本项目研究了无传感器交流伺服系统的高阶非奇异终端滑模控制问题，包括了系统的动态性能分析，控制器和观测器的设计方法。首先，本项目研究了高阶终端滑模观测器的设计方法，分析滑模观测器的稳定条件和鲁棒性，并应用于系统的闭环控制。基于高阶终端滑模观测器，研究了感应电机和永磁同步电机伺服系统的分析与设计。采用高阶终端滑模观测器估计电机转速和位置，应用于矢量控制系统和直接转矩控制系统中。分析转速终端滑模观测器对参数摄动和外部扰动的鲁棒性。通过设计高阶终端滑模观测器在线辨识伺服系统的机械参数，如转动惯量、阻尼系数、负载转矩等。一旦这些参数能够准确估计出来，就可以对伺服系统控制器参数的进行自整定，采用最忧控制理论对系统进行设计，系统的性能就能得到提高。研究了高阶终端滑模观测器的离散化方法，探求保证离散化的观测器稳定性的条件，研究用于评估由于离散化造成的系统性能降低的方法。分析量化误差以及测量噪声对观测器的影响。构建了无传感器交流伺服系统的实验系统平台，并通过实验验证了所提出的终端滑模控制和观测器的正确性。

研究基于高阶非奇异终端滑模的无传感器交流伺服系统的动态性能分析和设计方法。主要目标为：1)建立新的分析基于高阶非奇异终端滑模观测器的大调速范围无传感器交流伺服系统稳定性和鲁棒性的基础理论；2)开发评估基于高阶非奇异终端滑模观测器大调速范围无传感器交流驱动系统性能的技术方法；3) 提出独创性的无传感器交流伺服系统高阶非奇异终端滑模观测器和控制器的设计策略。无传感器交流伺服系统仍有些问题尚未得到很好解决，包括：对测量噪声的高敏感性，对电动机参数的依赖性较大，较低的观测精度，零速附近时难以观测等。本项目将设法解决这些问题，结合矢量控制方法和直接转矩控制方法，研究基于高阶非奇异终端滑模观测器的无传感器交流伺服系统的分析方法以及观测器和控制器的设计方法，还将研究高阶终端滑模观测器离散化后出现的一些复杂行为，探求保证离散化的观测器稳定性的条件。本项目将对变结构控制理论及其应用具有重要意义。

终端滑模控制方法，是一种有限时间的滑模控制方法。本项目在终端滑模控制的暂态理论、广义有限时间滑模面设计、抖振抑制方面进行了研究, 提出了有意义的结果。结合理论研究的成果，以高超声速飞行器巡航跟踪问题和永磁同步电机速度控制问题为背景，开展了相关的控制应用研究。主要贡献如下：(1)对终端滑模的趋近阶段进行研究，给出了任意初始状态出发，到达滑模面时间的最大值估计算法，并在已知到达点信息的前提下，推导得出了到达时间的数学表达。(2)推导论证了终端滑模面的齐次性性质，据此提出有限时间滑模面的通用设计准则，并结合趋近律方法，设计了基于通用滑模面的控制器。(3)采用变边界层方法，分别设计了连续渐近滑模控制器和连续有限时间滑模控制器。为保证连续滑模控制器良好的鲁棒性，设计了基于干扰观测器的连续滑模控制方法。(4)结合上述理论成果，对有翼圆锥体构型的高超声速飞行器不同的飞行条件，分别设计了连续滑模控制器、快速终端滑模控制器和自适应滑模控制器，仿真验证了控制算法的有效性。(5)在实验室永磁同步电机的实验平台上，验证本项目提出的控制算法有效性和优越性。在国内外学术期刊上发表标注本项目资助号的论文共19篇(正式发表14篇，在线发表5篇)，其中SCI论文18篇(IEEE汇刊论文10篇)，EI论文1篇，出版专著1部。 2100433B

本项目围绕终端滑模控制中尚存在的问题展开研究，基于齐次性理论，考虑终端滑模面上的动态系统和齐次系统的关系，分析有限时间滑模面充要条件，完成广义终端滑模面的设计。采用非线性滑动域方法，设计连续滑模控制器，消减终端滑模控制的抖振；在理论研究的基础上，结合航空航天领域的迫切需求，对非线性、强耦合、带不确定和干扰的高超声速飞行器，将终端滑模控制技术与干扰观测器前馈补偿技术结合起来，研究高超声速飞行器鲁棒连续滑模控制，提高飞行控制系统快速性、精度和抗扰动性能，为我国高超声速飞行器飞行控制系统设计提供理论指导和技术支持。

对于一般的二阶系统

其中，

终端滑模一般由如下一阶动态方程描述

其中，

设计控制律形式为

式中，

为保证滑模态的存在，在不考虑系统内部参数不确定和外部扰动的条件下，对滑模面S进行时间的求导：

得到等效控制项为

为满足滑模到达条件，选取Lyapunov函数

代入等效控制项，有

设计非线性控制项为

其中．