出了一种自适应模糊反推近似滑模变结构控制方法。采用中值定理和隐函数定理使未知非仿射输入函数拥有显式的控制输入,利用模糊系统逼近未知非线性函数,动态面控制技术解决了反推设计中出现的"微分爆炸"问题。所提出的自适应近似滑模控制方案削弱了传统滑模控制中的抖振现象。从理论上证明了所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号半全局一致终结有界。仿真算例验证了算法的有效性。     

基于迭代学习观测器的卫星姿态滑模容错控制

为解决卫星上反作用飞轮存在安装偏差、故障及外部干扰情况下的姿态控制问题,提出了一种基于迭代学习观测器的姿态容错控制方法。该方法通过设计迭代学习观测器,以较小的计算量实现对执行机构发生的故障以及安装偏差进行精确的估计。并利用观测器的观测结果设计滑模控制器,使处于外部干扰条件下的卫星系统在执行机构发生故障的情况下可以快速稳定地完成姿态机动任务。进一步基于Lyapunov稳定性定理证明了迭代学习观测器及控制器的全局渐近稳定性。针对反作用飞轮存在不确定性及故障的情况下进行仿真,仿真结果表明,与同类容错控制方法相比,所提方法可以更加快速精确地对故障进行估计并完成姿态控制。     

基于高层滑模的导弹电液伺服机构模糊滑模控制

针对导弹电液伺服机构的跟踪控制问题,设计了一种模糊滑模控制方案。将高层滑模函数作为模糊控制系统的一维输入,简化了一般模糊滑模控制系统结构,从而得到具有少量规则的模糊滑模的设计方案。仿真结果表明了该方案可以减小跟踪误差,增强系统的鲁棒性和削弱控制信号中的高频抖振。     

基于模糊滑模控制的航空EMA调速系统

永磁无刷直流电动机是航空机电作动器(EM A)实现作动控制的关键部件,而电机控制方式的优劣则是决定航空EM A调速系统性能的重要因素。传统的滑模变结构控制策略由于存在抖振现象,对永磁无刷直流电机的控制精度和稳定性不利。针对航空EM A调速控制精度要求高的特点,将模糊控制和滑模控制相结合,把开关函数及其微分作为输入量,通过模糊推理获得滑模控制的控制量,该控制器既保持了常规模糊控制器的优点,又减弱了滑模控制的抖振现象。仿真及实验表明:该控制器稳定性好,对参数变化有很强的鲁棒性,系统响应速度快,具有较高的控制精度。     

基于模糊熵与方向相似度的液体火箭发动机故障检测

先定义系统的广义模糊熵及其计算公式，再给出滑动数据窗口中采样数据矢量方向分布中心的离散度定义及其与模糊熵之间的负指数解析关系，并基于离散度概念对自适应窗口滤波器进行了改进，提高了滤波器对噪声的敏感度以及故障检测算法对强干扰噪声环境的鲁棒性。同时，根据滑动数据窗口中二模糊聚类数据中心矢量方向相似度的变化来监示发动机系统故障的发展趋势。本文基于受强噪声环境干扰的实际试车数据并用自组织模糊聚类算法作为滑动数据窗口上的聚类算法进行了数字仿真试验。仿真结果表明：基于模糊熵的故障检测算法具有对强噪声环境的鲁棒性，是低信噪比环境下的一种客观的故障检测算法。     

基于系统构型替换的固冲发动机故障模式半实物仿真

为全面快速验证冲压发动机的故障检测算法，基于构型替换建立了能模拟多种固冲发动机故障的仿真验证平台。基于此平台，搭建了发动机点火故障模型、压强传感器故障模型、设备接口模型，以及与真实控制器中检测算法具有相同外部接口和系统构型的故障检测算法模型等。通过系统构型的切换，将同一个故障模式注入故障检测算法模型和真实发动机系统，并通过对比同一组故障模式下故障检测模型检测结果与发动机控制系统检测结果，来对发动机控制器中的故障检测算法进行快速验证。以无喷管助推器点火的检测为例，讲述了该方法的建模、实验验证及分析过程，此外，该方法还能应用到无喷管助推器关机、进气道前后堵盖打开、燃气发生器点火、燃气流量容错控制等多个故障模式的仿真模拟与验证，具有很强的通用性，能大大地降低控制系统开发与验证的时间成本，具有很强的应用价值。     

信号稀疏分解理论在轴承故障检测中的应用

将信号稀疏分解理论引入到轴承故障检测问题中,提出新的轴承故障检测方法。通过字典学习的方式可有效实现轴承正常状态振动信号稀疏表示的超完备字典。利用该字典只适用于轴承正常状态信号稀疏分解的特点,将待分析信号在该字典上展开,通过比较信号稀疏表示误差与所设定阈值的关系来判断轴承对应的状态,从而实现轴承的故障检测。实验结果表明:当误差阈值设置合理时,该方法可有效地判断出轴承是否发生故障。     

改进幂指数趋近律的航空发动机模糊滑模控制

针对滑模变结构控制趋近运动不具有鲁棒性的问题,提出了一种基于改进幂指数趋近律的航空发动机模糊滑模控制策略。采用一种参数模糊自调节的时变滑模面,"主动迎上"系统状态轨迹,而不是被动等待系统状态轨迹落在滑模面上,缩短趋近运动时间,提高控制器的鲁棒性;并提出了一种改进的幂指数趋近律,进一步削弱抖振。仿真结果表明,所设计的控制器取得了令人满意的控制效果,能有效地抑制干扰和参数不确定性的影响,削弱抖振。