摘要：针对多节线驱连续型空间机械臂系统,在考虑存在外界时变干扰与参数不确定的情况下,提出基于模糊补偿的预定时间姿态控制方法.设计模糊估计器估计系统切换增益,补偿未知有界总干扰.基于预定时间稳定性理论,结合滑模控制,提出预定时间控制方法,使机械臂系统在预先设定时间内到达稳定状态.与基于有限时间理论的控制方法相比,所提基于预定时间控制方法的稳定时间与系统初始状态无关,可以根据实际系统需求预先设置,并且所提方法在系统收敛速度与精度上具有更优的控制性能.基于Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性.仿真结果表明,所提控制方法使系统姿态角误差快速收敛,并且预定时间稳定.

摘要：研究存在惯性参数不确定性和外部干扰的刚体航天器系统的预设时间姿态跟踪控制.基于刚体航天器的二阶全驱动力学模型,利用全驱系统理论构造一种有限时间扩张状态观测器.在此基础上,通过引入可调参数设计一种新型的可调预设时间姿态跟踪控制策略.该控制策略的优点是控制系统状态的收敛时间不仅小于预设时间上界,还可以通过引入的控制参数直接调节其快慢.利用Lyapunov稳定性理论证明扩张状态观测器的收敛性和闭环控制系统的稳定性,最后通过数值仿真验证了所设计控制器的有效性.

摘要：针对受外部干扰和输入饱和的无向拓扑多航天器系统的姿态协同控制问题,提出了一种基于预定时间的分布式姿态协同跟踪算法。首先,设计了一种分布式预定时间滑模观测器,分别用于每个跟随航天器在预定时间内对领导者姿态和角速度信息的估计。其次,利用分布式观测器和滑模技术,提出了一种考虑执行机构饱和的分布式预定时间姿态协同跟踪控制器。所提出的控制方案是非奇异的,能够实现在约束条件下的多航天器的全局预定时间姿态协同跟踪控制。然后,利用李亚普诺夫稳定性理论对该系统进行了稳定性分析。最后,仿真结果验证了所提控制方案的有效性,且具有较快的收敛速度和较高的控制精度。

摘要：为实现不确定机械臂系统快速和高精度跟踪控制性能,提出一种基于反演算法的预定时间重复学习控制策略.通过构造非奇异预定时间虚拟控制器,有效避免传统有限时间反演控制中由虚拟控制器微分引起的奇异性问题,确保机械臂角位置跟踪误差在预定时间内收敛至原点附近邻域内.在此基础上,根据期望轨迹的周期特性,将机械臂系统的集总不确定划分为周期不确定和非周期不确定两部分,并构造全限幅重复学习更新律以准确估计和补偿周期不确定部分.同时,设计鲁棒控制律并引入终端吸引,补偿包括外部干扰在内的非周期不确定部分,实现机械臂角位置对周期性期望轨迹的高精度跟踪.最后,基于Lyapunov定理证明闭环系统稳定性和分析跟踪误差收敛性,并通过仿真结果验证所提出控制方法的有效性.

摘要：针对高超声速滑翔飞行器的编队控制问题,提出了基于预定时间稳定性理论的控制策略.首先,建立高超声速滑翔飞行器六自由度制导控制一体化模型,基于反演结构对模型进行简化处理,在此基础上,设计预定时间控制律,实现期望队形形成及编队保持;其次,利用人工势场理论,设计避碰/规避势场函数项,避免高超声速滑翔飞行器与其邻机之间的碰撞,并实现对威胁区的规避;再次,基于Lyapunov稳定理论对高声速滑翔飞行器在预定时间内的编队稳定性进行严格证明;最后,通过Matlab/Simulink进行仿真,仿真结果验证了本文所提的控制策略能够实现预定时间内高超声速滑翔飞行器的编队队形生成保持及碰撞规避.

摘要：针对一类柔性关节空间机器人的高阶非线性系统轨迹跟踪控制问题,该文提出一种具有预定时间收敛性能的控制器设计方案。基于预定时间控制理论,采用反步法设计了控制律,并构造新型非线性滤波器处理反步法中虚拟控制律多次求导所造成的微分项膨胀问题。在此基础上,设计了一种避奇异辅助函数,解决了预定时间控制算法框架中对分数次幂项求导所产生的奇异问题。通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环控制系统的半全局预定时间一致最终有界。仿真结果验证了所设计控制方案能够有效抑制柔性关节振动,使跟踪误差在预定时间内收敛,且避免了因奇异问题导致的控制力矩抖振现象。

摘要：研究了轮式移动机器人的领导跟随一致性问题,提出了预定时间一致性控制算法。首先,在有向图下,为每个跟随者提出一个分布式观测器,使其在预定时间内估计领导者状态。其次,基于观测器和构造的双幂次趋近律、非线性流形,设计了一种新的控制器,使得估计的领导者状态在预定时间内被跟踪。再次,引用了一个切换协议和一个线性流形,以确保在不引起奇异性问题的情况下,控制器在任何初始条件下均能实现预定时间的领导跟随一致性。然后,通过代数图论和李雅普诺夫理论证明系统的预定时间稳定性。最后,通过仿真对比实验验证了所提算法的有效性和优越性。相较于有限时间控制器,所提控制器收敛时间不依赖于初始状态,且收敛效果更好;相较于固定时间控制器,本文控制器收敛时间设定简单,可直接通过单一参数预先设定系统收敛时间。

摘要：针对挠性航天器中存在的外部时变干扰影响因素,提出了一种预定时间滑模姿态控制方法。设计自适应律估计未知干扰上界,并在控制器中对其进行补偿,以抑制外部干扰对系统的不利影响。同时,在挠性航天器姿态机动控制方案设计和稳定性分析过程中,引入对执行机构单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)动力学因素的分析,相对于已有方案更贴合实际应用。进一步地,该文采用Lyapunov理论证明了系统实际预定时间稳定。仿真结果可得,该文控制方案可使系统获得较高稳态精度,并可实现姿态快速机动。

摘要：针对压电快反镜系统(Piezoelectric Fast Steering Mirror,PFSM)在跟踪过程中由自身压电磁滞和外界环境所引起的不确定干扰问题,文中提出了一种创新的预定时间自适应滑模控制器。此控制器使用障碍函数设计自适应律,并引入了预定时间的概念,以确保系统的响应更加灵活和高效。在保证控制系统状态的收敛时间小于预定时间上界的基础上,该控制策略还可通过障碍函数将滑模变量的收敛范围限制在一个微小的邻域内。文中利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环控制系统的稳定性。最后,通过数值仿真验证了所设计控制器的有效性。结果表明:该控制器在提升PSFM性能、缩短跟踪时间以及提高精度方面具有显著优势。

摘要：基于PID控制的传统最大功率点跟踪(MPPT)的速度较慢,且在光照、负载迅速变化时往往会发生振荡,可能导致MPPT失败。为了提高MPPT的速度,改善MPPT的动态性能,将预定时间稳定性理论引入独立光伏MPPT中,建立了独立光伏系统模型,并通过变步长扰动观察法确定参考电压,基于李雅普诺夫稳定性理论,设计了全局预定时间终端滑模控制器,在预定时间内完成对参考电压的追踪并实现MPPT。通过仿真结果表明:提出的控制方法不仅能准确地在预定时间实现MPPT,还具备优良的动态性能和较强的鲁棒性;预定时间终端滑模控制器有助于系统在光照、负载发生大扰动时迅速、平滑地实现MPPT,具有较好的工程实际价值。