有约束重复使用运载器障碍变换预设时间控制 被引量：1

1

作者 徐世昊 王伟 +2 位作者 张峪浩 浦甲伦 关英姿 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1555-1563,共9页

针对姿态角受约束的重复使用运载器(RLV)再入段姿态跟踪控制问题,提出了一种基于障碍变换的预设时间控制方法。首先建立了面向控制系统设计的RLV动力学模型,设计障碍函数对动力学模型中受约束的状态量进行变换,得到等价无约束变量及控... 针对姿态角受约束的重复使用运载器(RLV)再入段姿态跟踪控制问题,提出了一种基于障碍变换的预设时间控制方法。首先建立了面向控制系统设计的RLV动力学模型,设计障碍函数对动力学模型中受约束的状态量进行变换,得到等价无约束变量及控制模型;然后针对变换后控制模型,基于反步法思想设计了预设时间控制律,采用指令滤波器避免微分膨胀问题,并引入RBF网络对再入过程中RLV所受不确定扰动进行了补偿。Lyapunov方法证明了姿态跟踪误差可在预设时间内收敛至原点附近邻域,且姿态角满足时变约束。数值仿真验证了所提方法可保证姿态角满足约束,实现姿态跟踪误差预设时间收敛,且具有更佳的跟踪控制性能。 展开更多

关键词 重复使用运载器(RLV) 姿态跟踪控制 姿态约束 障碍变换 预设时间控制

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任意初始状态机械臂的保性能预设时间跟踪控制

2

作者 殷春武 吴岐 +1 位作者 杨思逸 周承德 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第3期103-108,113,共7页

为解决预设性能控制中性能约束函数的参数设置受系统状态初值影响的问题,为任意初值下的机械臂系统设计了一种收敛时间和瞬态性能可预设的反演控制算法。通过引入预设时间收敛误差转换函数,将任意初值下的轨迹跟踪误差转换成初值在原点... 为解决预设性能控制中性能约束函数的参数设置受系统状态初值影响的问题,为任意初值下的机械臂系统设计了一种收敛时间和瞬态性能可预设的反演控制算法。通过引入预设时间收敛误差转换函数,将任意初值下的轨迹跟踪误差转换成初值在原点、且可在预设时间内收敛到实际跟踪误差的新变量,给出收敛时间可任意设置的预设时间收敛Lyapunov稳定判据,采用扩张状态观测器估计系统不确定部分,基于新变量设计反演控制算法,使机械臂轨迹跟踪误差满足有限时间性能约束函数的预设瞬态性能和稳态精度,理论证明了闭环系统的预设时间稳定。仿真结果表明,所设计的控制器能使任意初始位置的机械臂轨迹跟踪误差在预设时间内按照给定性能约束收敛,且具有较强的鲁棒性。 展开更多

关键词 机械臂 轨迹跟踪控制 预设性能控制 预设时间控制 扩展状态观测器

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跨介质飞行器预设时间姿态-深度串级控制

3

作者 王帅 荣思远 +2 位作者 白瑜亮 王小刚 崔乃刚 《宇航学报》 北大核心 2025年第5期991-1003,共13页

为解决跨介质飞行器高速入水过程中的姿态-深度一体化耦合控制难题,设计了一种基于串级结构的预设时间收敛终端滑模控制方法,使跨介质飞行器姿态-深度控制误差收敛时间上界与入水初始状态无关且可预设调节。首先,根据考虑入水过程空泡... 为解决跨介质飞行器高速入水过程中的姿态-深度一体化耦合控制难题,设计了一种基于串级结构的预设时间收敛终端滑模控制方法,使跨介质飞行器姿态-深度控制误差收敛时间上界与入水初始状态无关且可预设调节。首先,根据考虑入水过程空泡特性的跨介质飞行器六自由度(6-DOF)动力学模型推导得到误差控制模型。其次,基于该误差控制模型设计一种双环串级控制结构,外环设计俯仰角指令作为虚拟控制量,实现深度误差预设时间稳定收敛,虚拟控制量输入到内环作为期望指令;内环设计了一种新型预设时间收敛滑模面,可基于时间参数调节姿态误差预设时间收敛,实现姿态高精度跟踪。然后,通过Lyapunov理论分别证明了内、外环的预设时间收敛特性,确保跨介质飞行器姿态-深度一体化耦合控制系统预设时间收敛。最后,通过数值仿真验证了所提出控制方法的有效性和正确性,对比分析了该方法的快速性及鲁棒性。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 预设时间控制 串级控制 滑模控制

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挖掘机器人预设时间实用自适应跟踪控制

4

作者 周家峰 华长春 +1 位作者 张波 储海军 《控制工程》 北大核心 2025年第8期1465-1471,共7页

针对挖掘机器人动力学系统,提出了一种预设时间实用自适应跟踪控制算法。首先,提出的时变约束函数和复合映射函数使得挖掘机器人关节角度的跟踪误差可以在预设时间内达到设定精度,并且消除了关节角度对初始误差要求的限制,提高了算法在... 针对挖掘机器人动力学系统,提出了一种预设时间实用自适应跟踪控制算法。首先,提出的时变约束函数和复合映射函数使得挖掘机器人关节角度的跟踪误差可以在预设时间内达到设定精度,并且消除了关节角度对初始误差要求的限制,提高了算法在实际工程中的适用性与灵活性。其次,通过自适应方法解决了铲斗尖端在工作时受到外部干扰的问题。最后,通过李雅普诺夫方法证明了挖掘机器人系统的稳定性,并且通过仿真验证了所提控制方法的有效性。 展开更多

关键词 预设时间控制 挖掘机器人 轨迹跟踪 自适应控制

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任意预设时间下事件触发二阶系统编队控制

5

作者 程雯 过榴晓 +1 位作者 张建成 胡满峰 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第2期426-432,共7页

本文研究任意预设时间下事件触发的多智能体网络系统的编队控制问题.针对二阶多智能体系统,设计分布式的事件触发控制协议,使得系统在物理允许范围的任意预设时间内迅速实现编队期望,设定的控制时间独立于系统初始状态和参数.同时,构造... 本文研究任意预设时间下事件触发的多智能体网络系统的编队控制问题.针对二阶多智能体系统,设计分布式的事件触发控制协议,使得系统在物理允许范围的任意预设时间内迅速实现编队期望,设定的控制时间独立于系统初始状态和参数.同时,构造事件触发条件函数和协议机制,使用智能体及其邻居的采样状态,可节约通信和计算资源.基于李雅普诺夫稳定性和代数图论等理论,讨论获得任意预设时间内二阶系统实现编队期望的控制协议参数的取值范围,证明在预设时间跨度内的事件触发时刻可避免Zeno行为.最后,数值仿真验证设计协议的可行性和有效性. 展开更多

关键词 任意预设时间控制 事件触发 编队控制 二阶多智能体系统

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基于事件触发的多智能体系统预设时间编队控制

6

作者 侯天乐 毕文豪 +2 位作者 黄湛钧 李铭浩 张安 《兵工学报》 北大核心 2025年第4期52-69,共18页

为解决编队控制存在的收敛速度慢、控制器连续更新问题,针对2阶多智能体系统,提出一种基于事件触发机制的预设时间编队控制方法。基于预设时间的加速度观测器,跟随者于预设时间内估计到领航者的加速度状态。设计基于事件触发机制的预设... 为解决编队控制存在的收敛速度慢、控制器连续更新问题,针对2阶多智能体系统,提出一种基于事件触发机制的预设时间编队控制方法。基于预设时间的加速度观测器,跟随者于预设时间内估计到领航者的加速度状态。设计基于事件触发机制的预设时间编队控制器使跟随者于预设时间内跟踪上领航者,避免了控制器的连续更新。基于严格的理论分析证明,多智能体系统可实现预设时间编队控制,且避免芝诺现象。数值仿真结果表明,新提出的基于事件触发的预设时间编队控制方法可使多智能体系统于指定时间内形成期望构型,同时降低控制器更新频率从而降低系统能耗。基于四旋翼无人机编队飞行试验结果,进一步验证了新提出的控制方法的可用性和拓展性。 展开更多

关键词 多智能体系统 编队控制 预设时间控制 事件触发机制 四旋翼无人机

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具有状态受限的机器人自适应模糊预设时间控制

7

作者 张洁 孟祥祥 蒋婉玥 《组合机床与自动化加工技术》 2025年第8期121-125,共5页

考虑实际控制应用中需要机器人在极短时间内实现预设控制精度,以及机器人系统中存在的全状态约束和未知动力学问题,提出了基于积分障碍李雅普诺夫函数的自适应模糊预设时间跟踪控制策略。首先,构造一种新的时变约束函数修正原有的跟踪误... 考虑实际控制应用中需要机器人在极短时间内实现预设控制精度,以及机器人系统中存在的全状态约束和未知动力学问题,提出了基于积分障碍李雅普诺夫函数的自适应模糊预设时间跟踪控制策略。首先,构造一种新的时变约束函数修正原有的跟踪误差,放宽系统初始值的限制;其次,构造积分障碍李雅普诺夫函数直接对系统状态约束,避免了约束补偿条件的保守性,确保系统的所有状态不违反约束。此外,采用自适应模糊控制方法处理机器人系统中的未知动力学问题。通过仿真实验对比表明了所提控制策略的优越性。 展开更多

关键词 全状态约束 积分障碍李雅普诺夫函数 预设时间控制 自适应模糊控制 未知动力学

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基于积分滑模的二阶系统任意预设时间编队控制

8

作者 程雯 过榴晓 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期163-172,共10页

在通信过程中,智能体受各种未知干扰信号的影响,导致系统性能降低。针对二阶非线性多智能体系统,研究了在有向通信拓扑结构下实现任意预设时间编队期望的问题。首先,结合预设时间机制与积分滑模控制策略,设计一种新的编队控制协议,该控... 在通信过程中,智能体受各种未知干扰信号的影响,导致系统性能降低。针对二阶非线性多智能体系统,研究了在有向通信拓扑结构下实现任意预设时间编队期望的问题。首先,结合预设时间机制与积分滑模控制策略,设计一种新的编队控制协议,该控制协议能够确保二阶多智能体系统在任意预设时间内实现到达段和滑动段2个阶段的收敛,引入的积分滑模控制项有效降低了系统的稳态误差,并提高其在预设时间控制下的鲁棒稳定性;其次,利用李雅普诺夫方法与代数图论知识,分析得出二阶系统在该控制方法下达到预设时间编队期望的充分条件,并证明了包含预设时变函数控制协议的有界性。仿真实验结果验证所设计控制方法的有效性与可行性,即给定任意初值,带干扰项的二阶系统均可在任意预设时间内快速准确地达到稳定状态。 展开更多

关键词 滑模控制 任意预设时间控制 编队控制 二阶非线性系统 多智能体

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基于非线性滤波器和动态面的指定时间预设性能导弹冷发射响应控制

9

作者 于小川 杨晓伟 +2 位作者 梁相龙 朱威霖 姚建勇 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4155-4174,共20页

围绕车载导弹发射平台无依托垂直发射过程,提出一种通过液压执行器主动调节发射筒摆振进而控制弹体出筒姿态的思路,以保证发射安全性和车载导弹发射平台对发射场坪的适应性。考虑发射筒-适配器-弹筒之间的相互作用关系,建立6自由度发射... 围绕车载导弹发射平台无依托垂直发射过程,提出一种通过液压执行器主动调节发射筒摆振进而控制弹体出筒姿态的思路,以保证发射安全性和车载导弹发射平台对发射场坪的适应性。考虑发射筒-适配器-弹筒之间的相互作用关系,建立6自由度发射系统动力学模型,并结合液压压力动态方程推导出7阶状态空间方程。为避免高阶非线性系统控制器反步设计存在的“微分爆炸”问题,引入一种基于光滑的非线性滤波器的动态面技术以简化控制器设计。为抑制难以建模因素对发射响应控制的影响,引入时延估计控制方法进行未建模误差和外部扰动的估计和衰减。结合指定时间预设性能控制方法,实现弹体跟踪快速收敛,并满足摆振幅度和角速度的预设指标。通过数学模型和有限元模型的仿真结果比较,验证了新提出的发射动力学模型的正确性。同时,对PID控制器、动态面控制器、动态面和时延估计结合的控制器以及在此基础上加入指定时间预设性能的控制器影响下的发射动态响应结果进行比较。新提出的控制器能够保证弹体出筒时刻弹体角度被约束在0.5°之内,角速度被约束在1.5°/s之内,其控制性能更优越。 展开更多

关键词 导弹 发射平台 无依托垂直发射 指定时间预设性能控制 时延估计 动态面控制

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欠驱动条件下自主水下航行器轨迹跟踪动态性能预设控制

10

作者 李晓斌 徐东 杨雪 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期3185-3197,共13页

为满足欠驱动自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)在复杂扰动和参数不确定条件下高性能轨迹跟踪需求,提出预设动态性能及收敛时间的三维轨迹跟踪控制方法。首先,对欠驱动AUV的前向位置道进行扩维,构建面向控制的一体化... 为满足欠驱动自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)在复杂扰动和参数不确定条件下高性能轨迹跟踪需求,提出预设动态性能及收敛时间的三维轨迹跟踪控制方法。首先,对欠驱动AUV的前向位置道进行扩维,构建面向控制的一体化多输入多输出轨迹跟踪模型。然后,结合动态过程函数与预设时间控制理论,建立动态性能预设轨迹跟踪控制系统,使得AUV轨迹跟踪暂态品质可由动态过程函数直接决定,而跟踪误差的实际收敛时间也可由单个控制参数准确预设。最后,为避免控制奇异现象和“微分爆炸”现象,控制系统设计过程中分别融入绝对值修正法和径向基函数网络(radial basis function neural network,RBFNN)拟合法。数值仿真结果表明,所提出的控制方法可显著提升欠驱动AUV的抗扰性和暂态品质,实现快速平滑的高性能三维轨迹跟踪。 展开更多

关键词 自主式水下航行器 动态过程函数 预设时间控制理论 动态性能预设轨迹跟踪控制 径向基函数网络

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刚体航天器预设时间预设精度姿态跟踪控制

11

作者 王云腾 肖岩 +1 位作者 叶东 孙兆伟 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期18-24,共7页

为研究刚体航天器在上界已知的外部扰动力矩作用下的姿态跟踪控制问题,提出了一种可以指定跟踪精度的预设时间姿态跟踪控制策略。首先,设计了一种预设时间扰动观测器,此观测器可以在指定的时间以内实现对有界外部扰动的高精度在线估计,... 为研究刚体航天器在上界已知的外部扰动力矩作用下的姿态跟踪控制问题,提出了一种可以指定跟踪精度的预设时间姿态跟踪控制策略。首先,设计了一种预设时间扰动观测器,此观测器可以在指定的时间以内实现对有界外部扰动的高精度在线估计,利用其估计值可以对外部扰动力矩进行补偿。然后,在此扰动观测器的基础上,运用终端滑模控制方法,设计了一个(准)终端滑模面并构造了一个连续非奇异终端滑模姿态跟踪控制器。Lyapunov理论分析表明,本研究所提观测器、滑模面和控制器的收敛时间上界以及收敛完成以后姿态跟踪的误差上界均显式存在于观测器、滑模面和控制器的有关参数中,因而可以在控制器设计过程中很方便地对其进行调节,且不受初始条件的制约。最后,通过数值仿真验证了所提控制策略的性能。仿真结果表明,无论是收敛速度还是跟踪精度,预设值都是一个比较宽松的上界,实际性能有可能远远优于预设值,并且此算法对系统的建模不确定性也有比较好的鲁棒性。 展开更多

关键词 刚体航天器 姿态跟踪控制 预设时间控制 扰动观测器 终端滑模

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重型运载火箭预设时间自适应控制 被引量：1

12

作者 姜雨石 陈旸 +2 位作者 高路 蔡李根 吕吉星 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期2570-2577,共8页

针对存在模型不确定性及未知外部干扰的重型运载火箭姿态控制问题,提出一种新型预设时间自适应控制方法,使得姿态控制误差收敛时间与系统初始状态无关且可预先设定。首先设计一种新型预设时间滑模面,采用滑模面切换的方法避免系统出现奇... 针对存在模型不确定性及未知外部干扰的重型运载火箭姿态控制问题,提出一种新型预设时间自适应控制方法,使得姿态控制误差收敛时间与系统初始状态无关且可预先设定。首先设计一种新型预设时间滑模面,采用滑模面切换的方法避免系统出现奇异;然后设计预设时间滑模控制器,采用神经网络估计系统集总扰动并在控制器中进行补偿,设计自适应律自适应调整神经网络权重系数,基于Lyapunov稳定性定理证明了所设计控制器的预设时间稳定性;最后通过数值仿真验证了所提方法的可行性及有效性。 展开更多

关键词 重型运载火箭 预设时间滑模面 预设时间滑模控制 神经网络 自适应律

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具有扩展结构的多倒立摆分散关联预设有限时间跟踪控制

13

作者 周丽文 李小华 杨伊 《安徽大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第3期56-69,共14页

针对一类随机激励下弹簧连接的双倒立摆系统,研究其结构扩展时的分散关联预设有限时间跟踪控制问题.建立随机激励下具有扩展结构的弹簧连接的多倒立摆系统的数学模型,设计具有扩展结构的弹簧连接的多倒立摆系统的分散关联预设有限时间... 针对一类随机激励下弹簧连接的双倒立摆系统,研究其结构扩展时的分散关联预设有限时间跟踪控制问题.建立随机激励下具有扩展结构的弹簧连接的多倒立摆系统的数学模型,设计具有扩展结构的弹簧连接的多倒立摆系统的分散关联预设有限时间跟踪控制器.仿真分析结果表明该文设计的控制器具有有效性. 展开更多

关键词 多倒立摆系统 扩展结构 随机激励 预设有限时间控制 关联稳定

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四翼飞行器轨迹快速跟踪预设性能反演控制

14

作者 潘世华 江道根 +1 位作者 朱蓉 尹湘源 《控制工程》 CSCD 北大核心 2021年第11期2199-2208,共10页

针对四翼飞行器飞行中的综合干扰和轨迹跟踪的预定性能问题,在基于飞控系统双闭环结构的基础上设计出新型预设性能反演控制算法,实现了高精度轨迹快速跟踪控制目标。首先,将飞控系统动力学模型进行解耦,构造出位置环和姿态环的双闭环控... 针对四翼飞行器飞行中的综合干扰和轨迹跟踪的预定性能问题,在基于飞控系统双闭环结构的基础上设计出新型预设性能反演控制算法,实现了高精度轨迹快速跟踪控制目标。首先,将飞控系统动力学模型进行解耦,构造出位置环和姿态环的双闭环控制结构;再依据有限时间性能函数对飞控系统变量误差进行坐标变换,转换成具有稳态和动态性能要求的系统变量;然后,运用反演控制算法结合非线性指数观测器估计综合干扰,以此求出总控制律。最后,通过仿真实验验证了控制算法的有效性和实用性。 展开更多

关键词 四旋翼飞行器 有限时间预设性能控制 快速轨迹跟踪 反演控制

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考虑输出约束的冗余驱动绳索并联机器人预设性能控制 被引量：8

15

作者 陈正升 程玉虎 王雪松 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期1704-1717,共14页

提出一种考虑输出约束的冗余驱动绳索并联机器人(Redundantly-actuated cable driving parallel robots,RCDPRs)预设性能有限时间控制算法.首先,采用Newton-Euler方程推导系统动力学模型,并建立绳索拉力优化模型保证系统正常工作;其次,... 提出一种考虑输出约束的冗余驱动绳索并联机器人(Redundantly-actuated cable driving parallel robots,RCDPRs)预设性能有限时间控制算法.首先,采用Newton-Euler方程推导系统动力学模型,并建立绳索拉力优化模型保证系统正常工作;其次,将输出约束问题转化为位置跟踪误差的坐标变换问题,设计给定时间衰减函数与非对称变换函数,将约束形式的跟踪误差转化为无约束变量,实现给定时间的输出约束;然后,针对滑模控制的抖振问题,在预设性能控制中采用模型不确定与扰动估计器进行扰动估计,并通过自适应方法对扰动估计误差进行补偿;以此为基础,提出一种基于精度驱动且在分段点处三阶连续的终端滑模面进行控制算法设计;最后,采用Lyapunov函数证明算法的有限时间收敛特性,并以7自由度冗余驱动绳索并联机器人为控制对象进行仿真研究,对算法进行验证. 展开更多

关键词 滑模控制 有限时间收敛 输出约束 给定时间预设性能控制 冗余驱动绳索并联机器人

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基于非线性干扰观测器和类故障模型的车辆队列预设时间容错滑模控制

16

作者 李擎 孙鹏 郭祥贵 《控制理论与应用》 2025年第8期1659-1668,共10页

针对车辆队列控制中存在的执行器死区、信号量化、非线性模型不确定性、未知外部干扰和执行器故障方向时变未知等问题,本文提出了一种基于类故障模型和非线性干扰观测器(NDO)的预设时间容错滑模控制(SMC)策略.将量化和死区模型转化为类... 针对车辆队列控制中存在的执行器死区、信号量化、非线性模型不确定性、未知外部干扰和执行器故障方向时变未知等问题,本文提出了一种基于类故障模型和非线性干扰观测器(NDO)的预设时间容错滑模控制(SMC)策略.将量化和死区模型转化为类故障模型,简化了控制器的设计.采用Nussbaum型函数解决了执行器故障方向未知问题.通过引入非线性干扰观测器准确地估计包括非线性不确定性和外部扰动等构成的集总干扰.此外,结合滑模控制和预设时间函数方法,实现了在预设时间内将队列跟踪误差限制在预定区域,同时避免碰撞并保持通信.最后,通过数值仿真,验证了所提控制方案的有效性和优越性. 展开更多

关键词 类故障模型 非线性干扰观测器 预设时间控制 滑模控制 未知故障方向 车辆队列

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