起重机吊重摆角的自适应神经网络补偿控制

为了控制起重机吊重摆动幅度在最短时间内衰减到规定范围或平衡点附近,同时考虑到由于外界不确定性因素导致的系统模型的不确定性,设计了自适应径向基函数Radial Basis Function（RBF）神经网络补偿控制器。RBF神经网络对系统模型的未知函数进行辨识,并将辨识信息提供给控制器。实验结果表明：吊重摆角约在5s时跟踪给定幅度的正弦信号,并在参考信号发生突变时,摆角仍在给定的范围内;RBF神经网络约在5s后几乎以零误差辨识未知函数。所设计的控制器对不确定性因素具有较强的鲁棒性,这也验证了控制系统稳定性证明结论。     

共轴旋翼无人飞行器姿态控制

针对共轴旋翼无人飞行器的姿态控制问题,基于反步法设计了鲁棒跟踪控制器。考虑旋翼挥舞、气动参数时变、模型简化误差和外界干扰等因素,建立了不确定非线性姿态控制模型。对于模型不确定性,采用径向基函数神经网络对其进行估计;针对外界干扰,采用干扰观测器估计干扰的幅值。设计了反步控制器,根据Lyapunov稳定性定理证明了该控制器能够使得飞行器姿态有界稳定。仿真结果表明:设计的姿态控制器具有良好的姿态跟踪性能和干扰抑制性能。     

轮式移动焊接机器人自适应反演滑模控制

针对带有未知参数和有界干扰的非完整轮式移动焊接机器人的轨迹跟踪控制问题,从移动焊接机器人的运动学和动力学模型出发,结合自适应反演方法,提出了一种新型滑模变结构控制策略。采用滑模控制算法来抑制有界干扰,反演方法来提高系统的全局渐进稳定性,根据Lyapunov稳定性理论,将移动焊接机器人系统分成多个稳定的子系统,设计自适应控制律实现对总不确定上界的估计从而减弱系统的抖振,使参数摄动及外部扰动存在的情况下系统跟踪误差依旧收敛,满足了轨迹跟踪控制的要求。将提出的控制策略与常规的滑模控制算法进行对比分析,仿真结果表明了该控制策略的有效性。     

基于干扰观测器的高超声速飞行器Terminal滑模控制

针对高超声速飞行器控制系统纵向平面轨迹跟踪问题,提出了一种基于干扰观测器的终端(Terminal)滑模控制器设计方法。将结构的弹性振动视为刚体动力学系统中的不确定因素,采用Terminal滑模控制方法设计速度和高度控制器。为增强控制器的鲁棒性,设计了一种非线性干扰观测器对模型不确定项进行自适应估计和补偿。仿真实验表明,该控制器对模型不确定性和气动弹性影响具有鲁棒性,能够实现对速度和高度参考输入的稳定跟踪。     

改变系统结构的多环姿态跟踪控制

针对航天器姿态跟踪控制中存在稳态误差和转动惯量摄动未知的问题,给出一种高精度自适应姿态跟踪控制策略。通过扩展姿态动力学系统结构,将姿态角积分项引入姿态控制器中,以消除稳态误差和提升姿态跟踪精度,给出扩展系统的期望轨迹设置方法。给出一种结构更为简化的多环递归跟踪控制策略,结合自适应估计设计了自适应多环递归姿态跟踪控制器。与滑模自适应控制器对比仿真,验证了方法的优越性。     

基于Lyapunov方法的轮式移动机器人全局轨迹跟踪控制

针对轮式移动机器人的运动学模型,通过设计复合跟踪误差,利用Lyapunov直接法,构造出了具有全局渐近稳定的全局渐近跟踪控制器,实现对参考轨迹的全局渐近跟踪,并根据Lyapunov稳定性定理证明了系统的全局渐近稳定性.最后,给出的仿真结果表明,初始跟踪误差很快收敛于零,轨迹跟踪效果良好,闭环系统具有良好的动态性能和全局稳定性,适用于轮式移动机器人的全局轨迹跟踪控制.     

移动机器人的轨迹跟踪控制新方法

针对运动学模型描述的移动机器人系统,研究了移动机器人的轨迹跟踪控制问题,基于Lyapunov直接法,设计出了具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制器,满足了移动机器人的轨迹跟踪要求,并分析证明了系统可实现全局渐近稳定。最后,仿真结果表明从较大初始跟踪误差很快收敛到零误差,闭环系统稳定,具有良好的动态特性。     

非线性干扰观测器的高超声速飞行器自适应反演控制

针对高超声速飞行器参数不确定弹性体模型,提出了一种基于非线性干扰观测器的自适应反演控制器设计方法。将曲线拟合模型表示为严格反馈形式,采用反演方法设计控制器。采用动态面方法获取虚拟控制量的导数,避免了传统反演控制"微分项膨胀"问题。为了增强控制器的鲁棒性,基于二阶跟踪-微分器设计了一种新型非线性干扰观测器,以此对模型不确定项进行自适应估计和补偿。仿真结果表明,控制器对模型不确定性和气动弹性影响具有强鲁棒性,且能实现对速度和高度参考指令的稳定跟踪。     

超音速靶弹的鲁棒自适应反演控制系统设计

针对靶弹超音速低空巡航的模型不确定性以及外界气流对靶弹产生干扰等问题,研究了一种适用于超音速低空巡航靶弹的鲁棒自适应反演控制方法。建立了一种非匹配不确定性的超音速低空巡航靶弹非线性动力学模型,利用反演设计法求取虚拟控制和实际控制,并在虚拟控制和实际控制中引入自适应鲁棒项,以抵消系统不确定性的影响。利用Lyapunov稳定性理论证明控制系统稳定。仿真表明,所设计控制器能有效解决系统不确定性及外界干扰问题,具有较强鲁棒性。     

未知负载轮式移动机器人轨迹跟踪控制

针对差分驱动的轮式移动机器人实际运动过程中,因负载未知或不均导致左右轮半径大小不确定情况下,无法对指定参考轨迹进行跟踪的问题,提出了一种新型的自适应反演轨迹跟踪控制策略。基于轮式移动机器人的运动学模型,结合反演方法,根据移动机器人的位姿误差微分方程选择合适的Lyapunov函数,确定正确的控制率和参数自适应率,使跟踪误差收敛,保证系统的稳定性,满足了轨迹跟踪控制要求。通过自适应控制策略对未知负载下车轮的半径进行估计,使移动机器人在车轮形变未知的情况下依旧能够精确跟踪指定的参考轨迹,根据Lyapunov稳定性理论对系统的稳定性进行了证明,利用计算机进行仿真,验证所提出控制策略的正确性。     

Finite-time tracking control and vibration suppression based on the concept of virtual control force for flexible two-link space robot

The dynamic modeling, finite-time trajectory tracking control and vibration suppression of a flexible two-link space robot are studied. Firstly, the dynamic model of the system is established by combining Lagrange method with assumed mode method. In order to ensure that the base attitude and the joints of space robot can reach the desired positions within a limited time, a non-singular fast terminal sliding mode (NFTSM) controller is designed, which realizes the finite-time convergence of the trajectory tracking errors. Subsequently, for the sake of suppressing the vibrations of flexible links, a hybrid tra-jectory based on the concept of the virtual control force is developed, which can reflect the flexible modes and the trajectory tracking errors simultaneously. By modifying the original control scheme, a NFTSM hybrid controller is proposed. The hybrid control scheme can not only realized attitude stabili-zation and trajectory tracking of joints in finite time, but also provide a new method of vibration sup-pression. The simulation results verify the effectiveness of the designed hybrid control strategy.     

一类不确定时滞混沌系统的全局鲁棒自适应神经网络同步控制器设计

研究一类不确定时滞混沌系统的全局鲁棒自适应神经网络同步控制器设计,其系统中的不确定时滞项不是简单的线性有界条件,而是允许其存在高阶项,因此具有全局特性．在控制器的设计上;首先通过选取合适的径向基函数（RBF）神经网络的权向量去逼近时滞系统中的未知连续有界部分;然后在RBF神经网络输出的基础上,选用一个鲁棒自适应控制器来趋近时滞系统的不确定部分;同时,利用Lyapunov稳定性理论对混沌同步的条件给出了论证;最后,数据仿真的结果表明该方法的有效性．     

AUV纵倾角动态面滑模自适应控制

对于自主水下机器人(AUV)纵倾角跟踪问题,提出一种基于动态面滑模思想的自适应控制方法。首先对自治水下机器人纵倾角运动模型进行简化,其次针对不确定外干扰的情况,设计了自适应规律,对外干扰进行估计,在此基础之上设计了动态面滑模自适应控制器,并通过李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的稳定性,最后通过给定参数的仿真实验结果可知,所设计的控制器在系统受到不确定外干扰时,表现出良好的鲁棒性。     

考虑落角约束与驾驶仪特性的自适应径向基空间末制导律

为使舰炮制导炮弹在打击近岸机动目标的末制导段满足落角约束,考虑驾驶仪动态特性,基于自适应径向基逼近网络与动态面提出一种空间末制导律。构建弹目相对运动模型,通过带改进微分跟踪器的扩张状态观测器估计目标加速度。为零化视线角跟踪误差与角速率,采用自适应指数趋近律设计非奇异终端滑模,运用自适应径向基逼近网络削弱控制指令抖振。通过Lyapunov第二法证明了系统的视线角跟踪误差与视线角速率均最终一致有界。仿真实验表明:该末制导律使制导炮弹在空间中打击不同机动形式的近岸目标时,具备良好的末制导性能。     

考虑落角约束与驾驶仪特性的自适应RBF空间末制导律

为使大口径舰炮制导炮弹在打击近岸机动目标的末制导段满足落角约束,现考虑自动驾驶仪动态特性,基于自适应RBF逼近网络与动态面滑模提出一种空间末制导律。构建空间弹目相对运动模型,通过带改进微分跟踪器的扩张状态观测器估计目标加速度。为零化视线角跟踪误差与视线角速率,采用自适应指数趋近律设计非奇异终端滑模动态面,并运用自适应RBF逼近网络削弱控制指令抖振。通过Lyapunov第二法证明了全系统中视线角跟踪误差与视线角速率均最终一致有界。仿真实验表明：该末制导律使制导炮弹在空间中打击具有不同机动形式的近岸目标时,均具备良好的末制导性能。     

基于RBF网络的滑模变结构控制在无刷直流电机伺服系统中的应用

无刷直流电动机的参数强耦合、高度非线性特性增加了对其速度控制的难度，针对这一特点，设计了一种神经网络滑模变结构速度控制器。将无刷直流电机速度伺服系统分成名义模型和不确定模型，采用状态反馈方法对名义模型进行控制，以RBF神经网络为滑模动态补偿器对不确定系统进行控制。该方法不仪具有变结构控制的抗参数摄动、抗干扰以及速度快等优点，神经网络控制的加入还有效地减弱了单纯滑模变结构控制所带来的“抖振”现象。Matlab仿真结果表明，该控制器具有良好的控制性能和鲁棒性能。     

基于改进QPSO-NN的冗余机械臂逆运动学算法

针对某种冗余机械臂逆运动学求解的问题,提出了一种基于改进量子粒子群神经网络的求解算法。以冗余机械臂末端位姿为输入,经神经网络求得其逆解;针对神经网络输出结果误差较大的问题,把神经网络求初值加入初始化的粒子群中,通过基于Metropolis准则改进量子粒子群算法,避免了量子粒子群算法的早熟现象;以关节坐标经正向运动学求得的末端位姿和期望位姿的误差为适应度函数,对机械臂关节坐标迭代寻优。仿真结果表明该方法结合了神经网络算法的快速性和改进量子粒子群算法的精确性,满足求冗余机械臂逆运动学问题的速度和精度要求。     

非奇异快速终端滑模及动态面控制的轨迹跟踪制导律

针对飞行器跟踪预设轨迹的问题,提出非奇异快速终端滑模和角度约束的轨迹跟踪制导律。通过引入虚拟目标点,提出参考轨迹曲率半径的期望视线角约束条件,建立带有视线角约束并考虑自动驾驶仪动态特性的轨迹跟踪数学模型。为了保证在有限时间内跟踪预设轨迹并避免出现奇异问题,采用快速非奇异终端滑模和动态面控制方法进行制导律设计。推导出视线角误差和轨迹跟踪误差之间的数学关系,并利用Lyapunov稳定性准则证明轨迹跟踪误差最终有界任意小。与弹道成型轨迹跟踪制导律进行仿真对比,仿真结果表明所提出的制导律具有良好的跟踪性能及鲁棒性。     

Barrier Lyapunov functions-based dynamic surface control with tracking error constraints for ammunition manipulator electro-hydraulic system

This paper focuses on the dynamic tracking control of ammunition manipulator system. A standard state space model for the ammunition manipulator electro-hydraulic system (AMEHS) with inherent non-linearities and uncertainties considered was established. To simultaneously suppress the violation of tracking error constraints and the complexity of differential explosion, a barrier Lyapunov functions-based dynamic surface control (BLF-DSC) method was proposed for the position tracking control of the ammunition manipulator. Theoretical analysis prove the stability of the closed-loop overall system and the tracking error converges to a prescribed neighborhood asymptotically. The effectiveness and dynamic tracking performance of the proposed control strategy is validated via simulation and experi-mental results.