基于固定时间干扰观测器的空中机器人非奇异终端滑模控制
收稿日期: 2025-05-22
修回日期: 2025-07-29
录用日期: 2025-11-03
网络出版日期: 2025-11-10
基金资助
直升机动力学全国重点实验室基金(2024-ZSJ-LB-02-05);航空航天结构力学及控制全国重点实验室基金(MCMS-E-0123G04)
A novel nonsingular terminal sliding mode control for aerial robot based on fixed-time disturbance observer
Received date: 2025-05-22
Revised date: 2025-07-29
Accepted date: 2025-11-03
Online published: 2025-11-10
Supported by
Foundation of National Key Laboratory Foundation of Helicopter Aeromechanics(2024-ZSJ-LB-02-05);Foundation of State Key Laboratory of Aerospace Structural Mechanics and Control(MCMS-E-0123G04)
针对复合扰动下空中机器人的高精度轨迹跟踪控制问题，提出一种基于固定时间干扰观测器的滑模控制策略。首先，考虑目标抓取后重心偏移与紊流风场耦合因素，采用牛顿-欧拉公式建立六自由度动力学模型，进而设计固定时间收敛的复合干扰观测器进行扰动估计。其次，针对位置控制子系统，设计基于新型趋近律的非奇异快速终端滑模控制器，可以有效避免系统陷入奇异状态，同时提升系统的动态响应性能；针对姿态控制子系统，提出融合积分反步法的混合控制策略，能够增强系统鲁棒性以应对外部干扰。最后，经过仿真对比验证所提方法的有效性。
关键词： 固定时间干扰观测器; 非奇异快速终端滑模控制; 抗扰控制; 重心偏移; 空中机器人
赵静 , 潘龙 , 陆宁云 , 黄海云 , 马亚杰 , 徐丰羽 . 基于固定时间干扰观测器的空中机器人非奇异终端滑模控制[J]. 航空学报, 2026 , 47(9) : 532278 -532278 . DOI: 10.7527/S1000-6893.2025.32278
To address the high-precision trajectory tracking control problem for aerial robot under compound disturbances， this paper proposes a sliding mode control strategy based on a fixed-time disturbance observer. First， considering the coupled effects of centroid offset after target grasping and turbulent wind fields， a six-degree-of-freedom dynamic model is established using the Newton-Euler formula and design a fixed-time convergent compound disturbance observer for disturbance estimation. Second， for the position control subsystem， a nonsingular fast terminal sliding mode controller based on a novel reaching law is designed， which can effectively avoid the system falling into a singular state while enhancing the system’s dynamic response performance. For the attitude control subsystem， a hybrid control strategy integrating integral backstepping is proposed to improve the system robustness against external disturbances. Finally， simulation comparisons are conducted to validate the effectiveness of the proposed approach.
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