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基于固定时间扩张状态观测器的AUV轨迹控制
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作者 唐雯铠 黄大志 +2 位作者 何红坤 周正 高熙昊 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第5期146-152,共7页
针对外部扰动、内部动态以及模型不确定性的水下航行器轨迹跟踪问题,提出固定时间输出反馈控制方案。首先,根据系统输出设计固定时间扩张状态观测器(FESO),使集总扰动和不可测速度的观测误差在固定时间内收敛到0,极大增强系统的鲁棒性... 针对外部扰动、内部动态以及模型不确定性的水下航行器轨迹跟踪问题,提出固定时间输出反馈控制方案。首先,根据系统输出设计固定时间扩张状态观测器(FESO),使集总扰动和不可测速度的观测误差在固定时间内收敛到0,极大增强系统的鲁棒性。然后,设计固定时间轨迹跟踪控制器(FTTTC),使轨迹跟踪误差固定时间稳定,显著提高控制精度。最后,严格的稳定性分析和综合的仿真研究表明所提出的FESO和FTTTC能够使观测和跟踪误差固定时间收敛,且与初始状态无关。 展开更多
关键词 水下航行器 轨迹跟踪 固定时间扩张状态测器 固定时间控制
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具有状态约束的AUV固定时间抗干扰控制
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作者 王建晖 王浩远 +2 位作者 刘治 陈子韬 陈凯锐 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第10期2056-2065,共10页
针对具有状态约束、模型参数不确定、通信资源受限和外界未知时变干扰的自主水下机器人(AUV)的轨迹跟踪问题,本文提出了一种基于固定时间干扰观测器的事件触发控制方法.首先,基于固定时间稳定理论,利用双曲正切函数的特性设计干扰观测器... 针对具有状态约束、模型参数不确定、通信资源受限和外界未知时变干扰的自主水下机器人(AUV)的轨迹跟踪问题,本文提出了一种基于固定时间干扰观测器的事件触发控制方法.首先,基于固定时间稳定理论,利用双曲正切函数的特性设计干扰观测器,对系统的集总干扰进行估计,使得估计误差在固定时间内收敛.其次,基于所设计的干扰观测器,提出了一种AUV固定时间抗干扰轨迹跟踪控制方法,使得系统的跟踪误差在固定时间内收敛.同时,为了减少系统对通信资源的占用,在控制方法的设计中,引入了相对阈值的事件触发机制.最后,通过仿真实验验证了该方法的有效性. 展开更多
关键词 自主水下机器人 固定时间控制 干扰观测器 事件触发机制 状态约束
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基于固定时间扩张状态观测器的底栖式AUV点镇定控制 被引量:4
3
作者 高鹏 万磊 +2 位作者 徐钰斐 陈国防 张子洋 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第4期71-78,共8页
[目的]针对受未知干扰和不确定性因素影响的底栖式自主水下航行器(AUV)点镇定控制问题,设计一种基于固定时间扩张状态观测器(FTESO)的固定时间反步控制器。[方法]首先,根据AUV点镇定跟踪误差模型提出一种固定时间扩张状态观测器,用于估... [目的]针对受未知干扰和不确定性因素影响的底栖式自主水下航行器(AUV)点镇定控制问题,设计一种基于固定时间扩张状态观测器(FTESO)的固定时间反步控制器。[方法]首先,根据AUV点镇定跟踪误差模型提出一种固定时间扩张状态观测器,用于估计未知的集中扰动以及不可测量的速度,并使观测误差在固定时间内收敛至0;然后,在上述观测器的基础上使用反步法设计一种固定时间点镇定控制器;最后,通过加入一阶滤波器,解决反步控制器固有的“复杂性爆炸”问题,并通过李雅普诺夫稳定性分析证明闭环控制系统的半全局固定时间一致最终有界性。[结果]经仿真分析,验证了所提方案的可行性和优越性。[结论]研究表明所提方案可以解决受未知干扰与不确定性因素影响下的底栖式AUV的点镇定控制问题,并能提高控制系统的收敛时间。 展开更多
关键词 底栖式自主水下航行器 固定时间扩张状态测器 反步法
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预定性能约束下的四旋翼无人机固定时间控制
4
作者 呼忠权 华长春 +2 位作者 张柳柳 陈健楠 张聪 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第6期1216-1226,共11页
针对速度信息不可测和未知时变扰动下的四旋翼无人轨迹跟踪控制问题,本文提出了基于固定时间扩张状态观测器的预定性能控制策略.首先,通过设计固定时间扩张状态观测器实现速度和未知时变扰动的精准观测,减少了控制器设计时对系统模型的... 针对速度信息不可测和未知时变扰动下的四旋翼无人轨迹跟踪控制问题,本文提出了基于固定时间扩张状态观测器的预定性能控制策略.首先,通过设计固定时间扩张状态观测器实现速度和未知时变扰动的精准观测,减少了控制器设计时对系统模型的依赖;其次,通过引入时变约束函数和固定时间控制方法,实现系统暂稳态过程约束与固定时间轨迹跟踪;进而,通过李雅普诺夫方法证明了所设计的观测器和控制器能够保证系统固定时间稳定;最后,通过数值实例仿真和实验验证了所设计方法的有效性和实用性. 展开更多
关键词 四旋翼无人机 扩张状态测器 滑模控制 固定时间 预定性能
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带有状态/输入量化的无人船有限时间航向跟踪控制
5
作者 宁君 马一帆 +1 位作者 李志慧 李伟 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第9期1701-1708,共8页
针对在无人船航向跟踪控制过程中海上通信带宽受限的问题,本文依据Terminal滑模控制方法,利用扩张状态观测器估计量化状态系统未建模动态及外界干扰,基于估计信息设计系统控制律,提出一种考虑状态和输入量化的无人船有限时间航向跟踪控... 针对在无人船航向跟踪控制过程中海上通信带宽受限的问题,本文依据Terminal滑模控制方法,利用扩张状态观测器估计量化状态系统未建模动态及外界干扰,基于估计信息设计系统控制律,提出一种考虑状态和输入量化的无人船有限时间航向跟踪控制策略。仿真结果表明:在基于量化的控制环境下,所设计的航向跟踪控制方法能够保证无人船在快速跟踪理想航向的同时,跟踪误差收敛,且控制输入经过量化后执行器执行次数明显减少。因此,所设计的带有状态量化和输入量化的船舶航向跟踪控制策略是可行的,在实现有限时间内有效跟踪的同时,减轻了海上通信信号传输负担。 展开更多
关键词 无人船 航向跟踪控制 扩张状态测器 状态量化 输入量化 量化误差 TERMINAL滑模控制 有限时间
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基于有限时间输出反馈的线性扩张状态观测器 被引量:15
6
作者 杨明 董晨 +1 位作者 王松艳 晁涛 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第1期59-66,共8页
为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态,提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer,FT-LESO),它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计.假设系统的状态无法量测,观测器设计问题转化为扰动... 为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态,提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer,FT-LESO),它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计.假设系统的状态无法量测,观测器设计问题转化为扰动下的输出反馈控制问题.针对该问题,提出一种扰动下的有限时间线性输出反馈控制方法,得到控制器参数与闭环系统状态向量2-范数间的解析关系.在此基础上,提出有限时间线性扩张状态观测器,得到观测器参数与观测误差收敛速度及稳态观测误差间的解析关系,给出一充分条件保证观测误差有限时间有界、且能以不低于指数收敛的速度收敛到给定范围内,为观测器参数设计提供理论依据.通过数值仿真验证提出的观测器,仿真结果与理论分析相符,提出的观测器是有效的. 展开更多
关键词 线性扩张状态测器 有限时间 输出反馈 有限时间有界 观测误差
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基于扩张状态观测器和有限时间控制的感应电机直接转矩控制 被引量:13
7
作者 孙振兴 李世华 张兴华 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期748-756,共9页
对感应电机直接转矩控制系统中存在的干扰,本文结合扩张状态观测器(ESO)和有限时间控制(FTC)提出一种复合控制方法来提高系统的抗干扰能力.首先采用扩张状态观测器估算系统的扰动,用此观测值作为前馈量补偿到输入端;然后运用连续有限时... 对感应电机直接转矩控制系统中存在的干扰,本文结合扩张状态观测器(ESO)和有限时间控制(FTC)提出一种复合控制方法来提高系统的抗干扰能力.首先采用扩张状态观测器估算系统的扰动,用此观测值作为前馈量补偿到输入端;然后运用连续有限时间控制方法设计系统前向通道中的反馈控制器.文中对控制器的稳定性进行了证明.与传统的PI控制以及P+ESO控制方法进行仿真与实验结果比较,验证了方法的有效性. 展开更多
关键词 感应电机 直接转矩控制 扩张状态测器 有限时间控制
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非线性系统的有限时间扩张状态观测器的设计 被引量:2
8
作者 王洪斌 周振 +2 位作者 王跃灵 郝策 葛顺刚 《计量学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期725-729,共5页
针对非线性系统的不确定项和外部干扰问题,提出了一种有限时间扩张状态观测器的设计方案,实现了非线性系统不确定项和外部干扰的有限时间估计。与传统的线性扩张状态观测器相比,有限时间扩张状态观测器基于终端滑模的思想而设计,其非线... 针对非线性系统的不确定项和外部干扰问题,提出了一种有限时间扩张状态观测器的设计方案,实现了非线性系统不确定项和外部干扰的有限时间估计。与传统的线性扩张状态观测器相比,有限时间扩张状态观测器基于终端滑模的思想而设计,其非线性项的引入保障了扩张状态的有限时间估计,进而辅助设计控制器,可以提高系统的鲁棒性能。利用Lyapunov有限时间稳定性理论得到该观测误差系统收敛的充分条件。最后,实例仿真进一步验证了该策略的有效性。 展开更多
关键词 计量学 扩张状态测器 有限时间 非线性系统 不确定项 干扰 终端滑模
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基于全状态约束多智能体系统的固定时间一致性控制方法
9
作者 纪登科 吴中华 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第S2期148-153,共6页
针对固定无向图拓扑下具有未知扰动的全状态受限多智能体系统(MAS),提出一种固定时间一致性控制方法。首先,设计一种新型全局通用障碍函数(UUBF),从而将受限MAS转化为无约束系统;其次,基于无约束系统,利用神经网络逼近系统中的未知非线... 针对固定无向图拓扑下具有未知扰动的全状态受限多智能体系统(MAS),提出一种固定时间一致性控制方法。首先,设计一种新型全局通用障碍函数(UUBF),从而将受限MAS转化为无约束系统;其次,基于无约束系统,利用神经网络逼近系统中的未知非线性项,并构建固定时间状态观测器,通过观测误差补偿神经网络的更新率,增强神经网络的逼近能力;再次,设计新型固定时间扰动观测器,精确估计未知扰动和逼近误差构成的复合扰动;继次,根据观测值,使用反步法构建固定时间控制律,并设计固定时间微分器解决反步法设计中的“微分爆炸”问题;最后,利用固定时间一致性理论和李雅普诺夫稳定性定理推导得到MAS固定时间一致性稳定条件,通过仿真验证了所设计的控制方法的有效性。 展开更多
关键词 状态约束 固定时间一致性 多智能体系统 神经网络 扰动观测器 状态测器
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基于扩张状态观测器的导弹滑模制导律 被引量:11
10
作者 张尧 郭杰 +2 位作者 唐胜景 马悦悦 商巍 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期343-350,共8页
针对导弹拦截机动目标的问题,基于扩张状态观测器(ESO,Extended State Observer)设计了一种全新的导弹滑模制导律.考虑拦截时的弹目相对运动关系,通过ESO对目标加速度进行实时的观测和动态补偿,有效地解决了导弹拦截末端所需过载过大的... 针对导弹拦截机动目标的问题,基于扩张状态观测器(ESO,Extended State Observer)设计了一种全新的导弹滑模制导律.考虑拦截时的弹目相对运动关系,通过ESO对目标加速度进行实时的观测和动态补偿,有效地解决了导弹拦截末端所需过载过大的问题,使导弹能够以更小的脱靶量拦截目标.同时在仿真中考虑自动驾驶仪的二阶动态特性,分别以不同的初始航迹角对周期性机动目标和非周期性机动目标进行拦截打击仿真,并与基于有限时间收敛理论提出的滑模制导律对迎击拦截、追击拦截和前向拦截3种方式进行仿真对比,仿真结果表明了基于ESO的滑模制导律在拦截末制导过程中的鲁棒性和优越性. 展开更多
关键词 扩张状态测器 滑模控制 观测 有限时间收敛 导弹制导 拦截
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带扩张观测器的三维有限时间收敛导引律 被引量:6
11
作者 王华吉 雷虎民 +2 位作者 张旭 何绍溟 周觐 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期88-97,共10页
为了保证视线角速率在弹目碰撞前收敛到零附近的较小邻域内,从而达到准平行接近的状态,基于自抗扰控制的不确定性估计补偿思想,应用反演控制方法设计了一种考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性和目标机动的三维有限时间收敛导引律。根据有... 为了保证视线角速率在弹目碰撞前收敛到零附近的较小邻域内,从而达到准平行接近的状态,基于自抗扰控制的不确定性估计补偿思想,应用反演控制方法设计了一种考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性和目标机动的三维有限时间收敛导引律。根据有限时间收敛控制理论,严格证明了系统的有限时间收敛特性;为抑制量测噪声,将传统跟踪微分器进行改进并应用于扩张状态观测器与反演控制的设计中。仿真结果表明,在自动驾驶仪响应延迟情况下,所设计的导引律能够导引导弹在有限时间内精确地拦截高速机动目标;改进的跟踪微分器精度高、响应快;基于改进跟踪微分器的扩张观测器估计效果理想。 展开更多
关键词 三维导引律 扩张状态测器 反演控制 有限时间收敛 自动驾驶仪延迟
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动态约束下船舶固定时间非奇异滑模包容控制 被引量:2
12
作者 马俊达 孙鹤方 +2 位作者 谭冲 辛华健 刘可 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期167-176,共10页
为了解决动态约束下的无人船鲁棒包容控制问题,以固定时间稳定性理论为基础,结合预设性能函数和滑模控制技术,提出一种固定时间非奇异滑模鲁棒包容控制律。首先,设计固定时间扩张观测器,对速度不可测以及集总不变项进行估计。然后,通过... 为了解决动态约束下的无人船鲁棒包容控制问题,以固定时间稳定性理论为基础,结合预设性能函数和滑模控制技术,提出一种固定时间非奇异滑模鲁棒包容控制律。首先,设计固定时间扩张观测器,对速度不可测以及集总不变项进行估计。然后,通过设计性能函数实现对包容跟踪偏差的约束,结合转换函数转换成无约束问题对包容控制偏差进行约束控制。进一步,构造非奇异滑模面并设计固定时间趋近律,实现跟随船在固定时间内收敛至虚拟领导船张成的凸包内。最后,利用固定时间稳定性理论证明系统误差在固定时间内收敛于平衡点。仿真结果说明,所提控制律可以使多无人船在固定时间内形成高精度且稳定的编队形式并且在设置的预设性能下实现包容控制偏差的收敛。 展开更多
关键词 多船编队 包容控制 固定时间控制 扩张测器 非奇异滑模 动态约束
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基于FTESO的固定时间增量动态逆容冰控制方法
13
作者 江飞鸿 刘小雄 +2 位作者 刘贞报 李煜 陈家鑫 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期996-1004,共9页
结冰严重影响飞机的飞行性能。针对此问题,提出一种基于扩张状态观测器的固定时间增量动态逆的容冰飞行控制方法,并基于此方法设计某型运输机的飞行控制律,用于增强结冰工况下的飞行控制能力,保障飞行安全。所设计的控制器中,扩张状态... 结冰严重影响飞机的飞行性能。针对此问题,提出一种基于扩张状态观测器的固定时间增量动态逆的容冰飞行控制方法,并基于此方法设计某型运输机的飞行控制律,用于增强结冰工况下的飞行控制能力,保障飞行安全。所设计的控制器中,扩张状态观测器用于估计角加速度信号中的干扰,解决现有增量动态逆控制中鲁棒性依赖角加速度准确性的问题。重要的是,该控制方法能够在固定时间内保证飞机状态误差收敛至稳定区域,并且收敛时间不依赖于误差初值。仿真结果表明所设计的控制器能够克服结冰对飞机的影响,并且在角加速度干扰下保证飞机达到期望的飞行性能,提高运输机在结冰工况下的安全飞行能力。 展开更多
关键词 结冰飞机 改进增量动态逆控制 扩张状态测器 固定时间容冰控制
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基于有限时间和状态观测器的双闭环AUV轨迹跟踪控制研究 被引量:2
14
作者 马洪潮 戴晓强 +2 位作者 曾庆军 夏楠 郭雨青 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2022年第11期17-23,共7页
为解决欠驱动AUV轨迹跟踪中系统收敛速度慢、易发散、模型不确定等问题,提出了一种有限时间和降阶状态观测器双环闭合的运动控制策略。根据时间尺度原理分为位置控制环和姿态控制环,位置控制环使用有限时间控制方法来加快位置量的收敛速... 为解决欠驱动AUV轨迹跟踪中系统收敛速度慢、易发散、模型不确定等问题,提出了一种有限时间和降阶状态观测器双环闭合的运动控制策略。根据时间尺度原理分为位置控制环和姿态控制环,位置控制环使用有限时间控制方法来加快位置量的收敛速度;姿态控制环采用基于降阶扩张状态观测器的动态积分滑模来实现对姿态角的快速收敛和补偿混合不确定项。在三维仿真环境下模拟AUV轨迹跟踪的控制效果,通过仿真结果可看出:所设计的控制器在收敛速度、控制精度、鲁棒性及跟踪效果方面均高于常见的轨迹跟踪器,能较好地满足欠驱动AUV的轨迹跟踪控制需要。 展开更多
关键词 AUV 轨迹跟踪控制 有限时间控制 降阶扩张状态测器
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基于扩张状态观测器的UCAV自适应滑模控制 被引量:2
15
作者 库硕 丁达理 +1 位作者 黄长强 王杰 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2019年第15期228-234,共7页
针对固定翼UCAV(Unmanned Combat Aerial Vehicle)系统中存在的不确定性和外部扰动,设计了一种基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器用来抑制系统扰动,从而提高对于UCAV的控制性能。建立固定翼UCAV的六自由度非线性模型,针对姿... 针对固定翼UCAV(Unmanned Combat Aerial Vehicle)系统中存在的不确定性和外部扰动,设计了一种基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器用来抑制系统扰动,从而提高对于UCAV的控制性能。建立固定翼UCAV的六自由度非线性模型,针对姿态控制和速度控制分别设计扩张状态观测器对模型中难以精确测量的状态量和外部扰动进行估计,依据奇异摄动原理分别对姿态和速度设计自适应超扭曲滑模控制器,实现对UCAV的姿态和速度的跟踪控制。采用某型固定翼UCAV非线性模型对所设计的控制器进行仿真验证,并且与传统的自抗扰滑模控制方法进行了对比,仿真结果表明,基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器具有更小的超调量和稳态误差。 展开更多
关键词 固定翼UCAV 飞行控制 扩张状态测器 超扭曲 二阶滑模控制
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欠驱动多AUV双环指定时间三维编队控制
16
作者 王则青 徐海祥 +2 位作者 余文曌 杜哲 王红梅 《兵工学报》 北大核心 2025年第8期32-42,共11页
多自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)协同作业在水下作战领域展现出广阔的应用前景。针对具有模型不确定性和未知环境扰动的欠驱动多AUV三维编队控制问题,提出一种双环指定时间编队控制方法。为解决AUV欠驱动问题,建... 多自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)协同作业在水下作战领域展现出广阔的应用前景。针对具有模型不确定性和未知环境扰动的欠驱动多AUV三维编队控制问题,提出一种双环指定时间编队控制方法。为解决AUV欠驱动问题,建立AUV运动数学模型并引入欠驱动坐标变换。为降低模型不确定性和未知环境扰动对系统的不利影响,设计固定时间扩张状态观测器对其进行估计与补偿。为实现多AUV编队的指定时间收敛,设计由外环控制律与内环控制律组成的双环指定时间控制器。其中,外环控制律调节AUV的期望速度以实现编队目标,而内环控制律则负责跟踪AUV的期望速度。理论分析表明,新方法能够确保系统在指定时间内收敛;仿真结果显示,与有限时间和固定时间控制相比,新方法能够实现系统的指定时间收敛,进一步提高系统的收敛速度,为协同性要求较高任务下的多AUV编队控制提供新思路。 展开更多
关键词 自主水下航行器 编队控制 指定时间控制 双环控制 扩张状态测器
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执行器故障下机械臂有限时间容错控制
17
作者 曹胜杰 吴海 +1 位作者 程壹涛 任泽生 《现代制造工程》 北大核心 2025年第5期82-90,共9页
针对机械臂系统执行器故障,并考虑外界干扰和执行器输入饱和问题,设计了一种基于扩张状态观测器的滑模容错控制策略。首先,采用扩张状态观测器估计包括故障在内的复合干扰,该扩张状态观测器不依赖于全部状态可测和数学模型,可以准确地... 针对机械臂系统执行器故障,并考虑外界干扰和执行器输入饱和问题,设计了一种基于扩张状态观测器的滑模容错控制策略。首先,采用扩张状态观测器估计包括故障在内的复合干扰,该扩张状态观测器不依赖于全部状态可测和数学模型,可以准确地估计外界干扰和执行器故障。针对执行器的输入饱和问题,设计了一种非线性抗饱和补偿器实时补偿输入的饱和溢出效应;然后,提出了一种基于非奇异终端滑模的有限时间控制器实现了对机械臂系统的精准控制,该滑模变量的收敛时间有界且与系统初始状态无关。基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的有限时间稳定性;最后,通过与文献中将扩张状态观测器与边界层技术结合的控制方法进行仿真对比,验证了所提控制器的优越性。 展开更多
关键词 机械臂系统 执行器故障 扩张状态测器 滑模控制 有限时间
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基于预设时间一致性理论的无人机编队控制
18
作者 李俊辉 王伟 +1 位作者 王雨辰 纪毅 《兵工学报》 北大核心 2025年第8期18-31,共14页
无人机编队可以实现复杂的集体任务,降低单个无人机的风险和操作难度。针对三维场景下的无人机集群编队控制问题,基于预设时间稳定理论和多智能体一致性理论,设计领-从结构下的分布式编队复合控制方法。通过分析无人机实际输入与等效控... 无人机编队可以实现复杂的集体任务,降低单个无人机的风险和操作难度。针对三维场景下的无人机集群编队控制问题,基于预设时间稳定理论和多智能体一致性理论,设计领-从结构下的分布式编队复合控制方法。通过分析无人机实际输入与等效控制之间的关系,建立多机运动学模型。为提高无人机对外部扰动的鲁棒性,结合自抗扰控制理论设计一种预设时间收敛扩张状态观测器,实现对扰动的在线估计。进一步,考虑到只有与领航者连通的跟随者能获取领航者的状态信息,提出一种预设时间收敛的分布式估计器,以快速估计领航者的状态。结合观测器及估计器的输出,提出一种预设时间收敛的一致性编队控制协议,并通过Lyapunov理论证明闭环系统的预设时间稳定性。通过构建数值仿真实验,验证了新方法的有效性。研究结果表明,新设计的控制方法在存在外部扰动的情况下可以实现预设时间内稳定的无人机编队协同控制。 展开更多
关键词 无人机 编队控制 预设时间稳定 扩张状态测器 分布式估计器 多智能体一致性理论
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基于扩张状态观测器的3-RPS并联机器人固定时间滑模控制
19
作者 米钇朴 李壮举 +1 位作者 赵伟 曹少中 《机电工程》 2025年第11期2189-2200,共12页
针对3-RPS并联机器人这类复杂的非惯性系多刚体系统在控制中的干扰不确定性和快速性等问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的固定时间收敛滑模控制(FTSMC)方法。首先,对3-RPS并联机器人进行了机构分析并建立了动力学方程,为后续控... 针对3-RPS并联机器人这类复杂的非惯性系多刚体系统在控制中的干扰不确定性和快速性等问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的固定时间收敛滑模控制(FTSMC)方法。首先,对3-RPS并联机器人进行了机构分析并建立了动力学方程,为后续控制器的设计提供了理论基础;然后,设计了一种能够实现误差固定时间收敛的固定时间滑模控制器,同时将系统的不确定项、干扰以及建模误差等影响因素统一归结为扩张状态,设计了扩张状态观测器(ESO),对其进行了估计,在滑模控制器的基础上进行了补偿,削减了控制信号中的抖振现象,进一步增强了系统在复杂环境下的抗干扰能力;最后,将ESO+FTSMC与PID控制器、滑模控制器(SMC)和非奇异终端滑模控制器(NTSMC)进行了对比仿真和实验,验证了基于扩张状态观测器(ESO)的固定时间滑模控制器的有效性。研究结果表明:基于扩张状态观测器(ESO)的固定时间收敛滑模控制器具有更好的快速性和更强的鲁棒性,可以在不同的初始状态下在固定时间内收敛到平衡点,具有固定时间收敛特性;在受到相同负载扰动时,较其他三种控制器,该方法扰动抑制能力分别提升了9%~27%,回稳时间提升了5.3%~11.3%。该方法具有较快的收敛速度,在面对外部干扰和系统不确定性时具有较强的鲁棒性,具有良好的工作性能,对3-RPS并联机器人在恶劣环境下的应用具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 并联机构 3-RPS并联机器人 扩张状态测器 固定时间收敛滑模控制 控制稳定性 收敛特性
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四旋翼无人机固定时间姿态输出反馈控制 被引量:8
20
作者 邵士凯 王姝 赵渊洁 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第4期1502-1509,共8页
为实现角度不可测的四旋翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)姿态跟踪,提出一种新的输出反馈控制方案。首先,将外界干扰与系统模型中的不确定作为综合扰动整体估计,设计了固定时间扩张状态观测器来估计未知角速度和综合扰动,保证估... 为实现角度不可测的四旋翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)姿态跟踪,提出一种新的输出反馈控制方案。首先,将外界干扰与系统模型中的不确定作为综合扰动整体估计,设计了固定时间扩张状态观测器来估计未知角速度和综合扰动,保证估计误差能够在固定时间内收敛到原点,且收敛时间不依赖于系统的初始条件。同时为了提升控制精度和速度,设计基于齐次性理论的固定时间控制器,能够保证系统的跟踪误差在固定时间内收敛至零,且收敛时间与四旋翼无人机的初始状态无关。最后,通过仿真研究,验证本文所提方案的有效性。 展开更多
关键词 固定时间 扩张状态测器 四旋翼无人机(UAV) 输出反馈 齐次性
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