轧机液压伺服系统多模型切换自适应反步控制

针对轧机液压伺服系统工作过程中弹性负载力和外负载力的跳变,基于公共Lyapunov函数方法和自适应反步控制方法,提出了一种多模型切换自适应反步控制策略.该方法结合自适应反步控制的特点和公共Lyapunov函数的设计要求,通过反步法设计了各子系统的状态反馈控制器和不确定上界参数的自适应估计器,取反步法的Lyapunov函数作为公共Lyapunov函数,保证了系统在任意切换下的渐近稳定.自适应反步法和公共Lyapunov函数方法的结合,便于公共Lyapunov函数的求取,又解决了同时存在参数跳变和参数慢时变的问题.仿真结果表明,该方法能够保证轧机液压伺服系统具有良好的动静态性能,并对参数跳变和参数慢时变具有较强鲁棒性.     

一类非线性切换系统的非脆弱鲁棒H_∞控制

针对一类不确定非线性切换系统,在控制器存在摄动的情况下,给出了非脆弱状态反馈控制器和切换律的设计方案.利用多Lyapunov函数方法,通过子系统之间的切换,使系统对所有允许的不确定性渐近稳定且具有H∞性能界.该问题可解的充分条件不依赖于Hamilton-Jacobi不等式,所提出的方法不要求任何一个子系统渐近稳定.作为应用,当单一的连续控制器难以实现时,借助混杂状态反馈策略,讨论了非切换不确定非线性的非脆弱鲁棒H∞控制问题.最后用一个例子验证了结论的有效性.     

一类随机大系统的自适应有界镇定

研究了一类具有严反馈形式、含有有界不确定参数的非线性随机大系统的镇定问题,在充分考虑各子系统之间互联项影响的基础上,设计了这类组合系统的状态观测器,再运用反步法技术,通过构造四次型随机控制Lyapunov函数,设计出一种自适应输出反馈分散控制器.在此控制器作用下,所考虑的闭环、互联非线性随机大系统实现了概率意义下的有界稳定.仿真结果表明了该控制算法的有效性.     

一类欠驱动系统的解耦滑模控制方法

针对一类欠驱动系统的稳定控制问题,提出了一种解耦滑模控制器的设计方法.首先将整个系统分成2个子系统,分别设计2个子系统的滑动面.然后利用其中一个子系统滑动面的反正切函数来构造一个中间变量,将该变量引入到另一个子系统的滑动面中,进而构造出整个系统的滑动面.最后利用等效控制法求取系统在该滑动面上的等效控制量,并采用李雅普诺夫稳定性定理设计系统的切换控制量,从而获得系统最终的控制输入量.该方法解决了传统解耦滑模控制方法中存在的控制系统稳定性无法保证的问题,并可简化解耦滑模控制器的设计.从理论上分析了系统各个滑动面的渐近稳定性,并且通过桥式吊车系统的仿真实验验证了该方法的有效性.     

一类时变参数的Sontag型控制器设计

采用弱控制Lyapunov函数方法,对非线性仿射系统进行了时变Sontag型控制器设计.通过聚点条件保证了此控制器的全局连续性,并利用LaSalle不变集原理证明了该控制的全局镇定性以及对一定范围的输入不确定性具有鲁棒性.此外,调节时变参数减弱了控制器性能对控制Lyapunov函数选择的依赖,并使控制器对可调整的系统控制指标具有最优性.最后通过对一开环不稳定系统的仿真研究,说明了本文控制器的有效性和实用性.     

基于反步控制的被动力伺服系统全状态反馈控制

针对被动力伺服系统的多余力矩问题,提出一种基于反步控制的全状态反馈控制方法,并利用Lyapunov函数的稳定性定理保证了设计控制器的稳定性.与以往解决加载多余力矩时不同,该控制器不仅使用加载系统各状态量,而且使用了承载系统的各状态量,在建立系统非线性模型的基础上,将系统方程重组成多个虚拟子系统,利用反步控制思想对每个虚拟系统设计虚拟控制量,进而一步步反向推导出含有加载系统和承载系统各个状态量的非线性控制器.因此,该控制器能够更加准确地抑制多余力矩,仿真结果也证明了该控制器的有效性.     

基于backstepping的一类多输入非线性系统的控制设计

基于backstepping设计方法,讨论一类非线性系统的状态反馈镇定问题.针对这类非线性系统的特殊情形,运用backstepping方法,先设计其具有严格三角结构形式的嵌入子系统的控制器,进而推出整个系统的控制器,并利用Lyapunov方法证明所设计的控制器能使整个系统是渐近稳定的.最后通过实例验证了结果的正确性.     

带有状态约束的非线性切换系统的H_∞控制器设计

研究了一类带有状态约束的下三角结构的非线性切换系统的H∞控制器设计问题,利用障碍Lyapunov函数方法处理状态约束问题.针对该非线性切换系统利用反步设计技术来构造状态反馈控制器,在每一步的设计过程中,通过选取合适的障碍Lyapunov函数构造系统的共同障碍Lyapunov函数来处理状态约束条件,再经过一系列处理给出每步的虚拟控制器的具体表示形式,以此类推,从而设计出该非线性切换系统在任意切换条件下的H∞控制器.最后通过算例进行数值仿真说明了所得结果的有效性.     

一类非线性时滞系统通过自适应Backstepping的控制

考虑了一类非线性时滞系统的自适应控制问题。利用Lyapunov函数和Backstep-ping方法设计了一个自适应状态反馈控制器,利用递归原理同时构造Lyapunov函数和镇定控制器,将复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的子系统,然后为每个子系统设计部分Lyapunov函数和中间虚拟控制量,一直“后推”到整个系统,再考虑自适应非线性时滞系统式(1),最后选取Lyapunov函数式(4)。经过推导,使得由式⑴和式⑸组成的闭环系统是全局稳定的。     

基于神经网络逼近的磁浮列车动态悬浮控制

为了有效提高磁浮列车悬浮系统在负载扰动和轨道不平顺扰动下的动态特性,提出了一种基于Lyapunov稳定性分析的径向基神经网络逼近算法使悬浮间隙能够在有界范围内达到最优。首先,以悬浮负载为受控对象建立系统垂向动力学方程和电压控制方程,以此构造能够表征系统非线性的状态空间方程。其次,确定径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络基本结构,根据悬浮间隙误差约束条件和控制电流构造输入输出,并以此设计控制律保证所输出悬浮间隙能够在多种扰动的综合作用下持续稳定;再次,基于Lyapunov稳定性第二判据证明系统闭环稳定,能够在误差整定过程中使得间隙误差收敛于无穷小。最后,通过与目前应用较为广泛的比例-积分-微分(proportion-integral-derivative, PID)控制算法进行仿真对比,在非线性负载力和不平顺扰动下分析验证所提出控制算法的有效性。结果表明:所提控制算法比PID控制算法具有更好的鲁棒性。     

低速磁浮列车悬浮系统动力学建模及非线性控制研究

以国家磁浮交通工程技术研究中心的低速磁浮列车为研究对象,探讨了外界扰动、非线性和时变性条件下悬浮控制系统的设计问题.首先建立悬浮系统非线性数学模型,并搭建悬浮系统仿真平台.然后设计线性PD（proportion differentiation）控制律,仿真表明其性能依赖参数的选取,对扰动敏感,鲁棒性弱.为提高悬浮控制器的鲁棒性,由可变边界层和指数趋近律出发,导出改进型的滑模控制律.用Lyapunov法证明其稳定性.仿真结果表明该控制律动态性能好,控制精度高,鲁棒性强,且能有效抑制系统颤振.最后通过整车试验证明所提出的改进型滑模控制律的有效性.     

基于动态面控制的MIMO自适应神经网络控制

针对一类具有未知函数控制增益的多输入多输出(M IM O)非线性系统,基于后推设计方法和动态面控制技术,提出一种间接自适应神经网络控制方案.该方案通过引入1阶滤波器,消除了后推设计中由于反复对虚拟控制的求导而导致的复杂性问题,并避免了反馈线性化方法可能出现的控制器奇异性问题,参数估计无需使用投影算法.利用李亚普诺夫方法,证明了闭环系统半全局一致终结有界,通过适当选取设计常数,跟踪误差可收敛到原点的一个小邻域内.仿真结果表明了该方法的有效性.     

串级系统的自适应设计

利用反演法，对一类串级系统进行了自适应的控制设计。本文利用了关于串级系统的研究结果，将反演法推广到更一般形式的串级系统。设计的主要技术思想是：对每个子系统，引入中间虚拟控制变量，通过建立和推导各阶段的Lyapunov函数，设计出每个阶段的虚拟控制和调整函数，逐步实现各个阶段的镇定，利用递归设计方法，逐步修正算法，在设计的最终阶段，得到参数估计的实际更新法则和系统反馈控制律，从而实现系统的自适应设计。     

基于动态面backstepping控制的高超声速飞行器自适应故障补偿设计

针对带有冗余舵面的高超声速飞行器纵向模型,考虑舵面出现卡死故障情况下,分别设计了基于backstepping的高度容错控制器与基于动态逆的速度跟踪控制器.在运用backstepping自适应设计高度控制器时,采用动态面设计方法,引入一阶滤波器,避免了设计中对虚拟信号求导带来的复杂计算问题.针对舵面出现未知故障(不确定故障模式、大小、发生时间)的情况,设计容错控制器结构,给出实现故障补偿控制的匹配条件,根据Lyapunov稳定性理论设计的控制器参数自适应律保证系统的稳定性与指令跟踪性能.针对舵面出现卡死故障的情况,仿真对控制算法进行了验证,得到了较理想的控制效果.     

磁悬浮列车轨道间隙控制系统的自适应控制

建立磁悬浮列车悬浮模型,采用状态反馈控制、模型参考自适应控制方法,研究磁悬浮列车轨道间隙控制问题。仿真表明,设计的极点配置状态反馈控制器能使磁悬浮列车轨道间隙控制系统稳定,基于李雅普诺夫稳定性理论设计的模型参考自适应控制方法具有较高的控制精度和一定的快速性。     

基于自适应Backstepping的PMSM速度控制器设计

为了设计交流永磁同步电机的高性能速度控制器,提出了一种基于自适应Backstepping的速度控制器设计方法.基于永磁同步电机的数学模型,以速度跟踪为目标,把系统分解成几个子系统,为每个子系统设计Lyapunov函数和中间虚拟控制量,再后退到整个系统,得出实际控制量电压的直轴和交轴分量.为了抑制永磁同步电机存在的参数摄动、负载摄动等不确定因素对系统性能的影响,引入自适应与反推控制相结合的策略,使系统能够根据参数的变化自行调整,保证系统的性能及其稳定性.Matlab仿真结果表明,系统具有良好的稳态精度和动态性能.     

基于一阶低通滤波器滑模反步法的直流电机位置控制

针对直流电机位置控制系统在负载扰动情况下存在控制精度低、响应速度慢和鲁棒性差的问题,提出了基于一阶低通滤波器滑模反步法的直流电机位置跟踪控制算法.通过滑模反步法进行虚拟控制实现直流电机实际位置控制.利用一阶低通滤波器计算虚拟控制项的导数,消除微分膨胀,使控制器设计简单,但同时造成了相位滞后.通过前馈环节对一阶低通滤波器造成的相位滞后进行补偿.考虑位置跟踪、虚拟控制和滤波误差设计线性动态滑模面,改进滑模变结构控制律的切换控制项,提高滑模趋近速度,同时降低系统输出抖振.定义了Lyapunov函数,证明系统稳定性.仿真实验对比了比例积分微分(proportion integration differentid,PID)控制和传统滑模控制算法,结果表明,该方法能够快速、准确地跟踪给定位置信号,同时具有较好的鲁棒性.