新型快速Terminal滑模及其在近空间飞行器上的应用

doi:CNKI:11-1929/V.20110330.1325.008

电子与自动控制

本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索

前一篇 | 后一篇

新型快速Terminal滑模及其在近空间飞行器上的应用

蒲明, 吴庆宪, 姜长生, 程路

南京航空航天大学自动化学院,江苏南京 210016

收稿日期:2010-10-12 修回日期:2011-01-04 出版日期:2011-07-25 发布日期:2011-07-23
作者简介:蒲明(1981- ) 男, 博士研究生。主要研究方向: 滑模控制, 飞行器控制。 Tel: 025-84893084 E-mail: msznuaa@163.com 吴庆宪(1955- ) 男, 教授, 博士生导师。主要研究方向: 飞行器控制, 非线性控制。 Tel: 025-84893084 E-mail: wuqingxian@nuaa.edu.cn 姜长生(1942- ) 男, 教授, 博士生导师。主要研究方向: 飞行器控制, 非线性控制。 Tel: 025-84893084 E-mail: jiangcs@nuaa.edu.cn 程路(1985- ) 男, 博士研究生。主要研究方向: 飞行器控制, 预测控制。 Tel: 025-84893084 E-mail: chenglu8848@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(90716028,60974106)

New Fast Terminal Sliding Mode and Its Application to Near Space Vehicles

PU Ming, WU Qingxian, JIANG Changsheng, CHENG Lu

College of Automation Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China

Received:2010-10-12 Revised:2011-01-04 Online:2011-07-25 Published:2011-07-23

摘要/Abstract

摘要： 为加快Terminal滑模收敛速度,并避免控制器奇异,首先分析了Terminal滑模产生奇异的原因,基于李代数给出Terminal滑模控制器非奇异判据。然后,设计了两种新型非奇异快速Terminal滑模,其收敛速度在任意点均快于现有标准快速Terminal滑模;给出了收敛时间公式。将新型快速Terminal滑模与动态滑模相结合,避免了控制器抖振,设计了近空间飞行器快、慢回路控制器。采用改进的非线性干扰观测器逼近近空间飞行器复合干扰,进一步提高控制精度。基于Lyapunov理论,严格证明了系统的稳定性。最后,进行了仿真验证。

关键词: 滑模控制, 终端吸引子, 近空间飞行器, 观测器, 动态滑模, 非奇异判据

Abstract: To accelerate the convergence of a terminal sliding mode and avoid the singularity of the controller, an analysis for the cause of singularity in terminal sliding mode is presented in this paper. Based on Lie algebra,the nonsingular criterion is provided for the terminal sliding mode controller. Thereafter, two novel nonsingular fast terminal sliding modes are designed with convergence speed faster than that of a normal fast terminal sliding mode at any points. The formula of convergence time is derived. The new fast terminal sliding mode is combined with the dynamic sliding mode to eliminate chattering. Then, controllers are designed for the fast loop and slow loop of a near space vehicle. In order to improve the control effect, a nonlinear disturbance observer is used to approximate the compound disturbances. By means of the Lyapunov theorem, the system is proved to be stable. Finally, simulation is conducted.

Key words: sliding mode control, terminal attractors, near space vehicle, observer, dynamic sliding mode, nonsingular criterion

中图分类号:

V249
TP273

蒲明, 吴庆宪, 姜长生, 程路. 新型快速Terminal滑模及其在近空间飞行器上的应用[J]. 航空学报, 2011, 32(7): 1283-1291.

PU Ming, WU Qingxian, JIANG Changsheng, CHENG Lu. New Fast Terminal Sliding Mode and Its Application to Near Space Vehicles[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2011, 32(7): 1283-1291.

参考文献

[1] 董朝阳, 王枫, 高晓颖, 等. 基于自适应滑模与模糊控制的导弹直接力/气动力复合控制系统优化设计[J]. 航空学报, 2008, 29(1): 165-169. Dong Chaoyang, Wang Feng, Gao Xiaoying, et al. Missile reaction-jet/aerodynamic compound control system design based on adaptive sliding mode control and fuzzy logic[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2008, 29(1): 165-169. (in Chinese)

[2] Jin Y Q, Liu X D, Qiu W, et al. Time varying sliding mode controls in rigid spacecraft attitude tracking[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2008, 21(4): 352-360.

[3] Man Z H, Yu X H. Terminal sliding mode control of MIMO linear systems [J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems, 1997, 44(11): 1065-1070.

[4] Yu S H, Yu X H, Man Z H. A fuzzy neural network approximator with fast terminal sliding mode and its applications[J]. Fuzzy Sets and Systems, 2004, 148(3): 469-486.

[5] 王新华, 陈增强, 袁著祉. 全程快速非线性跟踪-微分器[J]. 控制理论与应用, 2003, 20(6): 875-878. Wang Xinhua, Chen Zengqiang, Yuan Zhuzhi. Nonlinear tracking differentiator with high speed in whole course[J]. Journal of Control Theory and Applications, 2003, 20(6): 875-878. (in Chinese)

[6] 史永丽, 侯朝桢. 改进的非线性跟踪微分器设计[J]. 控制与决策, 2008, 23(6): 647-650. Shi Yongli, Hou Chaozhen. Design of improved nonlinear tracking differentiator [J]. Journal of Control and Decision, 2008, 23(6): 647-650. (in Chinese)

[7] Man Z H, Paplinski A P, Wu H R. A robust MIMO terminal sliding mode control scheme for rigid robotic manipulators [J]. IEEE Transactions on Automatic Control, 1994, 39(12): 2464-2469.

[8] Feng Y, Yu X H, Man Z H. Non-singular terminal sliding mode control of rigid manipulators [J]. Automatica, 2002, 38(12): 2159-2167.

[9] 张军. 近空间飞行器非线性不确定飞行运动的鲁棒自适应控制. 南京: 南京航空航天大学自动化学院, 2009. Zhang Jun. Robust adaptive control for nonlinear uncertain flight moving systems of near space vehicle . Nanjing: College of Automation Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2009. (in Chinese)

[10] 王高雄, 周之铭. 常微分方程[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006. Wang Gaoxiong, Zhou Zhiming. Ordinary differential equation [M]. Beijing: High Education Press, 2006. (in Chinese)

[11] Chen W H. A nonlinear disturbance observer for robotic manipulators [J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2000, 47(4): 932-938.

[12] 吴玉香, 胡跃明. 二阶动态滑模控制在移动机械臂输出跟踪中的应用[J]. 控制理论与应用, 2006, 23(3): 411-415. Wu Yuxiang, Hu Yueming. Second order dynamic sliding mode control and its application to output tracking of mobile manipulators [J]. Journal of Control Theory and Applications, 2006, 23(3): 411-415. (in Chinese)

[13] Levant A. High-order sliding modes, differentiation and output-feedback control[J]. International Journal of Control, 2003, 76(9-10): 924-941.

[14] Levant A. Finite differences in homogeneous discontinuous control[J]. IEEE Transactions on Automatic Control, 2007, 52(7): 1208-1217.

[15] 黄国勇, 姜长生, 王玉惠. 基于快速模糊干扰观测器的UASV再入Terminal滑模控制[J]. 宇航学报, 2007, 28(2): 292-297. Huang Guoyong, Jiang Changsheng, Wang Yuhui. Research of terminal sliding mode control based on fast fuzzy disturbance observer for UASV re-entry [J]. Journal of Astronautics, 2007, 28(2): 292-297. (in Chinese)

E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

关于我们

期刊社服务

专业学科

封面文章

友情链接

主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

新型快速Terminal滑模及其在近空间飞行器上的应用

New Fast Terminal Sliding Mode and Its Application to Near Space Vehicles

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	苏子康, 徐忠楠, 李春涛, 陈海通, 王宏伦. 伸缩套臂式无人机空基回收建模与对接控制[J]. 航空学报, 2023, 44(1): 326315-326315.
[2]	胡伟, 万文章, 陈谋. 基于神经网络和干扰观测器的UAV自动着舰控制[J]. 航空学报, 2022, 43(S1): 726963-726963.
[3]	李宁, 刘志勇, 王娜, 杨垒. 基于DUEA的天线伺服控制系统仿真[J]. 航空学报, 2022, 43(2): 324986-324986.
[4]	吴慈航, 闫建国, 钱先云, 郭一鸣, 屈耀红. 受油机指定时间姿态稳定控制[J]. 航空学报, 2022, 43(2): 324996-324996.
[5]	李霞, 齐国元, 郭曦彤, 赵旭. 高阶微分反馈控制及在四旋翼飞行器中的应用[J]. 航空学报, 2022, 43(12): 326047-326047.
[6]	郭洪振, 陈谋. 基于预设性能的四旋翼无人机编队安全控制[J]. 航空学报, 2021, 42(8): 525789-525789.
[7]	贾庆轩, 段嘉琪, 陈钢. 机器人在轨装配无标定视觉伺服对准方法[J]. 航空学报, 2021, 42(6): 424063-424063.
[8]	魏科鹏, 胡健, 姚建勇, 邢浩晨, 乐贵高. 航空机电作动器神经网络快速终端滑模控制[J]. 航空学报, 2021, 42(6): 624540-624540.
[9]	王雨辰, 林德福, 王伟, 纪毅. 大跨域条件下的自适应滚转稳定容错控制方法[J]. 航空学报, 2021, 42(3): 324368-324368.
[10]	路遥. 基于跟踪微分器的高超声速飞行器Backstepping控制[J]. 航空学报, 2021, 42(11): 524737-524737.
[11]	罗世彬, 吴瑕, 魏才盛. 可重复使用飞行器的保性能姿态跟踪控制方法[J]. 航空学报, 2021, 42(11): 524660-524660.
[12]	李国飞, 朱国梁, 吕金虎, 刘克新, 武春风. 主-从多飞行器三维分布式协同制导方法[J]. 航空学报, 2021, 42(11): 524926-524926.
[13]	刘璟龙, 张崇峰, 邹怀武, 李宁, 吴琳娜. 基于干扰观测器的柔性空间机器人在轨精细操作控制方法[J]. 航空学报, 2021, 42(1): 523899-523899.
[14]	贾庆轩, 符颖卓, 陈钢, 徐文倩. 基于状态观测器的空间机械臂关节故障诊断[J]. 航空学报, 2021, 42(1): 523728-523728.
[15]	邵书义, 陈谋, 招启军. 基于干扰观测器的四旋翼无人机离散时间容错控制[J]. 航空学报, 2020, 41(S2): 724283-724283.