基于有限时间干扰观测器的高速列车非奇异终端滑模协同控制

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作者 张友鹏 王小天 +3 位作者 杨军霞 王东 金煜翔 高子轩 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第3期967-978,共12页

为解决高速列车在运行时存在时变非线性动态、附加阻力、外部干扰及输入饱和情况下多列车协同追踪运行问题,利用非奇异终端滑模控制、有限时间干扰观测器及动态辅助系统设计控制器实现多列高速列车的协同追踪运行控制。首先,建立多列车... 为解决高速列车在运行时存在时变非线性动态、附加阻力、外部干扰及输入饱和情况下多列车协同追踪运行问题,利用非奇异终端滑模控制、有限时间干扰观测器及动态辅助系统设计控制器实现多列高速列车的协同追踪运行控制。首先,建立多列车的多智能体系统模型。其次,采用反正切函数设计一种新型的非奇异终端滑模控制算法;利用有限时间干扰观测器估计系统的附加阻力及复合未知干扰,并将其估计值反馈补偿到控制器的输出,以消除此部分干扰对高速列车运行的影响;针对输入饱和特性,引入动态辅助系统解决输入饱和对列车控制系统的影响;利用lyapunov稳定性理论分别证明控制器与观测器的稳定性。最后,采用matlab软件仿真验证,通过与自适应终端滑模、有限时间干扰观测器终端滑模、有限时间干扰观测器线性滑模3种方法对比,以及在有无输入饱和约束条件下列车追踪运行时的速度、位移误差以及控制力输入对比。研究结果表明:相较于其他3种方法,采用有限时间干扰观测器非奇异终端滑模的方法时列车速度、位移误差更小,且控制力输入也更为平滑。计及输入饱和下,当列车遇到外部干扰时,控制输入均在牵引制动特性约束范围之内,设计动态辅助系统有效解决了输入饱和对列车追踪运行的影响。基于以上分析可知,计及输入饱和下利用所设计的有限时间干扰观测器非奇异终端滑模控制器及动态辅助系统可实现多列车的协同追踪运行。研究结果可为提高线路利用率,实现多列高速列车安全稳定地追踪运行提供参考。 展开更多

关键词 有限时间干扰观测器 非奇异终端滑模 输入饱和 多列车 协同运行

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基于有限时间干扰观测器的鲁棒积分跟踪控制 被引量：2

2

作者 赵倩婷 姚建勇 姚志凯 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期1874-1882,共9页

针对电液位置伺服系统同时存在的参数不确定和不确定非线性(统称为干扰),导致传统非线性控制精度不高、跟踪性能不好等问题,提出基于有限时间干扰观测器(FTDO)的鲁棒积分跟踪控制策略.通过将误差符号鲁棒积分(RISE)控制策略与FTDO融合,... 针对电液位置伺服系统同时存在的参数不确定和不确定非线性(统称为干扰),导致传统非线性控制精度不高、跟踪性能不好等问题,提出基于有限时间干扰观测器(FTDO)的鲁棒积分跟踪控制策略.通过将误差符号鲁棒积分(RISE)控制策略与FTDO融合,实现对未观测干扰的抑制.考虑到实际系统中噪声对跟踪精度的影响,该控制策略结合期望补偿手段,提高跟踪精度.通过Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的全局渐进稳定性.对比实验结果显示,利用该方法能够有效提高电液位置伺服系统在干扰作用下的跟踪性能,在相同的测试工况下,与速度前馈PI控制器相比,跟踪精度提高了25%左右. 展开更多

关键词 电液位置伺服系统 匹配和不匹配干扰 有限时间干扰观测器(FTDO) 误差符号鲁棒积分(RISE)控制 渐进稳定

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基于干扰观测器的上肢外骨骼终端滑模控制 被引量：2

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作者 张燕 弓正菁 +2 位作者 樊琪 李璇 孙慧 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第1期1-9,共9页

针对可穿戴上肢外骨骼系统在存在外界干扰和模型误差条件下的轨迹跟踪问题,提出了基于有限时间干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制策略。首先,基于有限时间控制理论设计了干扰观测器,对建模误差和外界干扰进行在线估计,实现估计误差在... 针对可穿戴上肢外骨骼系统在存在外界干扰和模型误差条件下的轨迹跟踪问题,提出了基于有限时间干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制策略。首先,基于有限时间控制理论设计了干扰观测器,对建模误差和外界干扰进行在线估计,实现估计误差在有限时间内收敛到零;在此基础上,设计了非奇异快速终端滑模控制器,实现外骨骼在有限时间内对期望轨迹的准确跟踪。然后,基于李雅普诺夫理论证明了闭环系统的稳定性。最后,仿真结果证明了所提控制策略的收敛速度快、鲁棒性强。 展开更多

关键词 轨迹跟踪 有限时间干扰观测器 终端滑模控制 有限时间控制

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高阶非线性不确定系统的复合有限时间控制

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作者 王芳 杜雨欣 周超 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第1期209-215,共7页

本文针对一类带有外界干扰的高阶非线性不确定系统,提出基于有限时间干扰观测器的复合有限时间控制策略,为了解决终端滑模的奇异性问题,设计改进的非奇异终端滑模面.同时,双曲正切函数和指数型函数相结合,构造新型复合趋近律.为了处理... 本文针对一类带有外界干扰的高阶非线性不确定系统,提出基于有限时间干扰观测器的复合有限时间控制策略,为了解决终端滑模的奇异性问题,设计改进的非奇异终端滑模面.同时,双曲正切函数和指数型函数相结合,构造新型复合趋近律.为了处理外界干扰,设计非奇异终端滑模观测器,将观测到的干扰值前馈到滑模控制中,进一步提高系统的抗干扰性.最后,将设计的复合趋近律与其他5种趋近律进行仿真对比,验证复合趋近律的收敛速度和削弱抖振能力,并通过非线性系统的数值仿真验证所提出控制策略的有效性和优越性. 展开更多

关键词 非线性系统 有限时间干扰观测器 复合趋近律 非奇异终端滑模控制 有限时间稳定

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电液位置伺服系统有限时间预设性能滑模控制

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作者 汪春阳 朱鹏程 赵佳明 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第9期88-94,共7页

针对具有模型不确定性、未知外部扰动的电液位置伺服系统,提出了一种基于观测器的自适应预设性能滑模控制策略。根据系统模型和Lyapunov稳定性理论,设计了有限时间干扰观测器(FTDO)对模型不确定性、未知外部扰动进行估计。同时根据有限... 针对具有模型不确定性、未知外部扰动的电液位置伺服系统,提出了一种基于观测器的自适应预设性能滑模控制策略。根据系统模型和Lyapunov稳定性理论,设计了有限时间干扰观测器(FTDO)对模型不确定性、未知外部扰动进行估计。同时根据有限时间性能函数(FTPF),设计的非线性滑模控制器能在预设的有限时间内将位置跟踪误差约束在规定精度内,实现规定的动态收敛性能和跟踪精度。仿真结果表明,该策略能较好地克服多种因素引起的干扰,改善系统的控制性能。 展开更多

关键词 电液位置伺服系统 有限时间干扰观测器 有限时间滤波器 滑模控制 预设性能控制

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复合干扰下永磁球形电机的全阶滑模控制 被引量：2

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作者 王松 王群京 +1 位作者 李国丽 文彦 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期489-498,共10页

针对受外部干扰和模型不确定性影响的永磁球形电机运动系统,提出一种基于有限时间干扰观测器的全阶滑模控制方法。首先,在复合干扰下建立永磁球形电机的动力学模型,其不确定性包括建模误差和外界干扰。其次,设计有限时间干扰观测器以快... 针对受外部干扰和模型不确定性影响的永磁球形电机运动系统,提出一种基于有限时间干扰观测器的全阶滑模控制方法。首先,在复合干扰下建立永磁球形电机的动力学模型,其不确定性包括建模误差和外界干扰。其次,设计有限时间干扰观测器以快速、准确地估计出系统的复合干扰。然后,为永磁球形电机设计了全阶滑模面,理想滑模运动时反映其全阶动态特性,而不是传统滑模控制系统中的降阶动态特性。最后,通过李雅普诺夫定理证明了所提控制方法的闭环系统的稳定性。仿真和实验结果表明所提控制器在复合干扰情况下具有良好的动态特性和抗干扰能力。 展开更多

关键词 永磁球形电机 全阶滑模控制 有限时间干扰观测器 轨迹跟踪

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基于干扰估计的直流电动机间接自适应鲁棒控制 被引量：1

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作者 徐张宝 马大为 +2 位作者 姚建勇 董振乐 杨贵超 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1281-1287,共7页

针对广泛存在于直流电动机伺服系统中的参数不确定性和不确定性非线性问题,提出一种基于有限时间干扰观测器的间接自适应鲁棒控制方法.间接自适应控制和有限时间干扰观测器融合在一起,分别处理参数不确定性和不确定非线性,通过李雅普诺... 针对广泛存在于直流电动机伺服系统中的参数不确定性和不确定性非线性问题,提出一种基于有限时间干扰观测器的间接自适应鲁棒控制方法.间接自适应控制和有限时间干扰观测器融合在一起,分别处理参数不确定性和不确定非线性,通过李雅普诺夫方法从理论上证明了整个闭环系统的稳定性.仿真结果表明:该方法能准确地对参数和干扰进行估计,且与传统控制方法相比,具有参数及干扰估计精度高、抗扰能力及参数变化鲁棒性强的特点,为提高伺服系统的动态跟踪性能提供了理论依据. 展开更多

关键词 间接自适应鲁棒控制 直流电动机 有限时间干扰观测器 参数不确定 不确定非线性

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非匹配不确定的弹性高超声速飞行器终端滑模控制 被引量：9

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作者 宗群 张秀云 +2 位作者 邵士凯 叶林奇 董琦 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期158-164,共7页

为解决带有非匹配不确定的弹性高超声速飞行器(FHV)鲁棒跟踪控制问题,设计一种基于有限时间干扰观测器的非奇异终端滑模控制器.首先,通过将弹性模态的影响视为不确定,与系统参数不确定一起处理为综合不确定,将带有弹性的高超声速飞行器... 为解决带有非匹配不确定的弹性高超声速飞行器(FHV)鲁棒跟踪控制问题,设计一种基于有限时间干扰观测器的非奇异终端滑模控制器.首先,通过将弹性模态的影响视为不确定,与系统参数不确定一起处理为综合不确定,将带有弹性的高超声速飞行器模型简化为便于控制器设计的面向控制模型;其次,设计有限时间干扰观测器估计模型的综合不确定;进而,基于干扰观测器,设计一种新型的非奇异终端滑模面,将高阶不匹配问题转化成一阶匹配问题,进行控制器的设计;最后通过Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性.仿真结果表明:所设计的控制器可以有效抑制非匹配不确定及弹性的影响,实现了飞行器速度与高度的稳定跟踪控制. 展开更多

关键词 控制 高超声速飞行器 非匹配不确定 有限时间干扰观测器 非奇异终端滑模

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临近空间拦截弹的非奇异终端滑模控制 被引量：10

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作者 郭超 梁晓庚 +1 位作者 王俊伟 孙长银 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期58-67,共10页

针对临近空间直接力/气动力复合控制拦截弹的抗干扰控制问题,提出了一种基于有限时间干扰观测器(FTDO)的非奇异终端滑模(NTSM)复合跟踪控制策略。首先,设计FTDO估计系统的不匹配干扰;在此基础上,设计基于FTDO的NTSM复合控制律,获取期望... 针对临近空间直接力/气动力复合控制拦截弹的抗干扰控制问题,提出了一种基于有限时间干扰观测器(FTDO)的非奇异终端滑模(NTSM)复合跟踪控制策略。首先,设计FTDO估计系统的不匹配干扰;在此基础上,设计基于FTDO的NTSM复合控制律,获取期望的控制力矩。接着,考虑到作为执行机构的气动舵和反作用喷气装置存在冗余性,进一步提出了一种动态控制分配算法实现期望控制指令到执行机构的分配,获得良好的控制分配精度和较小的执行机构能耗。最后,仿真结果验证了所设计复合控制系统的有效性。 展开更多

关键词 临近空间拦截弹 有限时间干扰观测器 非奇异终端滑模 动态控制分配

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强冲击载荷下火箭炮位置伺服系统跟踪控制 被引量：2

10

作者 董振乐 马大为 +2 位作者 姚建勇 郑颖 王晓锋 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2015年第3期59-63,共5页

针对火箭炮位置伺服系统,提出了一种基于干扰估计的鲁棒跟踪控制策略。考虑火箭炮运行过程中存在的系统参数摄动和复杂外干扰,将两者归为总干扰,采用有限时间干扰观测器对其进行了有效的估计,在此基础上进一步设计了基于指令信号的鲁棒... 针对火箭炮位置伺服系统,提出了一种基于干扰估计的鲁棒跟踪控制策略。考虑火箭炮运行过程中存在的系统参数摄动和复杂外干扰,将两者归为总干扰,采用有限时间干扰观测器对其进行了有效的估计,在此基础上进一步设计了基于指令信号的鲁棒反馈控制器,该控制器中使用指令及指令的导数代替状态反馈信息,从而避免了测量噪声带来的不良影响。通过Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明,系统能够实现优良的跟踪性能,验证了控制器和有限时间干扰观测器的有效性。 展开更多

关键词 火箭炮 位置伺服系统 鲁棒控制 有限时间干扰观测器 基于指令补偿

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一类非线性不确定系统的滑模反演控制 被引量：7

11

作者 罗连杰 佃松宜 蒲明 《电光与控制》 北大核心 2017年第12期27-30,99,共5页

针对一类存在未知复合扰动的高阶非线性系统,提出一种基于有限时间干扰观测器的反演非奇异快速终端滑模控制方法。采用有限时间干扰观测器对复合扰动进行快速精确估计并设计控制器鲁棒项进行补偿。采用反演控制处理高阶非线性系统,结合... 针对一类存在未知复合扰动的高阶非线性系统,提出一种基于有限时间干扰观测器的反演非奇异快速终端滑模控制方法。采用有限时间干扰观测器对复合扰动进行快速精确估计并设计控制器鲁棒项进行补偿。采用反演控制处理高阶非线性系统,结合动态面控制设计虚拟控制律;同时设计非奇异快速终端滑模控制律,提高系统的收敛速度和控制精度,并通过Lyapunov理论证明了系统跟踪误差一致最终有界。通过数值仿真验证了所提控制方法的有效性和可行性。 展开更多

关键词 非线性不确定系统 反演法 有限时间干扰观测器 非奇异快速终端滑模

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四旋翼飞行器姿态的非奇异快速终端滑模控制 被引量：3

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作者 罗连杰 佃松宜 蒲明 《电光与控制》 北大核心 2018年第4期12-15,60,共5页

针对四旋翼飞行器姿态控制问题中系统存在模型参数不确定和外界未知干扰的情况,提出一种基于有限时间干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制策略。首先,设计有限时间干扰观测器实时观测系统中的模型参数不确定和外界未知干扰,并将观测值... 针对四旋翼飞行器姿态控制问题中系统存在模型参数不确定和外界未知干扰的情况,提出一种基于有限时间干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制策略。首先,设计有限时间干扰观测器实时观测系统中的模型参数不确定和外界未知干扰,并将观测值与非奇异快速终端滑模控制器的设计相结合,不仅实现了对系统中模型参数不确定和外界未知干扰的抑制,而且提高了系统的跟踪速度和控制精度。基于Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性,最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 四旋翼飞行器 姿态控制 有限时间干扰观测器 非奇异快速终端滑模控制

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多体航天器姿态机动的终端滑模复合控制方法研究 被引量：1

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作者 黎飞 雷拥军 《空间控制技术与应用》 2014年第1期31-36,共6页

研究了带有多种运动附件的航天器姿态复合控制问题.选取典型的两刚体对象建立了完整的动力学模型,简要分析了本体与附件的耦合关系.针对标称本体动力学方程,设计了有限时间干扰观测器估计附件对本体的耦合扰动以及外部环境干扰,在终端... 研究了带有多种运动附件的航天器姿态复合控制问题.选取典型的两刚体对象建立了完整的动力学模型,简要分析了本体与附件的耦合关系.针对标称本体动力学方程,设计了有限时间干扰观测器估计附件对本体的耦合扰动以及外部环境干扰,在终端滑模控制器中进行主动补偿,利用扩展的Lyapunov稳定性定理证明了本体控制系统的有限时间收敛性;为减小本体机动对附件指向的影响,在附件控制器中引入对本体角加速度的补偿.仿真结果表明,所设计的复合控制系统能够较好地估计并且补偿系统的总干扰,具有较高的控制精度和较快的系统响应. 展开更多

关键词 运动附件 复合控制 有限时间干扰观测器 主动补偿 终端滑模

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一种球形滚动机器人纵向运动的控制策略研究 被引量：3

14

作者 于涛 王益博 +1 位作者 孙汉旭 赵伟 《机床与液压》 北大核心 2020年第11期1-6,20,共7页

针对一种球形滚动机器人纵向运动的位置控制问题,提出一种基于有限时间滑模干扰观测器和双幂次组合函数趋近律的解耦滑模控制策略。所提出的控制策略不仅可以保证球形机器人的滚动性能,并且能够保持解耦滑模控制律的连续性。设计有限时... 针对一种球形滚动机器人纵向运动的位置控制问题,提出一种基于有限时间滑模干扰观测器和双幂次组合函数趋近律的解耦滑模控制策略。所提出的控制策略不仅可以保证球形机器人的滚动性能,并且能够保持解耦滑模控制律的连续性。设计有限时间滑模干扰观测器对复合不确定性进行在线估计,并在此基础上得出机器人系统平衡摆角的估计。基于所得平衡摆角的估计,分别定义系统的各级滑模变量。借助所设计的有限时间滑模干扰观测器,基于第二级滑模变量和双幂次组合函数趋近律构造解耦滑模控制律。从理论上证明了所提出的控制策略能够确保各级滑模变量收敛至0,仿真实验结果验证了所提出的控制策略的控制性能和鲁棒性。 展开更多

关键词 球形滚动机器人 纵向运动 解耦滑模控制 有限时间滑模干扰观测器 双幂次组合函数趋近律

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