基于扩展观测器的电液负载模拟器自适应鲁棒控制

针对电液负载模拟器中传感器测量噪声干扰和未知的外部扰动引起的跟踪精度不高的问题,提出了一种基于扩展观测器的自适应鲁棒控制器。利用扩展观测器估计系统中未知的模型不确定性并进行补偿,同时,在观测器和控制器的自适应模型补偿器设计中,将实际状态值替换为相应的期望信号值,以减少测量噪声的干扰,控制器和扩展观测器中的系统参数均通过参数自适应得到。利用Lyapunov理论进行了闭环系统的稳定性分析。仿真结果表明,在不存在外部扰动的情况下,所提出的控制器能够达到更高的跟踪精度,而在存在外部扰动的情况下,所提出的控制器不仅保持了良好的跟踪性能,同时具有较强的鲁棒性。     

具有输入饱和的电液伺服系统反步位置跟踪控制

针对具有输入饱和的电液伺服系统,设计一种基于干扰观测器的反步位置跟踪控制器。利用干扰观测器对系统中由外部扰动、参数不确定等引起的未知复合干扰进行估计,同时利用跟踪微分器估计虚拟控制量的微分信号,有效降低控制器复杂性。基于Lyapunov稳定性理论证明在所设计控制器的作用下,闭环系统所有信号一致最终有界。最后对某650 mm轧机电液伺服系统进行仿真,验证所提方法具有较好的跟踪性能。     

基于干扰观测器的欠驱动AUV自适应反演控制

针对未知外界干扰存在的情况,提出一种基于非线性干扰观测器(NDO)的自适应反演控制,用于改善欠驱动自治水下机器人(AUV)深度跟踪控制性能。首先对欠驱动自治水下机器人的垂直面模型进行有条件的简化,得到新的运动学及动力学方程,建立简化后模型的状态方程;其次根据系统状态方程构建非线性观测器,设计自适应反演控制器,输出控制量根据李雅普诺夫稳定原理推导得出,确保包含非线性干扰观测器及自适应反演控制器在内的控制系统的一致渐进稳定性。研究结果表明:所设计的非线性干扰观测器以及自适应反演控制器可以实现欠驱动自治水下机器人在存在外界未知干扰情况下深度轨迹跟踪,具有较强的鲁棒性。     

基于海流观测的欠驱动AUV自适应反演滑模轨迹跟踪

欠驱动自主水下航行器AUV在定深的海域中航行,其模型水动力参数存在不确定性,同时还遭受海流等外来因素干扰,对欠驱动AUV的轨迹跟踪精确带来极大的挑战.本文研究海流环境中欠驱动AUV水平方向上的轨迹跟踪控制问题,通过定义固定坐标系和随体坐标系间的转化关系,将海流速度引入欠驱动AUV运动学和动力学方程,建立海流环境中欠驱动AUV的运动学模型和动力学模型;结合期望轨迹得到欠驱动AUV的轨迹跟踪误差方程.在控制器的设计过程中引入自适应率,得到AUV水平面轨迹跟踪的自适应反演滑模轨迹跟踪控制器(ABSMC),同时为降低海流因素对AUV航行轨迹带来的偏差,设计海流观测器对环境中海流速度进行估计.仿真结果表明,该控制器可实现对由水动力参数不确定和外界时变干扰共同组成的系统总不确定性的估计,并弥补传统反演滑模控制理论中需要精确的模型参数和扰动信息的不足,且海流观测器可提升AUV轨迹跟踪的精度.在理论上证明了由海流观测器和轨迹跟踪控制器共同组成的AUV级联控制系统为全局渐进稳定;仿真对比结果显示所提出的基于海流观测的自适应反演滑模控制器能够克服欠驱动AUV模型中水动力参数不确定性、海流干扰及其他未知干扰的影响,跟踪性能优于基于海流观测的反演轨迹跟踪控制器(BTC).     

一类中立非线性系统的未知参数谐波扰动补偿

对于一类受到外部未知参数谐波信号干扰下的中立非线性不确定系统,提出了一种基于自适应前馈补偿的控制器设计方法。首先设计非线性观测器将未知扰动估计问题转换为参数辩识问题,并在前馈通道对扰动进行抵消,其次设计具有鲁棒性能的状态反馈控制器来抑制未建模动态,从而在外部扰动和模型参数不确定同时作用下,使系统具有较好的控制性能。对二关节机械臂的仿真证明该方法的有效性。     

基于T-S模糊模型的机械臂系统抗干扰跟踪控制

为解决带有外部扰动的机械臂系统抗干扰跟踪控制问题,运用T-S模糊模型对外部干扰进行辨识,结合模糊干扰观测器实现对未知干扰的观测和补偿,进一步设计PID控制器实现对位移的动态跟踪.基于Lyapunov分析方法,计算PID增益和扰动观测器增益,保证机械臂系统稳定,使位移的动态跟踪误差趋于零.通过机器人系统的二阶模型进行仿真,验证了算法的可行性与有效性.     

带广义扩张状态观测器的柔性滚珠丝杠进给系统LQR控制

为了改善滚珠丝杠进给系统的跟踪性能,采用了带广义扩张状态观测器(GESO)的线性二次型调节器(LQR)进行控制.首先,针对具有轴向振动特性的滚珠丝杠进给系统建立了二自由度质量模型状态方程及传递函数;其次,根据模型的状态方程设计了系统的LQR控制器,为了消除系统受到的外部干扰和反馈中存在噪声影响设计了广义状态观测器;最后,通过仿真和对比试验对设计的控制器性能进行验证.仿真及对比试验结果表明,所设计的带GESO的LQR控制器具有较高的跟踪精度,对于外部干扰和反馈噪声具有抑制作用,能够保证进给系统的鲁棒性.     

考虑测量噪声的车辆自适应巡航控制系统纵向跟车研究

提出一种具有自适应补偿能力的反馈校正模型预测控制器设计方法,该控制器由卡尔曼滤波器和模型预测控制器构成.建立ACC控制系统车间纵向跟车动力学模型,采用卡尔曼滤波器进行状态变量的估计,消除测量噪声的干扰;利用反馈校正机制改进跟车预测模型,以处理参数不完全确定和外部干扰对模型精度带来的影响,并采用向量松弛因子对硬约束进行软化处理,避免优化求解过程中出现无可行解的情况.将本文所设计的控制器转化为带约束的二次规划问题,利用MPC控制器滚动优化的特点,将控制量作用于被控对象,实现自适应巡航控制.实验结果表明:在存在测量噪声的情况下,本文提出的方法有效地提高了ACC系统的跟车安全性和乘坐舒适性,并且系统具备良好的抗干扰能力.      

二自由度随动系统的自适应摩擦补偿

 为提高二自由度随动系统的跟踪精度,针对系统中存在的摩擦扰动问题,提出了一种基于LuGre模型的自适应摩擦补偿方法.该方法采用离线估计法对LuGre模型中未知参数进行估计,采用非线性观测器和自适应律估计LuGre摩擦模型中的不可测状态变量和易变未知参数.最后利用Lyapunov方法证明了整个闭环系统的渐进稳定性.仿真实验表明,该方法能有效补偿摩擦对二自由度随动系统低速性能的影响,从而提高跟踪精度.     

基于扰动观测器的时变负载四旋翼无人机自适应有限时间控制

针对具有未知外部扰动和阻力系数的时变负载四旋翼无人机系统,提出了一种复合有限时间控制策略。首先,通过牛顿-欧拉方法建立了完整的四旋翼无人机数学模型。位置环采用自适应参数校正方法对负载进行估计,并与反步递推控制相结合,在阻力系数未知情况下设计了自适应轨迹跟踪控制器。其次,采用基于扰动观测器的有限时间滑模控制器,并利用Lyapunov稳定性理论进行无人机系统位置环和姿态环渐近稳定和有限时间稳定性验证。最后,通过数值仿真进行验证。结果表明,所提控制器提高了系统的收敛速度,减少了外界扰动对系统的影响。研究方法克服了已有研究要求阻力系数和负载已知的局限性,提高了系统的抗干扰能力,对于增强四旋翼无人机的实际应用性具有一定的参考价值。     

基于扩张状态观测器的轮式移动机器人全阶滑模控制

针对存在模型参数摄动和外部有界扰动不确定因素影响下的非完整移动机器人轨迹跟踪控制问题,提出一种基于扩张状态观测器的全阶滑模移动机器人轨迹跟踪控制方法.通过坐标变换将耦合的系统动力学模型转化为2个独立的子系统,再将模型参数摄动和外部有界扰动不确定因素扩张为一个新的变量,进而分别对2个子系统设计扩张状态观测器用于估计并补偿系统的总和扰动,抑制其对系统控制性能的影响,结合滑模控制理论设计基于扩张状态观测器的全阶滑模控制器,保证系统输出稳定跟踪给定信号且消除传统滑模控制中抖振突出的问题,提高系统滑动模态的品质.仿真对比结果验证了所设计控制方法的优越性和有效性.     

具有状态约束的机电伺服系统自适应鲁棒控制

针对执行器动态及其状态受限、状态中存在测量噪声的问题,为伺服系统设计了一种基于非线性高增益观测器的自适应非线性鲁棒跟踪方法.基于系统位置测量值设计高增益观测器,利用滤波器消除噪声对观测器精度的影响,采用自适应律估计观测器增益,以保证观测器的鲁棒性.在设计过程中,引入一种新的障碍Lyapunov函数,以限制中间控制信号的幅值而满足系统对状态变量的约束要求,并通过Lyapunov方法验证了闭环系统的一致有界稳定性.结果表明,所提出的方法能够准确估算负载位置和速度.与传统的控制方法相比,其所观测的信息量较充分、估计精度较高、抗干扰能力及参数变化的鲁棒性较强.     

船舶航向跟踪系统自适应滤波反步终端滑模控制

针对船舶航向非线性系统,提出了一种基于自适应滤波反步法的终端滑模控制器. 系统由二阶非线性野本模型和舵机响应模型串联组成,考虑了模型不确定性和外部干扰等未知项,并由模糊系统对未知项进行在线逼近. 首先引入二阶低通滤波器,避免了对虚拟控制律的解析求导,从而简化了反步控制器的设计,而且滤波器的低通特性可大大减小测量噪声的影响;然后利用滤波反步法的结果设计了终端滑模面,并最终得到了使系统跟踪误差有限时间收敛的终端滑模控制器. 根据Lyapunov理论证明了闭环系统所有误差变量均是一致最终有界的. 仿真结果验证了所提方法的有效性.      

考虑执行器饱和补偿的移动机器人自适应积分滑模控制

针对存在执行器输入饱和约束、模型参数不确定性以及外部扰动等因素影响下的移动机器人跟踪控制问题,提出一种考虑执行器饱和补偿的移动机器人自适应积分滑模控制方法。利用双曲正切函数对执行器输入饱和约束作近似处理,并将系统动力学模型表示为仿射系统形式。将执行器输入饱和约束的近似处理误差、模型参数不确定性以及系统外部扰动扩张为一个新的状态,进而设计扩张状态观测器对系统总和扰动进行估计,在此基础上设计系统自适应积分滑模控制器,从而改善普通滑模控制中抖振突出的问题,保证系统的跟踪控制性能。对所提控制方法进行了仿真验证,结果表明,所提控制方法在执行器输入饱和约束、模型参数不确定性以及外部扰动等因素影响下能够保证跟踪误差快速稳定收敛。     

采用模糊扩张状态观测器的四旋翼无人机滑模轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机(UAV)的轨迹跟踪控制存在外界未知扰动的问题,提出一种基于模糊扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制算法.首先,根据双闭环控制结构分别对姿态内环、位置外环引入模糊扩张状态观测器,利用该观测器对系统所受到外部总扰动进行在线估计.然后,根据模糊扩张状态观测器的观测值,设计非奇异快速终端滑模控制器,保证四旋翼无人机的状态变量可在有限时间内收敛于期望轨迹.最后,根据李亚普诺夫理论,得出四旋翼无人机系统的闭环稳定性,并通过仿真对比实验验证该控制算法的优越性.结果表明：所提的控制算法可以提高跟踪性能,并有效增强系统的抗外界干扰能力.     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机自适应滑模调速控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统存在参数不确定性及负载扰动问题,提出了一种基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法.在系统模型存在参数不确定性及负载扰动情况下,通过扩张状态观测器对系统的总和扰动进行实时观测,并在控制过程中加以前馈补偿以降低系统总和扰动对控制精度的影响,提高系统的动态性能.由于系统观测误差上界无法精确获得,自适应滑模控制器中的切换控制增益采用参数自适应律来调节,可有效改善系统的抖振现象,保证系统输出高精度跟踪期望信号.仿真结果表明,与传统的比例-积分(proportional-integral,PI)控制方法相比较,提出的基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法具有转速超调量小,响应速度快,对系统的参数不确定性及负载扰动具有很强的抑制力,且能够有效减弱滑模控制的抖振问题和提高系统的鲁棒性能.     

有界噪声条件下基于集员滤波的扩展目标跟踪方法

现有概率框架下的扩展目标跟踪方法需要已知系统量测噪声统计特性,然而在实际过程中量测噪声大多为边界已知而统计特性未知的有界噪声,其难以利用概率方法对扩展目标运动状态与形态进行计算。针对有界噪声条件下的扩展目标跟踪问题,提出一种基于集员滤波的扩展目标跟踪方法,该方法通过UBB椭球集合对量测噪声进行表示,并采用集员滤波对运动状态集合参数进行计算。在对扩展目标形态估计过程中,结合凸包计算几何理论中的Graham scan算法,求解包含目标形态最大误差的最小边界矩阵,最后利用仿射变换和偏移超曲面计算椭球Minkowski差的边界参数,从而对目标形态矩阵进行更新。仿真结果表明,在有界噪声条件下,相比于传统概率框架下的贝叶斯滤波方法,文中所提出的方法对目标运动和扩展形态的跟踪精度更高。     

不确定重尾量测噪声干扰下的鲁棒目标跟踪算法

不确定重尾量测噪声干扰下的鲁棒目标跟踪算法