基于高阶固定时间观测器的高超变体飞行器预设性能控制

1

作者 李毅恒 夏群利 王明凯 《系统工程与电子技术》 北大核心 2025年第5期1627-1637,共11页

针对高超声速变体飞行器模型不确定性、外部时变扰动、控制输入饱和、系统状态约束等问题,设计一种基于高阶固定时间扰动观测器的预设性能控制方法。首先,建立高超声速变体飞行器动力学模型,考虑控制量饱和问题设计抗饱和辅助函数。其次... 针对高超声速变体飞行器模型不确定性、外部时变扰动、控制输入饱和、系统状态约束等问题,设计一种基于高阶固定时间扰动观测器的预设性能控制方法。首先,建立高超声速变体飞行器动力学模型,考虑控制量饱和问题设计抗饱和辅助函数。其次,通过对观测器扰动估计项的微分扩展设计高阶固定时间扰动观测器以提高对综合扰动量的估计精度。考虑系统状态约束设计预设有限时间函数对系统跟踪误差进行约束。基于障碍李雅普诺夫函数和预设有限时间收敛理论,通过反步法设计控制器使得输出状态的跟踪误差在预设时间内收敛到原点邻域。同时,为避免对虚拟控制律连续微分导致“计算爆炸”问题,将内环时变扰动与虚拟控制律的微分视为内环综合扰动,以高阶固定时间扰动观测器的扰动估计输出作为控制律的补偿项。通过李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环控制系统的收敛性与稳定性。最后,通过对比仿真实验证明所提方法具有收敛速度快、跟踪精度高、鲁棒性强等特点。 展开更多

关键词 高超声速变体飞行器 高阶固定时间扰动观测器 预设有限时间函数 预设性能 抗饱和辅助函数

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基于新型扰动观测器的动态面固定时间控制器设计

2

作者 吴中华 郑帅鹏 张建军 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2180-2188,共9页

针对一类具有未知上界的非匹配扰动的非线性严格反馈系统,本文提出一种基于新型扰动观测器的动态面固定时间控制策略.首先,设计新型扰动观测器估计非匹配扰动;其次,通过设计不含分数次幂项的反步固定时间控制器,避免分数次幂项多次求导... 针对一类具有未知上界的非匹配扰动的非线性严格反馈系统,本文提出一种基于新型扰动观测器的动态面固定时间控制策略.首先,设计新型扰动观测器估计非匹配扰动;其次,通过设计不含分数次幂项的反步固定时间控制器,避免分数次幂项多次求导引起奇异问题;结合新型固定时间滤波器,消除反步控制“微分爆炸”现象.李雅普诺夫稳定性分析表明,该方案能够保证系统满足实际固定时间稳定.仿真结果验证了所提控制方案的有效性. 展开更多

关键词 扰动观测器 动态面控制 固定时间稳定 反步控制

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基于固定时间扰动观测器的智能网联车辆协同队列控制

3

作者 李想 孙振超 高振宇 《东北大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2024年第11期1521-1528,共8页

针对含有模型不确定及外部扰动的智能网联自主车辆快速协同队列控制问题,提出了一种基于扰动观测器的固定时间队列控制方案.首先,构建了固定时间扰动观测器,在设定时间内精确估计由模型不确定及外部扰动构成的复合扰动.其次,基于扰动观... 针对含有模型不确定及外部扰动的智能网联自主车辆快速协同队列控制问题,提出了一种基于扰动观测器的固定时间队列控制方案.首先,构建了固定时间扰动观测器,在设定时间内精确估计由模型不确定及外部扰动构成的复合扰动.其次,基于扰动观测器、反步法及固定时间理论,设计了一种固定时间协同队列控制器,使得车辆队列控制系统是固定时间收敛的,保证了车辆间跟踪误差在给定时间内收敛到零,且收敛时间只与控制器参数有关.通过Lyapunov理论,分别证明了单车稳定性及队列稳定性.最后通过5辆车辆组成的队列控制仿真验证了给定方案的有效性. 展开更多

关键词 智能网联车辆 队列控制 扰动观测器 固定时间控制 反步法控制

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考虑非匹配扰动的主动悬架固定时间控制研究

4

作者 陈潇凯 沈诚 +1 位作者 王茁伊 刘向 《汽车工程》 北大核心 2025年第7期1394-1403,共10页

随着新能源汽车技术的发展,依赖车载传感器的智能悬架系统越来越普及。由于传感器存在测量噪声,在包含此类非高斯测量噪声的非匹配扰动下,经典控制算法无法很好地进行全状态观测,进而对控制系统性能造成很大影响。本文针对主动悬架中存... 随着新能源汽车技术的发展,依赖车载传感器的智能悬架系统越来越普及。由于传感器存在测量噪声,在包含此类非高斯测量噪声的非匹配扰动下,经典控制算法无法很好地进行全状态观测,进而对控制系统性能造成很大影响。本文针对主动悬架中存在的传感噪声等非匹配扰动,以及系统非线性和未建模动态等匹配扰动,分别设计了能够对簧载质量系统和非簧载质量系统进行全状态观测的高阶滑模观测器,并进而设计了能够实现主动悬架全局固定时间收敛的闭环控制系统。仿真结果表明:随机路面工况下,相较于LQG以及扩张观测-滑模控制算法,本文提出的新型高阶滑模观测-固定时间滑模控制算法(SMO-FSMC)可以有效提升悬架的平顺性;相较于卡尔曼滤波器和扩张观测器,所提出的高阶滑模观测器对悬架系统的运动状态跟踪更准确,在面对扰动和测量噪声时系统具有更强的鲁棒性。减速带工况下,SMO-FSMC算法可以实现簧载质量垂向加速度的更快速收敛,有效改善了典型离散冲击工况的平顺性。 展开更多

关键词 主动悬架 非匹配扰动 固定时间滑模控制 高阶有限时间滑模观测器

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基于自适应扰动观测器的旋转弹神经网络过载驾驶仪设计

5

作者 王伟 杨婧 +2 位作者 南宇翔 李俊辉 王雨辰 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3841-3855,共15页

旋转弹在飞行过程中受多种干扰的影响,包括跨域飞行气动参数剧烈变化引起的模型不确定性以及飞行过程中受到的外部扰动。为了解决高动态飞行环境中双通道旋转弹的鲁棒控制问题,基于轨迹线性化控制方法,设计伪逆反馈控制器。采用径向基... 旋转弹在飞行过程中受多种干扰的影响,包括跨域飞行气动参数剧烈变化引起的模型不确定性以及飞行过程中受到的外部扰动。为了解决高动态飞行环境中双通道旋转弹的鲁棒控制问题,基于轨迹线性化控制方法,设计伪逆反馈控制器。采用径向基函数神经网络,设计自适应前馈补偿控制器,有效实现对模型不确定性的精确逼近。将神经网络逼近误差和外部扰动处理为总扰动,并基于固定时间稳定理论设计一种自适应扰动观测器,实现对总扰动的精确估计及补偿。通过Lyapunov理论,严格证明了闭环系统的最终一致有界性。通过数值仿真验证了所设计方法的有效性。 展开更多

关键词 旋转弹 双通道控制 径向基函数神经网络 自适应扰动观测器 固定时间稳定理论

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基于扰动观测器的固定时间控制器设计 被引量：2

6

作者 张雯雯 吴中华 卜旭辉 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2022年第12期94-100,共7页

针对具有外界非匹配扰动的严格反馈非线性系统,研究了固定时间控制问题。基于反演策略和Lyapunov稳定性理论,给出使全局固定时间稳定的新型扰动观测器和控制器的设计步骤。为避免传统固定时间反演控制算法因虚拟控制律反复微分导致的奇... 针对具有外界非匹配扰动的严格反馈非线性系统,研究了固定时间控制问题。基于反演策略和Lyapunov稳定性理论,给出使全局固定时间稳定的新型扰动观测器和控制器的设计步骤。为避免传统固定时间反演控制算法因虚拟控制律反复微分导致的奇异问题,设计了一种不含分数次幂项的光滑反演控制器。在设计中将扰动估计值补偿到标称控制器中,实现了外界扰动下控制目标的高精度、固定时间稳定,并保证闭环系统中的信号在固定时间内收敛至稳定界内。最后对比仿真验证了控制算法的有效性。 展开更多

关键词 固定时间控制器 非线性系统 扰动观测器

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基于扰动观测器的AUVs固定时间编队控制 被引量：21

7

作者 高振宇 郭戈 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1094-1102,共9页

考虑含有模型参数不确定及未知海洋扰动的多AUVs协同编队问题,本文提出一种新的控制方法,该方法可保证编队在固定时间内实现.首先,将模型参数不确定及海洋扰动看作复合扰动,设计扰动观测器,实现固定时间内对扰动的精确估计.基于扰动观测... 考虑含有模型参数不确定及未知海洋扰动的多AUVs协同编队问题,本文提出一种新的控制方法,该方法可保证编队在固定时间内实现.首先,将模型参数不确定及海洋扰动看作复合扰动,设计扰动观测器,实现固定时间内对扰动的精确估计.基于扰动观测器,指令滤波技术、固定时间理论及虚拟轨迹概念,设计编队控制律,实现编队目标,并保证闭环系统中的所有信号是全局固定时间稳定的.最后通过两艘AUV的编队仿真验证了所提算法的有效性. 展开更多

关键词 扰动观测器 编队控制 多AUVs 固定时间控制 虚拟轨迹

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基于扰动观测器的AUV固定时间积分滑模控制方法 被引量：8

8

作者 黄浩乾 刘睿童 +2 位作者 王迪 张梦蝶 晋云飞 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期292-300,共9页

针对自主水下航行器(AUV)在参数不确定性和外界干扰下水平轨迹跟踪控制问题,提出一种基于扰动观测器的固定时间积分滑模控制方法。首先将参数不确定性和外界干扰视为复合扰动,设计固定时间扰动观测器对其进行估计。然后在反步法设计框架... 针对自主水下航行器(AUV)在参数不确定性和外界干扰下水平轨迹跟踪控制问题,提出一种基于扰动观测器的固定时间积分滑模控制方法。首先将参数不确定性和外界干扰视为复合扰动,设计固定时间扰动观测器对其进行估计。然后在反步法设计框架下,结合固定时间理论和全局积分滑模控制,设计了固定时间积分滑模控制器。轨迹跟踪仿真结果表明,相比于传统滑模控制器,所设计的扰动观测器和控制器可以使位置和姿态的跟踪误差收敛至零域的速度由5.2 s缩短至约2.5 s,并且在没有观测器的帮助下跟踪误差也能收敛至稳定,具有更快的收敛速度和更高的鲁棒性。 展开更多

关键词 轨迹跟踪 扰动观测器 反步法 积分滑模 固定时间

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带扰动观测器的网侧逆变器高阶终端滑模控制 被引量：13

9

作者 吴忠强 谢建平 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第2期96-101,共6页

针对风电系统中由于故障或不平衡负载等不确定性扰动引起的电网电压波动问题,在分析网侧逆变器数学模型的基础上,设计一种扰动观测器对其进行自适应补偿,抑制扰动给系统带来的不利影响。根据矢量控制原理,设计一种非奇异终端滑模控制器... 针对风电系统中由于故障或不平衡负载等不确定性扰动引起的电网电压波动问题,在分析网侧逆变器数学模型的基础上,设计一种扰动观测器对其进行自适应补偿,抑制扰动给系统带来的不利影响。根据矢量控制原理,设计一种非奇异终端滑模控制器,使网侧逆变器输出的交直轴电流在有限时间内达到给定值,并采用高阶终端滑模消除抖振。仿真结果表明,采用扰动观测器与高阶终端滑模控制相结合的方案,增强了系统抵御不确定干扰的鲁棒性并提高了跟踪精确度,系统具有良好的动态性能。 展开更多

关键词 网侧逆变器 高阶滑模 扰动观测器 鲁棒性 有限时间

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固定时间收敛扰动观测终端滑模制导律设计 被引量：6

10

作者 景亮 张忠阳 +1 位作者 崔乃刚 吴荣 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期1820-1826,共7页

针对机动目标拦截问题,设计了基于固定时间收敛扰动观测器(fixed-time disturbance observer,FxTDO)的终端角度约束非奇异快速终端滑模制导律(nonsingular fast terminal sliding mode guidance law,NFTSMGL)。通过具有固体时间收敛特... 针对机动目标拦截问题,设计了基于固定时间收敛扰动观测器(fixed-time disturbance observer,FxTDO)的终端角度约束非奇异快速终端滑模制导律(nonsingular fast terminal sliding mode guidance law,NFTSMGL)。通过具有固体时间收敛特性的扰动观测器对导弹拦截过程的外部扰动进行快速、精确估计。同时为了抑制抖振影响以及保证制导信号在有限的时间范围内收敛,设计了NFTSMGL,并进行了稳定性分析。仿真结果表明,FxTDO-NFTSMGL可以使制导信号在有限的时间范围内收敛至期望状态,并满足对机动目标拦截的要求,相较于无观测器的NFTSMGL收敛速度更快,且避免了抖振现象。 展开更多

关键词 机动目标拦截 固定时间收敛扰动观测器 非奇异快速终端滑模制导 攻击角度约束

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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

11

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 全状态约束 固定时间一致性 多智能体系统 神经网络 扰动观测器 状态观测器

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基于固定时间观测器的网络化控制系统事件触发控制

12

作者 么新鹏 栗剑 +3 位作者 孟祥龙 解冬东 阚欣 孟强 《上海大学学报(自然科学版)》 2025年第4期746-756,共11页

针对带有不确定性的严格反馈的网络化控制系统,提出一种基于固定时间扰动观测器的动态事件触发通信固定时间反步控制方法.首先,提出一种固定时间稳定的扰动观测器以估计系统中的不确定性;然后,设计一种动态事件触发机制来减少系统的通... 针对带有不确定性的严格反馈的网络化控制系统,提出一种基于固定时间扰动观测器的动态事件触发通信固定时间反步控制方法.首先,提出一种固定时间稳定的扰动观测器以估计系统中的不确定性;然后,设计一种动态事件触发机制来减少系统的通信资源浪费,进而通过补偿不确定性的影响,并考虑事件触发机制对系统的影响,在反步控制框架下设计一种无奇点问题的实际固定时间稳定的控制器;最后,通过数值仿真验证所提出控制方法的有效性. 展开更多

关键词 事件触发通信 网络化控制系统 固定时间稳定性 扰动观测器 反步法

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永磁同步电机新型有效磁链固定时滑模扰动辨识策略 被引量：4

13

作者 刘思源 刘凌 靳东松 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期144-151,共8页

针对外界负载发生扰动时永磁同步电机矢量控制器动态性能不佳的问题,提出了一种永磁同步电机有效磁链固定时滑模负载辨识策略(FTSMLTO)。首先,结合有效磁链定义,分析了电机有效磁链模型,构建降阶有效磁链三阶扩展状态观测器,实现对电机... 针对外界负载发生扰动时永磁同步电机矢量控制器动态性能不佳的问题,提出了一种永磁同步电机有效磁链固定时滑模负载辨识策略(FTSMLTO)。首先,结合有效磁链定义,分析了电机有效磁链模型,构建降阶有效磁链三阶扩展状态观测器,实现对电机参数依赖性的降低;然后结合固定时滑模理论构建了观测器的虚拟控制率和虚拟控制输入,实现电流误差的固定时间收敛,从而提升负载转矩动态变化时的观测精确性和速度;最后将观测到的负载转矩前馈到电流环控制器,从而实现对动态变化的负载转矩的精确观测和补偿,进一步提升控制系统的动态性能。通过数值仿真对提出的扰动辨识策略进行验证,结果发现:相较于传统滑模负载转矩观测器,所提出的固定时滑模负载观测策略观测值稳态误差小、动态性能好;采用FTSMLTO前馈补偿后相较于未补偿时转速正向超调减小约10.7%,负向超调减小约14.9%,正弦负载时超调减小约25.0%。 展开更多

关键词 永磁同步电机 固定时间一致性 滑模负载转矩观测器 状态观测器 扰动前馈补偿

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一类含高阶非匹配扰动项的非仿射非线性系统的跟踪控制 被引量：1

14

作者 杨浩 裴海龙 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期43-51,共9页

有限时间观测器(FTDO)是一种非线性观测器,近年来被广泛用于含高阶扰动项非线性系统的控制器设计。但在以往的研究中,FTDO仅能应用于具有仿射结构的非线性系统且只能保证系统输出跟踪期望固定点。文中针对一类含有高阶非匹配扰动项的非... 有限时间观测器(FTDO)是一种非线性观测器,近年来被广泛用于含高阶扰动项非线性系统的控制器设计。但在以往的研究中,FTDO仅能应用于具有仿射结构的非线性系统且只能保证系统输出跟踪期望固定点。文中针对一类含有高阶非匹配扰动项的非仿射纯反馈非线性系统的跟踪控制问题,提出了基于FTDO的非线性动态逆跟踪控制方法。文中通过近似动态逆方法构建快变子系统,在慢时间尺度下将含有FTDO观测输出的非仿射系统转换为具有仿射结构的线性系统,并追踪时变参考轨迹。该算法不依赖于原系统的时标分离特性,并避免了反步法中的“复杂性爆炸”问题。在Matlab/Simulink环境下的仿真结果表明,文中所设计控制器在被控系统具有非仿射结构时也能准确估计高阶扰动项,且具有良好的跟踪性能。 展开更多

关键词 高阶扰动 非仿射非线性系统 有限时间观测器 非线性动态逆 跟踪控制

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无人机固定时间路径跟踪容错制导控制 被引量：10

15

作者 崔正阳 王勇 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1619-1627,共9页

针对无人机存在外部环境干扰及执行机构故障情况下的固定时间路径跟踪容错制导控制进行研究,提出了固定时间收敛的视线制导控制算法,利用反步法及固定时间收敛的视线制导控制算法确保无人机路径跟踪误差在固定时间内收敛。通过在视线制... 针对无人机存在外部环境干扰及执行机构故障情况下的固定时间路径跟踪容错制导控制进行研究,提出了固定时间收敛的视线制导控制算法,利用反步法及固定时间收敛的视线制导控制算法确保无人机路径跟踪误差在固定时间内收敛。通过在视线制导控制算法中引入指令滤波器及误差补偿器,避免反步法中虚拟控制量微分项的复杂计算。为了抑制制导控制过程中系统状态剧烈变化,引入障碍李雅普诺夫函数对偏航角速度误差进行限制。通过非线性固定时间观测器对不确定性进行估计补偿,消除执行机构故障及外部环境干扰等因素对跟踪性能的影响。仿真结果表明:所提算法具备有效性和鲁棒性,具有良好的路径跟踪容错制导控制性能。 展开更多

关键词 视线制导算法 路径跟踪 固定时间收敛 容错控制 扰动观测器

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水面无人艇领航-跟随固定时间编队控制 被引量：10

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作者 李贺 王宁 薛皓原 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2020年第2期111-118,共8页

[目的]为解决复杂扰动下的领航—跟随水面无人艇(USV)编队控制问题,提出一种固定时间控制(FTC)方法。[方法]针对跟踪控制子系统,设计一种基于积分滑模的固定时间跟踪控制(IMS-FTC)策略;针对编队控制子系统,设计一种基于有限时间扰动观... [目的]为解决复杂扰动下的领航—跟随水面无人艇(USV)编队控制问题,提出一种固定时间控制(FTC)方法。[方法]针对跟踪控制子系统,设计一种基于积分滑模的固定时间跟踪控制(IMS-FTC)策略;针对编队控制子系统,设计一种基于有限时间扰动观测器的固定时间编队控制(FDO-FFC)策略;基于Lyapunov稳定性理论证明所设计的编队控制方法的整体稳定性。[结果]采用经典CyberShip II试验模型进行仿真研究,结果显示所设计的控制方案能够有效提高领航—跟随USV编队系统的精确性和鲁棒性。[结论]研究成果可为无人艇编队控制系统设计提供先进的技术手段。 展开更多

关键词 水面无人艇 舰艇编队 固定时间编队控制 积分滑模控制 有限时间扰动观测器 领航—跟随

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