Fixed-time nonsingular terminal sliding mode control for unmanned aerial vehicles

本研究论文讨论了一种固定时间非奇异终端滑模控制方法，适用于存在非线性和外部干扰的无人机（Unmanned Aerial Vehicles，简称UAVs）。研究的核心在于提出一种控制策略，该策略能够确保无人机系统达到期望状态，同时克服传统滑模控制在处理非线性和干扰时可能出现的奇异性问题。 关键词涵盖了无人机（Unmanned Aerial Vehicles）、固定时间（Fixed-Time）、终端滑模控制（Terminal Sliding Mode Control）、非奇异（Nonsingular）。 在研究的介绍部分，作者提到了无人机因其广泛的应用而引起了研究人员的密切关注。根据旋翼的数量，无人机可以分为单旋翼、双旋翼和多旋翼。四旋翼无人机（Quad-rotor UAVs），也称作四旋翼飞行器，因其结构简单和流行程度而广为人知。无人机领域中的控制问题始终是研究的焦点，尤其是在飞行稳定性和控制精度上。 传统的滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）技术，因为其对系统参数变化的鲁棒性，在机器人和飞行器控制领域中有着广泛的应用。然而，标准的滑模控制在实际应用中存在一些问题，特别是当系统包含非线性因素和外部干扰时，这些问题会更加凸显。在这些情况下，控制系统的性能可能会受到显著影响。 为了解决上述问题，研究者提出了一种固定时间非奇异终端滑模控制方法。该方法通过设计一个特殊的滑模面，确保系统状态能在固定时间内达到期望的平衡点，且达到平衡的时间与系统的初始状态无关。该方法的核心是基于切换饱和函数的非奇异终端滑模控制策略，这种控制策略能够有效避免奇异性问题。奇异性问题是指在传统滑模控制中，由于滑模面的定义导致控制器在某些操作点上趋向于无限大，从而使得实际控制量变得不可实现。 此外，文中通过仿真结果展示了该控制方法的有效性。仿真结果能够说明，在面对外部干扰和非线性特性时，无人机系统依然能够稳定运行，且能够在预定的固定时间内达到或维持在理想的状态。这为无人机系统的精确控制提供了一种新的思路和解决方案。 在文章的主体部分，作者详细介绍了固定时间非奇异终端滑模控制方法的理论基础和控制策略的设计。该控制策略可能涉及数学模型的建立、滑模面的设计、以及到达条件的确立等步骤。研究者们还可能在文中探讨了如何在保证系统快速收敛的同时，避免出现控制力无限增大的情况。 这项研究为无人机控制领域提供了一种新的思路，特别是在需要快速且精确控制的应用场合，如无人飞行器的自主导航、精确悬停、以及对复杂环境的适应。通过引入固定时间非奇异终端滑模控制，可以显著提高无人机系统的鲁棒性与安全性，使其在工业、农业、救援和军事应用中发挥更大的作用。未来的研究可能会进一步探索这一控制方法在更复杂系统中的应用，并尝试解决控制过程中可能出现的其他挑战，例如参数不确定性和模型不准确性问题。