基于模糊干扰观测器的自适应反演滑模控制研究

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基于滑模干扰观测器的反演终端滑模飞行控制

矩干扰不确定非线性模型,提出了一种基于滑模干扰观测器的滑模反演控制方法.将飞机非线性动力学模型分解为角度回路和角速度回路并表示为严格反馈形式,分别采用反演和快速终端滑模方法设计虚拟控制律与实际控制律.结合滑模微分器获取虚拟控制律的导数, 避免计算复杂性问题,并基于滑模微分器设计干扰观测器,实现对模型不确定性的有效估计和补偿. 仿真结果表明 ,该控制方法对气动参数摄动和力矩干扰不确定性具有鲁棒性 ,能够实现对参考轨迹的稳定跟踪 .
第４０卷第６期
系统工程与电子技术
Vol．４０ No．６
２０１８年６月
SystemsEngineeringandElectronics
June２０１８
��
Abstract:Asliding modebacksteppingcontrollerbasedonthesliding modedisturbanceobserverisproＧ posedformaneuverflightwiththecharacteristicsofnonlinearity,strongcouplings,aerodynamicparametersand momentdisturbances．Thenonlineardynamicmodelisdecomposedastheangularloopandtheangularvelocity loop,andisexpressedasastrictfeedbackform．Thevirtualcontrollawandtheactualcontrollawaredesigned basedonthedesignproceduresofbacksteppingcontrolandfastterminalslidingmodecontrol．Theexplosionof complexityisavoidedbycombiningwiththeslidingmodedifferentiatortoobtainthederivativesofvirtualconＧ trollaws．AdisturbanceobserverbasedontheslidingmodedifferentiatorisintroducedtoestimateandcompenＧ satethemodeluncertainties．Simulationresultsdemonstratetheeffectivenessoftheproposedcontrolschemein trackingreferencecommandinthepresenceofaerodynamicparametersandmomentdisturbances．

基于干扰观测器的弹丸协调器电液伺服系统自适应滑模控制

第41卷第9期2020年9月兵工学报ACTA ARMAMENTARIIVol.41No.9Sep.2020基于干扰观测器的弹丸协调器电液伺服系统自适应滑模控制聂守成，钱林方，陈志群，卫俞凯，尹强(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：针对弹丸协调器电液伺服系统中存在非匹配不确定性和参数不确定性问题，提出一种基于干扰观测器的自适应滑模控制策略。

采用干扰观测器估计系统中的非匹配不确定性，通过Lyapunov稳定性理论证明干扰观测器的稳定性，并将其引入新型积分滑模切换函数的设计中，使控制器能够对非匹配不确定性提供有效补偿，提高控制精度。

为了降低系统参数不确定性的影响，在滑模控制器设计中引入自适应律以保证控制器的动态性能，并对控制器的全局稳定性进行了证明。

实验结果表明：采用的干扰观测器和自适应律能够准确描述系统特性；基于干扰观测器的自适应滑模控制器能够满足期望轨迹的跟踪要求，使设计的控制器在不同工况下均具有较好的动态跟踪特性和稳态精度，并具有较强的鲁棒性。

关键词：弹丸协调器电液伺服系统；干扰观测器；自适应滑模控制；非匹配不确定性；参数不确定性中图分类号：TJ303+.3；TP273+.3文献标志码：A文章编号：1000-1093(2020)09-1745-07DOI：10.3969/j.issn.1000-1093.2020.09.006Adaptive Sliding Mode Control for Electro-hydraulic Servo System of Ammunition Manipulator Based on Disturbance ObserverNIE Shoucheng,QIAN Linfang,CHEN Zhiqun,WEI Yukai,YIN Qiang (School of Mechanical Engineering,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing210094,Jiangsu,China)Abstract:A disturbance observer-based adaptive sliding mode control strategy is proposed for ammunition manipulator electro-hydraulic servo system with unmatched and parameter uncertainties.A disturbance observer is adopted to estimate the unmatched uncertainties in the system，and the stability of disturbance observer is proved by Lyapunov stability theory.In order to effectively compensate the unmatched uncertainties and improve the control accuracy，the disturbance observer is introduced into the design of integral sliding mode switching function.An adaptive law is introduced into the design of sliding mode controller to improve the dynamic performance，which reduces the influence of system parameter uncertainties.Besides,the global stability of the controller is proved.Experimental results show that the disturbance observer and the adaptive law can accurately describe the system characteristics，the disturbance observer-based adaptive sliding mode controller proposed in this research tracks the desired tracking trajectory well.The designed controller has strong robustness and guarantees prescribed dynamic收稿日期：2019-10-30基金项目：江苏省自然科学基金项目(BK20140773)作者简介：聂守成(1992—),男，博士研究生。

基于非线性干扰观测器的风电机组自适应反演滑模控制

基于非线性干扰观测器的风电机组自适应反演滑模控制
茅靖峰;李孔伟;吴博文;赵飞
【期刊名称】《可再生能源》
【年(卷),期】2018(36)10
【摘要】为了提高风力发电系统最大功率跟踪控制的工作性能,根据大范围风速波动运行条件的特性,设计了一种基于非线性干扰观测器的自适应反演滑模控制器.针对风力机单质量动态模型中气动转矩不容易获取的特点,利用非线性干扰观测器进行气动转矩的实时估计.基于最佳转速法,设计了一阶滑模控制器和反演滑模控制器.结合不确定项的自适应控制,进一步抑制滑模控制器的输出抖振、平滑转矩输出.通过与传统PI控制和一阶滑模控制的仿真比较,验证了该文所述控制器的正确有效性.【总页数】7页(P1547-1553)
【作者】茅靖峰;李孔伟;吴博文;赵飞
【作者单位】南通大学电气工程学院,江苏南通 226019;南通大学电气工程学院,江苏南通 226019;南通大学电气工程学院,江苏南通 226019;南通大学电气工程学院,江苏南通 226019
【正文语种】中文
【中图分类】TK83;TP273
【相关文献】
1.基于非线性干扰观测器的高超声速飞行器反演滑模控制 [J], 宋超;赵国荣;盖俊峰
2.改进非线性干扰观测器的机械臂自适应反演滑模控制 [J], 邹思凡;吴国庆;茅靖峰;
朱维南;王玉荣;王健
3.基于非线性干扰观测器的PMSM自适应反演滑模控制 [J], 娄佩宾; 黄茹楠
4.基于HOSMO的风电机组自适应超扭曲滑模控制 [J], 王昊;郝万君;郝诗源;曹松青;孙志辉
5.基于精确反馈线性化的Boost变换器自适应反演滑模控制 [J], 张衡;谷志锋;尹志勇;刘正春;冯高辉;杨海涛;张燕芬
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基于干扰观测器的小卫星自适应积分滑模姿态控制

基于干扰观测器的小卫星自适应积分滑模姿态控制杨新岩;廖育荣;倪淑燕【摘要】This brief designs an adaptive integral sliding mode controller to reduce the influence of flywheel friction torque and external disturbance torque were presented. Firstly, the disturbance observer is designed to offset the friction torque of the flywheel, and the conditions for the stability of disturbance observer are given. The adaptive law of the switching gain is designed to weaken the chattering problem that sliding mode controller have. Then the adaptive integral sliding mode controller is designed based on the disturbance observer and the adaptive law.The stability of the controller is proved. The simulation results show that the small satellite can achieve 0. 001 degree of attitude control precision with little chattering under the action of the controller, which proves the superiority of the controller.%针对飞轮摩擦力矩和外界干扰力矩对小卫星姿态控制精度的影响,设计了一种自适应积分滑模控制器.首先通过设计干扰观测器来补偿飞轮摩擦力矩;并给出了干扰观测器能稳定工作的条件.针对滑模控制器存在的抖振问题,通过对切换增益设计自适应律来减弱抖振;然后基于干扰观测器和自适应律设计了自适应积分滑模控制器;理论证明了该控制器的稳定性.最后通过对小卫星姿态控制进行数字仿真,在控制器作用下,小卫星实现了0. 001°的控制精度;同时具有较小的抖振幅度,证明了所设计控制器的优越性.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2019(019)003【总页数】6页(P255-260)【关键词】小卫星;飞轮摩擦力矩;干扰观测器;自适应;滑模控制【作者】杨新岩;廖育荣;倪淑燕【作者单位】航天工程大学研究生院,北京 101416;航天工程大学职业教育中心,北京 101416;航天工程大学电子与光学工程系,北京 101416【正文语种】中文【中图分类】V525.1近年来，随着微机电技术和空间技术的发展成熟，小卫星受到了越来越多人的关注。

毕业设计(论文)-自适应反演滑模控制[管理资料]

摘要滑模变结构控制出现在20世纪中后期，由于变结构系统的滑动模态运动对系统的参数摄动、外界的扰动、不确定模态和模型不确定性具有自适应性，也就是完全鲁棒性，使得滑模控制引起了人们的极大关注。

反演（backstepping）是将复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的子系统，然后为每个子系统分别设计李雅普诺夫函数和中间虚拟控制量，一直后退到整个系统，直到完成整个控制律的设计。

本课题与李雅普诺夫型自适应律结合，综合考虑控制律和自适应律，使整个闭环系统满足期望的动静态性能指标。

在本论文中，将滑模变结构控制和基于backstepping设计方法的自适应控制有机结合，实现了以下技术指标：研究了Backstepping的基本思想和设计方法，并通过仿真实例进行验证。

设计出Backstepping滑模控制器。

设计出自适应Backstepping滑模控制器,使整个闭环系统满足期望的动静态性能指标。

通过MATLAB平台，对实例进行了仿真。

仿真结果表明：研究自适应反演滑模控制策略，为一大类不确定非线性系统提供了一种更有效的控制策略。

关键词：滑模变结构，反演控制器，自适应，李雅普诺夫函数Adaptive Backstepping Sliding Mode ControlABSTRACTThe sliding mode variable structure control was brought in the mid-and late 20th century. It is attention-getting because the sliding mode movement of variable structure system holds the adaptability, an ideal robustness, for the change of system parameters, outside disturbance, uncertain mode and model uncertainty of the system.Backstepping algorithm is designed to decompose a complicated nonlinear system to several subsystems with lower orders, and then a Lyapunov function and an interim virtual control variable are respectively designed for each subsystem. The steps of recursive algorithm will continue until the whole control law is worked out. In order to make the whole closed-loop system meet the anticipant stable and dynamic performance indexes, the subject is combined to Lyapunov’s adaptive law, and the control law and adaptive law are also taken into consideration.In this paper, the sliding mode variable structure control is properly combined to adaptive control based on backstepping design and the technical goals are realized as following.The basic ideal and designing method of backstepping are studied and proved through the simulation of practical examples.Backstepping sliding mode controller is developed.Adaptive backstepping sliding mode controller is designed to make the whole closed-loop system meet the anticipant stable and dynamic performance indexes.The simulation of practical examples is carried out on the platform of MATLAB. The simulation results show that the adaptive backstepping slidingmode provides a more efficient control strategy for a large class of uncertain nonlinear systems.Key words:sliding mode variable structure，backstepping controller，adaptive，Lyapunov function自适应反演滑模控制0 引言进入20世纪80年代以来，随着计算机、大功率电子切换器件、机器人及电机等技术的迅速发展，变结构控制理论和应用研究开始进入了一个新阶段。

基于快速模糊干扰观测器的UASV再入Terminal滑模控制

第２期黄国勇等：基于快速模糊干扰观测器的ＵＡＳＶ再入Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模控制２９７图２ＦＤＯ及ＦＦＤＯ对干扰ｄ的逼近曲线Ｆｉｇ．２ＡｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆＦＤＯａｎｄＦＦＤＯ童繇巷售冀雹苣Ｉ．．－・而１．Ｌ兰ｌ●●●时间∞图３倒立摆系统的状态响应曲线（ＦＤＯ和ＦＦＤＯ）Ｆｉｇ．３ＳｔａｔｅｓｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｓｉｎｇＦＤＯａｎｄＦＦＤＯ４结论首先针对传统ＦＤＯ在逼近误差小时学习慢的缺点，提出了一种ＦＦＤＯ。

然后对ＵＡＳＶ再入过程姿态控制系统设计了基于ＦＦＤＯ的Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模控制方案，严格证明了系统跟踪误差和观测误差均渐进稳定到平衡零点。

最后仿真结果表明了设计方案的有效性。

参考文献：［１］ＹｕｒｉＢ，ＳｈｔｅｓｓｅｌＪ，ＭｃＤｕｆｆｉｅ．ＳｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅＸ．３３ｖｅｈｉ．ｃｌｅｉｎｌａｕｎｃｈａｎｄｒｅ—ｅｎｔｒｙｍｏｄｅ［Ｊ］．ＡＩＡＡ，１９９８：１３５２—１３６２［２］［３］［４］［５］［６］［７］图４基于ＦＦＤＯ的Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模控制的跟踪曲线Ｆｉｇ．４ＴｒａｃｋｉｎｇＣｔＬｒＶｅＳｏｆＴＳＭＣｗｉｔｈＦＦＤＯＳＦ，ＷＵ，ｅｔａ１．ＦｕｚｚｙｌｏｇｉｃｂａｓｅｄａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｃｒａｆｔＸ－３８ａｌｏｎｇａｎｏｍｉｎａｌｒｅ－ｅｎｔｒｙｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ［Ｊ］．ＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｒａｃ－ｔｉｃｅ，２００１，（９）：６９９—７０７ＪｕｌｉａｎａＳ．ｅｔａ１．Ｆｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｒｅ－ｅｎｔｒｙｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃｉｎｖｅｒｓｉｏｎ［Ｃ］／／ＡＩＡＡＧｕｉｄａｎｃｅ，Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，ａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔ，ＲｈｏｄｅＩｓｌａｎｄ：ＡＩＡＡ，１６—１９Ａｕｇｕｓｔ２００４ＫｉｍＥ．Ａｆｕｚｚｙｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｂｓｅｒｖｅｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＯｎＦｕｚｚｙＳｙｓｔｅｍｓ．２００２，１０（１）：７７—８４ＳｈｕａｎｇｈｅＹｕ，ＸｉｎｇｈｕｏＹｕ，ＺｈｉｈｏｎｇＭａｎ．Ａｆｕｚｚｙｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ印－ｐｒｏｘｉｍａｔｏｒｗｉｔｈｆａｓｔｔｅｒｍｉｎａｌｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＦｕｚｚｙＳｅｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓ，２００４，１４８：４６９—４８６ＷｕＹＱ，ＭａｎＺＨ．Ｔｅｒｍｉｎａｌｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌｄｅｓｉｇｎｆｏｒｕｎｃｅｒｔａｉｎｄｙｎａｍｉｃｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＬｅｔｔｅｒｓ，１９９８，３４（５）：２８１—２８７ＫｅｓｈｍｉｒｉＳ，ＭｉｒｍｉｒａｎｉＭＤａｎｄＣｏｌｇｒｅｎＲＤ．Ｓｉｘ—ＤＯＦｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｇｅｎｅｒｉｃｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃｖｅｈｉｃｌｅｆｏｒｃｏｎｃｅｐｔｕａｌｄｅｓｉｇｎｓｔｕｄｉｅｓ［Ａ］．ＡＩＡＡ，２００４（４８０５）作者简介：黄国勇（１９７７一），男，博士研究生，控制理论与控制工程专业，主要研究方向为非线性智能控制。

基于扰动观测器的PMSM系统自适应反步滑模控制

基于扰动观测器的PMSM系统自适应反步滑模控制
黄刚;万雨龙
【期刊名称】《组合机床与自动化加工技术》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】针对负载转矩波动和系统参数变化的永磁同步电机(PMSM)系统的控制问题,提出了一种带有非线性扰动观测器的自适应反步滑模位置跟踪控制方法。

首先,设计了自适应反步滑模控制器,以确保电机位置快速收敛到期望值,并设计了自适应收敛增益,以减小电机位置响应下的大的过冲;其次,设计非线性扰动观测器估计未知扰动,并为自适应反步滑模控制提供前馈补偿,以提高系统的鲁棒性,并减少稳态位置误差。

仿真结果表明,该方法可以有效减少过冲,很好地实现了PMSM系统的快速位置跟踪控制,具有良好的抗扰动性能。

【总页数】5页(P136-140)
【作者】黄刚;万雨龙
【作者单位】湖南工业大学轨道交通学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH165;TG66
【相关文献】
1.基于转矩观测器PMSM反步滑模变结构速度控制
2.PMSM位置伺服系统的自适应反步滑模控制
3.PMSM伺服系统的自适应反步滑模控制器设计
4.PMSM四象限驱动系统的自适应滑模和反步控制
5.改进扰动观测器的IM自适应滑模反步控制
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基于干扰误差补偿的自动化电机自适应滑模反演控制

基于干扰误差补偿的自动化电机自适应滑模反演控制Adaptive sliding mode inversion control of automatic motorbased on interference error compensation郭海全，刘烨，周秋坤GUO Hai-quan, LIU Ye, ZHOU Qiu-kun（上海工程技术大学电子电气工程学院，上海 201600）摘要：针对自动化电机受电磁干扰误差较大，导致电机控制效果较差、难以反映真实运行状态的问题，提出基于干扰误差补偿的自动化电机自适应滑模反演控制方法。

构建电机的转子动力学模型，设计干扰观测器，将干扰预测输出值传输至增益调整模块，构建非线性干扰预测动态方程，将预测的干扰因素转化为相应控制量。

电机的连续控制问题即跟踪控制问题，按照滑模反演控制理论，定义电机的两个子误差，引入滑模切换函数，构建转子动力学惯性逆矩阵获取控制力矩，通过跟踪转子输出轴完成电机自适应滑模反演控制。

实验结果表明，所提方法能够较好地跟踪实际干扰信号变化轨迹，对自动化电机的控制性能较好。

关键词：干扰误差补偿；自动化电机；自适应滑模反演；自动化控制中图分类号：TG54 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2020)08-0130-05收稿日期：2019-06-02基金项目：国家自然科学基金：具有非线性输入环节的自适应递归输出反馈控制系统研究（61703269）作者简介：郭海全（1995 -），男，山西阳泉人，硕士研究生，研究方向为智能控制、非线性系统。

0 引言自动化设备通常是由多台单自由度电机组成的。

采用大量辅助装置，一方面大大增加了电机体重、降低刚度[1]，另一方面，受到外界电磁干扰，电机运行控制系统遭受一定影响，无论是响应速度，还是动态性能都变得较差，严重时该系统直接影响整个电机的稳定性[2]。

目前，对于电机自动化研究主要集中在电机设备配置、磁场分析及检测装置等方面，并在国内取得了一定研究成果[3]。

基于干扰观测器的非线性不确定系统自适应滑模控制

基于干扰观测器的非线性不确定系统自适应滑模控制
于靖;陈谋;姜长生
【期刊名称】《控制理论与应用》
【年(卷),期】2014(031)008
【摘要】本文研究了一类基于非线性干扰观测器的多输入多输出非线性不确定系统的边界层自适应滑模控制方法并应用于近空间飞行器高精度姿态控制.考虑系统存在不确定性和外部干扰上界未知的情况,设计了基于干扰观测器的边界层自适应滑模控制器,以消除传统滑模控制中的“抖振”现象,使跟踪误差趋近于零.同时,利用李雅普洛夫方法严格证明了闭环系统的稳定性.最后将所研究的自适应滑模控制方法,应用于某近空间飞行器的姿态控制中,仿真结果表明在不确定性和外部干扰作用下能保证姿态控制的稳定性,对参数不确定具有较好的鲁棒性.
【总页数】7页(P993-999)
【作者】于靖;陈谋;姜长生
【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.一类非线性不确定系统的高阶积分自适应滑模控制 [J], 杜文正;张金星;谢政;吴鹏
2.基于非线性干扰观测器不确定系统的终端滑模控制 [J], 韩吉霞; 马飞越; 佃松宜; 罗连杰; 胡怡
3.基于干扰观测器的弹丸协调器电液伺服系统自适应滑模控制 [J], 聂守成;钱林方;陈志群;卫俞凯;尹强
4.基于干扰观测器的链式弹仓趋近自适应滑模控制 [J], 韩乃玉;李志刚
5.基于干扰观测器的链式弹仓趋近自适应滑模控制 [J], 韩乃玉;李志刚
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基于模糊滑模控制器的机械臂自适应控制研究

基于模糊滑模控制器的机械臂自适应控制研究
马军
【期刊名称】《兰州职业技术学院学报》
【年(卷),期】2024(40)1
【摘要】为提高机械臂自适应控制精度,研究了基于模糊滑模控制器的机械臂自适应控制方法。

通过设计干扰观测器,可以估计机械臂动力学模型内的外界干扰值;依据外界干扰值,对机械臂进行前馈补偿控制;以前馈补偿控制力矩为基础,设计模糊滑模控制器,完成机械臂自适应控制。

实验结果表明,该方法可有效自适应控制机械臂,令机械臂各关节运行轨迹精准跟踪指定轨迹,且控制后的运行轨迹平滑,无抖动现象,即该方法可提升机械臂自适应控制精度与抗干扰性。

【总页数】4页(P64-66)
【作者】马军
【作者单位】兰州职业技术学院机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP24
【相关文献】
1.基于模糊神经网络滑模控制器的一类非线性系统自适应控制
2.基于全局最优滑模控制器的冗余自由度机械臂运动控制的研究
3.基于模糊滑模反步控制的自动装卸钻杆机械臂轨迹跟踪研究
4.基于模糊神经网络滑模控制器的一类非线性系统自适应控制
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摘要：摩擦等外界干扰，系统不确定性信息及参数变化对飞行仿真转台的运行造成不利影响。针
对该问题，提出基于模糊干扰观测器(Fdo)的自适应反演滑模控制方案(ABSMC)，在对外界干扰和
不确定信息进行补偿的基础上，从稳定性出发，对不确定上界进行自适应估计，并逐步反推出控制
器。通过对某型仿真转台进行仿真，得知该方案与普通滑模控制(SMC)方案相比，具有更高的跟踪
选择可调参数变了的学习率为 ϖˆ = ηςξ (x,u) ，则有
ϖ = −ηςξ (x,u) ，因此
V = −σς 2 + ςε ( x,u)
= − σ ς 2 + 1 ε 2 (x,u) 2 2σ
⎛ − ⎜⎜⎝
σς − 2
1 2σ
ε
(
x,
u
)
⎞2 ⎟⎟⎠
≤ − σ ς 2 + 1 ε 2 (x,u) 2 2σ
LIU Bai-ting1,2, WU Yun-jie1,2, HUANG Yan-fu1,2
(1. School of Automation Science and Electrical Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China; 2. Science and Technology on Aircraft Control Laboratory, Beihang University, Beijing 100191, China)
| ε (x,u) |≤ ε
(8)
误差 ε 可通过增加模糊规则数来减小。将式(7)带入
(6)，干扰观测误差可进一步表示为：
ς = −σς + Ω( x,u |ϖ * ) − Ω( x,u |ϖˆ ) + ε ( x,u)
(9)
若用式(4)计算干扰估计值 Ω(x,u |ϖˆ ) ，并定义参数误差ϖ = ϖ * −ϖˆ ，则有
第 23 卷第 8 期 2011 年 8 月
系统仿真学报© Journal of System Simulation
Vol. 23 No. 8 Aug., 2011
基于模糊干扰观测器的自适应反演滑模控制研究
刘柏廷 1,2，吴云洁 1,2，黄延福 1,2
(1.北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院, 北京 100191；2.北京航空航天大学控制一体化技术国家级科技重点实验室, 北京 100191)
http:∥ • 1678 •
第 23 卷第 8 期 2011 年 8 月
刘柏廷，等：基于模糊干扰观测器的自适应反演滑模控制研究
Vol. 23 No. 8 Aug., 2011
一个子系统精确跟踪，采用具有范数型自适应学习率对系
统的不确定性上界进行估计。
精度，并极大的提高了对外界干扰，系统不确定信息和参数变化的鲁棒性。
关键词：模糊干扰观测器；反演滑模控制；自适应；飞行仿真转台；鲁棒性
中图分类号：TP273
文献标识码：A
文章编号：1004-731X (2011) 08-1677-04
Research of Adaptive Backstepping Sliding Mode Controller Based on Fuzzy Disturbance Observer
尽管滑模控制具有很强的鲁棒性，过大的外界干扰和参数不确定仍会对转台系统造成影响，因此干扰抑制问题也至关重要。基于控制理论的考虑，发现模糊逻辑可以解决多种类型的控制系统的干扰抑制和参数不确定问题。在过去的十几年中，模糊逻辑的应用越来越广泛，并被认为是对非线性系统最有效的控制手段之一[9-11]。考虑模糊逻辑系统可以任意的逼近高阶非线性系统[12]，本文将外界干扰和参数不确定统一作为总的干扰，并采用了一种模糊干扰观测器将其抑制，有效的提高滑模控制器的精度。
⎧x1 = x2
⎨ ⎩ x2
=
−ax2
+
bu
+φ
(11)
本文控制方案结构如图 1 所示：
摩擦
r + e 滑模 Us+ +
转台
y
-
控制器
模型 -
模糊观测器
图 1 控制方案
现设计滑模控制器，采用 Backstepping 方案。控制器目标用来设计一个自适应反演滑模控制系统，使之输出 θ 跟踪指令输入 θd 。为减小系统的稳态误差，在控制器设计过程中引入积分环节。而考虑传统滑模控制存在抖振问题，在反演设计中所获得的不连续虚拟控制输入难以被下
K
2 m
)
，并令
C
=a
，
Km=b，Km源自KmRaAA
ud
=
Ra Km2
Td
，方程(1)可简化为
dω dt
=
−aω
+
b(u
−
ud
)
(2)
令 x1 = θ ， x2 = θ ， x = [x1, x2 ]T ，并考虑系统参数的不确定性，转台的状态空间方程可写为
⎧x1 = x2
⎨ ⎩ x2
=
−ax2
+
bu
变量， ξ (x) =
∏n j =1
µ Aij
(
x
j
)
为模糊基函数。
∑r i =1
(∏
n j =1
µ Aij
(
x
j
))
考虑等式(3)，可建立一模糊干扰估计 Ω(x,u |ϖˆ ) 对其
中的干扰 Td 进行跟踪。对如下动力学方程：
υ = σ (x2 −υ) − ax2 + bu + Ω(x,u |ϖˆ )
Vol. 23 No. 8 Aug., 2011
制方案；第二部分引入模糊干扰观测器的设计；第三部分给出整体控制方案，对转台的滑模控制器进行详述，并给出稳定性证明；第四部分针对某型飞行仿真转台进行仿真实验，进行结果分析；总结将在第五部分给出。
1 转台模型
转台的动力学模型由下述方程给出：
JRa dω + Ra (B + Km2 )ω + Ra Td = ua
ϖ*
= arg min[sup ϖˆ ∈Mϖ x∈M x
| Td
− Ω(x,u |ϖˆ ) |]
为最优逼近参数向量。由上述定义和模糊系统的万能
逼近能力，不确定干扰 Td 可由 Ω(x,u |ϖˆ ) 加上一个误差系数 ε (x,u) 来表示。
Td = Ω(x,u |ϖ *) + ε (x,u)
(7)
Abstract: Friction and other external disturbances, uncertainty model information and parameter variation are negative to the flight simulator system. In order to solve this problem, an Adaptive Backstepping Sliding Mode Controller (ABSMC) based on Fuzzy disturbance observer (Fdo) was proposed. On the basis of the compensation for the external disturbance and uncertainty information, starting from the stability, the controller was obtained gradually by the adaptive estimation to the uncertainty upper bound. With the simulation of one flight simulator, it can be seen that the proposed control scheme can obtain better tracking performance and more robustness against external disturbances, uncertainty model information and parameter variation to the simple Sliding Mode Controller (SMC). Key words: Fuzzy disturbance observer; Backstepping Sliding Mode Controller; adaptive; flight simulator; robustness
(5)
定义 ς = x2 −υ 为干扰观测误差。若 ς → 0 ，则能保证 Ω 跟踪实际存在的未知干扰 Td 。干扰观测误差的动力学方程可进行如下表达：
ς = −σς + Td − Ω(x,u |ϖˆ )
(6)
设当 x 属于紧集 M x ，并假设最优参数向量ϖ * 位于凸空间 Mϖ = {ϖ |||ϖ ||≤ mϖ } ，其中 mϖ 为设计参数，定义
当 | ς |> (ε / σ ) 时， V 为负。因此，当 ϖˆ 有界，可干扰
观测误差一致有界。综上可知，模糊干扰观测器可有效跟
踪不确定干扰 Td 。
3 控制器设计
由上节知，干扰观测误差一致有界，定义 φ = Td − Ω(x,u |ϖˆ ) ，则式(3)可改写为
本文将自适应反演滑模控制与模糊干扰观测器结合，有效提高了转台系统的鲁棒性及跟踪精度。文章结构安排如下：第一部分介绍了转台的动力学模型，并给出整体控
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第 23 卷第 8 期 2011 年 8 月