Sampled-Data Semi-Global Robust Output Regulation for a Class of Nonlinear Systems

This paper investigates the semi-global robust output regulation problem for a class of uncertain nonlinear systems via a sampled-data output feedback control law. What makes the results interesting is that the nonlinearities of the proposed system do not have to satisfy linear growth condition and the uncertain parameters of our system are allowed to belong to some arbitrarily large prescribed compact subset. Two cases are considered. The first case is that the exogenous signal is constant. The second case is that the exogenous signal is time-varying and bounded. For the first case,the authors solve the problem exactly in the sense that the tracking error approaches zero asymptotically. For the second case, the authors solve the problem practically in the sense that the steady-state tracking error can be made arbitrarily small. Finally, an example is given to illustrate the effectiveness of our approach.     

NECESSARY AND SUFFICIENT CONDITION FOR GLOBAL CONTROLLABILITY OF A CLASS OF AFFINE NONLINEAR SYSTEMS

In this paper, we investigate the global controllability of a class of n-dimensional affine nonlinear systems with n- 1 controls and constant control matrix. A necessary and sufficient condition for its global controllability has been obtained by using the methods recently developed. Furthermore, we generalize the above result to a class of affine nonlinear systems with a block-triangular-like structure. Finally, we will give three examples to show the applications of our results.     

Switching control system based on robust model reference adaptive control

For conventional adaptive control, time-varying parametric uncertainty and unmodeled dynamics are ticklish problems, which will lead to undesirable performance or even instability and nonrobust behavior, respectively. In this study, a class of discrete-time switched systems with unmodeled dynamics is taken into consideration. Moreover, nonlinear systems are here supposed to be approximated with the class of switched systems considered in this paper, and thereby switching control design is investigated for both switched systems and nonlinear systems to assure stability and performance. For robustness against unmodeled dynamics and uncertainty, robust model reference adaptive control (RMRAC) law is developed as the basis of controller design for each individual subsystem in the switched systems or nonlinear systems. Meanwhile, two different switching laws are presented for switched systems and nonlinear systems, respectively. Thereby, the authors incorporate the corresponding switching law into the RMRAC law to construct two schemes of switching control respectively for the two kinds of controlled systems. Both closed-loop analyses and simulation examples are provided to illustrate the validity of the two proposed switching control schemes. Furthermore, as to the proposed scheme for nonlinear systems, its potential for practical application is demonstrated through simulations of longitudinal control for F-16 aircraft.     

基于滑模观测器的非线性系统迭代学习控制

针对相当广泛的一类非线性系统有限时间轨迹跟踪问题,提出了一种基于滑模观测器的迭代学习控制算法。根据系统的非线性特性,利用一种滑模观测器对系统的状态进行估计,根据估计信号设计了一种类D型开环迭代学习控制律。这种控制方法不需要对系统的跟踪误差信号进行微分,从而对系统的量测噪声不敏感。给出了控制算法的收敛性证明,通过仿真实验证明了这种算法的有效性。     

非线性系统的网络化控制研究

针对一类单输入-单输出仿射非线性系统的网络化控制问题,基于微分几何理论,采用精确线性化方法将非线性系统变换为线性系统;对于网络时滞小于一个采样周期且在小范围随机变化的网络控制系统,将其建模为不确定离散时滞系统,基于线性矩阵不等式设计控制器。文中给出了设计方法和步骤,通过一个仿真算例,证明了方法的正确性。     

一类非线性系统的直接自适应模糊滑模控制

研究了一类非线性系统的一种直接适应模糊滑模控制（AFSMC）的问题。首先，在系统的非线性动态函数满足可估计和有界两个基本假设的条件下，给无了此类系统基于非线性动态函数估计的一般滑模控制律设计。然后基于目标函数梯度校正的方法，通过自适应机构调解模糊逻辑系统（FLS）的后作参数，所设计的自适应模糊逻辑系统（AFLS）能够逼近系统基于非线性动态函数估计的一般滑模控制律。这样，系统的自适应模糊控制律具有一般滑模控制律的控制效果，同时由于AFLS的滤波作用，具有消除滑模控制高频抖振的特性。数值仿真结果证明了所设计控制律的有效性。     

空天飞行器再入过程姿态预测控制律设计

针对一类多输入多输出非线性系统,设计了一种基于SDRE(state-dependent Riccati equation)的预测控制方法,并应用于空天飞行器再入过程的姿态控制律设计。SDRE是一种有效的非线性系统优化控制设计方法,利用SDRE的局部渐进稳定的特点,与有限时间预测控制律设计相结合,提出的控制方案保证闭环系统的稳定性。最后利用所提出的控制方案设计了空天飞行器飞行控制系统,并在高超声速条件下进行了仿真验证。仿真结果表明了控制方案的有效性。     

一类非线性系统的有限时间保成本控制

针对一类具有有限能量外部扰动的连续不确定非线性系统,讨论其有限时间保成本控制问题。首先采用Takagi-Sugeno模糊模型对非线性系统进行建模,然后找到一个合适的Lyapunov函数,给出闭环模糊系统有限时间有界的充分条件及有限时间保成本控制器的设计方法,并将控制器的求解转化为一组线性矩阵不等式的可行性问题。研究表明,采用该方法设计的控制器不仅能使闭环不确定模糊系统对所有可允许的外部扰动是有限时间有界的,而且还给出了保成本上界的一个优化值。最后,仿真结果表明该设计方法是有效的。     

二阶输出反馈滑模极值搜索控制方法

针对一类单输入单输出(single input single output,SISO)非线性极值系统的控制问题,提出了一种二阶输出反馈滑模极值搜索控制方法。考虑到此系统的状态量不可测,利用斜坡函数作为输出量的参考跟踪信号,以系统的输出跟踪误差及其微分信号构建切换函数,设计出二阶滑模极值搜索控制律。稳定性分析证明了在任意初始条件下,该方法可使系统的输出量全局收敛至其期望极值的任意小邻域内且所有状态量均是一致范数有界。仿真结果验证了该方法的有效性。     

The Learning Control and Learning Adaptive Control of General Nonlinear Systems：MIMO Case

ＴｈｅＬｅａｒｎｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＬｅａｒｎｉｎｇＡｄａｐｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌｏｆＧｅｎｅｒａｌＮｏｎｌｉｎｅａｒＳｙｓｔｅｍｓ：ＭＩＭＯＣａｓｅＨＯＵＺｈｏｎｇｓｈｅｎｇａｎｄＨＡＮＺｈｉｇａｎｇ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭａ...     

一类非线性互联大系统的近似最优扰动抑制

研究一类受外界扰动非线性互联动态大系统的最优扰动抑制问题。根据有限时域二次型性能指标,提出了一种基于逐次逼近思想的大系统近似最优扰动抑制方法。利用该方法将由原系统得到的高阶耦合的非线性两点边值问题简化为一族解耦的线性两点边值问题序列。证明了该序列的解一致收敛于原非线性互联大系统的最优控制。通过截取最优控制序列的有限次逼近值,可以得到非线性互联大系统近似最优扰动抑制控制律。最后通过数值仿真表明了该方法的有效性。     

高次非线性系统自适应动态面输出调节方法

针对一类在线性外系统驱动下的不确定三角结构高次非线性系统的输出调节问题,提出了一种自适应动态面鲁棒输出调节方法。根据输出调节问题的可解条件,将该问题转化为三角结构高次非线性系统的镇定问题。在此基础上,前n-1步采用自适应增加幂次积分方法设计期望虚拟控制律;第n步引入具有误差的内模方程,通过有效地结合自适应增加幂次积分方法和内模控制,设计出鲁棒输出调节控制器。在每一步递推中,通过采用动态面控制思想引入一个低通滤波器,克服了对期望虚拟控制律的微分。最后,通过数值仿真实例验证了所提控制方案的有效性。     

具有不可微输入信号的改进型重复变结构控制

针对一类具有结构不确定性和周期性外部扰动的非线性系统,提出了一种改进型重复变结构控制（modified repetitive variable structure control, MRVSC）算法。在传统积分滑模面的基础上构造了改进型积分滑模面（modified integral sliding mode surface, MISMS）。基于MISMS,采用Lyapunov方法设计的MRVSC算法保证了非线性系统的运动轨迹在有限时间内到达MISMS并保持在MISMS上,并且使得滑模动力学系统变为重复控制系统。根据重复控制系统的稳定性条件及灵敏度函数选择MISMS的参数。仿真结果显示,与传统积分滑模控制算法进行比较,MRVSC算法使得非线性系统具有更好的跟踪性能。     

非完整移动机器人的自适应滑模轨迹跟踪控制

针对动力学模型描述的非完整移动机器人系统，研究了其在未知参数和不确定性干扰下的轨迹跟踪控制问题，基于反演技术和自适应滑模控制的思想设计了具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制律。谊控制律将系统分解为低阶子系统来处理，利用中间虚拟控制量和部分Lyapunov函数简化了控制器设计，并具有直观的稳定性分析．满足了移动机器人的轨迹跟踪要求，且具有设计方法简单、鲁棒性强的特点。仿真结果验证了所设计控制器的有效性和正确性。     

Transient Performance Improvement in Tracking Control for a Class of Nonlinear Systems with Input Saturation

This paper addresses the composite nonlinear feedback (CNF) control for a class of singleinput single-output nonlinear systems with input saturation to track a time varying reference target with good transient performance. The CNF control law consists of a tracking control law and a performance compensator. The tracking control law is designed to drive the output of the system to track the time varying reference target rapidly, while the performance compensator is used to reduce the overshoot caused by the tracking control law. The stability of the closed-loop system is established. The design procedure and the improvement of transient performance of the closed-loop system are illustrated with a numerical example and the controlled Van del Pol oscillator.     

非线性系统的模糊滑动模态控制

针对未建模的动态非线性系统,根据滑动模态控制原理,导出了基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性的一种模糊控制器设计方法;避免了以往非线性滑模控制中控制信号的不连续造成系统“颤动”问题;显示出模糊推理的作用。     

飞行器自适应反推Terminal滑模轨迹跟踪控制

飞行器非线性动力学模型通常包含由未知外界干扰和未建模动态构成的非匹配不确定性。针对建立的飞行器纵向运动仿射非线性模型,提出了一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)的自适应反推非奇异终端滑模(adaptive backstepping nonsingular terminal sliding mode,AB-NTSM)轨迹跟踪控制方法。设计非线性干扰观测器对未知干扰进行观测补偿,无需干扰上界先验知识。设计未建模动态自适应律,提高控制器对系统不确定性的鲁棒性。对3种不同情况的仿真表明,干扰观测器能够实现对不同干扰精确观测,仅在干扰突变时有较大观测误差。在不确定性影响下,采用提出的控制方法,系统能够实现对指定轨迹的稳定跟踪,并有效消除控制信号的抖振。     

欠控制方向非线性系统的鲁棒自适应控制

针对一类控制方向未知且具有未建模动态的非线性系统,提出了一种鲁棒自适应控制策略.算法推广了已有的鲁棒自适应非线性控制方法.控制算法保证闭环系统所有信号是一致终值有界的.同时,通过调整控制器设计参数,闭环系统能够实现期望的性能要求.仿真结果进一步说明了理论分析的有效性.     

基于观测器的一类不确定非线性系统自适应输出反馈控制

针对一类不确定非线性系统,基于非线性状态观测器采用回馈递推(Backstepping)设计方法提出了一种鲁棒自适应L2增益控制方案。该控制方案首先对系统的不可观测状态设计非线性状态观测器,在此基础上通过多步递推得到系统的控制律并设计了未知干扰的参数自适应律,使系统具有L2增益性能。同时把采用常规设计方法需要对过多参数进行辨识问题简化为只需对与未知干扰个数相同的参数进行辨识的问题,简化了控制器结构。最后通过仿真算例验证了所设计控制方案的有效性。     

一类非线性系统的局部镇定及吸引域估计

研究了一类非线性系统的局部稳定问题,应用中心流形定理,给出了这类非线性系统渐近镇定的充分条件和系统的吸引域估计.设计出镇定系统的反馈控制律,特别研究了一类平面非线性系统,给出了系统镇定的若干条件.通过实例说明选取控制律应注意的一些问题,给出了多个实例,表明结果的有效性.