受扰线性离散时滞系统的最优控制设计

研究含外部确定扰动的线性离散时滞系统的最优控制问题.采用逐次逼近算法给出了系统前馈反馈最优控制律的设计方法,利用扰动观测器解决了最优控制律的物理可实现问题.仿真算例表明,该算法有效并容易实现,且对外部确定扰动的鲁棒性优于反馈最优控制.     

Optimal disturbances rejection control for singularly perturbed systems with time-delay

The optimal control design for singularly perturbed time-delay systems affected by external disturbances is considered. Based on the decomposition theory of singular perturbation, the system is decomposed into a fast subsystem without time-delay and a slow time-delay subsystem with disturbances. The optimal disturbances rejection control law of the slow subsystem is obtained by using the successive approximation approach (SAA) and feedforward compensation method. Further, the feedforward and feedback composite control (FFCC) law for the original problem is developed. The FFCC law consists of linear analytic terms and a time-delay compensation term which is the limit of the solution sequence of the adjoint vector equations. A disturbance observer is introduced to make the FFCC law physically realizable. Numerical examples show that the proposed algorithm is effective.     

带持续扰动线性时滞大系统前馈反馈最优控制

针对在外部持续扰动下的线性时滞大系统,提出了一种前馈反馈最优控制的逐次逼近算法;将既含有时滞项和超前项,又含有耦合项的两点边值问题,转化为既不含有时滞项和超前项,又不含有耦合项的非奇次线性两点边值问题族,该线性两点边值问题族的解序列一致收敛于原最优控制问题的解;得到的最优控制律由解析的无时滞前馈反馈控制部分和伴随向量序列极限形式的时滞补偿控制部分组成,补偿项由逐次逼近法求解一族线性伴随向量方程的解序列求得;截取时滞补偿序列的有限项,得到大系统的前馈反馈最优控制律。     

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。     

控制时滞与测量时滞采样系统的最优扰动抑制

研究在持续外部扰动作用下,具有控制时滞和测量时滞的采样线性系统前馈-反馈最优扰动抑制控制器设计问题.首先将采样系统离散化为时滞离散系统,再利用模型转换将时滞离散系统转换为无时滞系统;对转换后的系统设计前馈-反馈最优控制器,证明其存在唯一性;通过求解Riccati矩阵方程和Stein方程,设计含控制记忆项的最优控制律,利用控制记忆项补偿时滞对系统产生的影响;然后通过构造降维状态观测器解决前馈控制物理不可实现以及状态不完全可测的问题.最后通过仿真示例,证实运用模型转换方法所设计的最优扰动抑制控制器,能够有效地补偿时滞给系统带来的影响,并实现扰动抑制.     

基于模糊控制二级倒立摆实验装置数模的建立

针对经典控制方法难以实现对二级倒立摆实验装置系统的实时控制问题,需对实验装置的控制系统进行二次开发,为此,引入模糊控制方法改善原有的线性控制算法．模糊控制的核心是模糊控制规则,所以确定合适有效的控制规则成为解决问题的关键．采用基于经验和基于系统仿真结果两者相结合的方法,制定出了简单适用的规则库．调试结果表明,同时系统具有良好的稳定性．对二级倒立摆实验系统的实例仿真表明,该设计算法易于实现,在抑制外部扰动和实时控制性方面优于经典的状态反馈最优控制．     

基于SVM-ADRC的全垫升气垫船航向控制

为改善全垫升气垫船的操纵性,提出了一种基于支持向量机的参数自整定自抗扰控制算法.采用扩张状态观测器观测系统内外扰动并加以补偿,利用非线性误差反馈控制律提高控制性能.利用支持向量机辨识系统非线性关系,建立其瞬时线性化模型.结合最优控制的二次型性能指标思想,实现自抗扰控制参数的自整定.仿真结果表明：在恶劣环境扰动下,所设计控制器能够实现全垫升气垫船航向的精确控制,调节时间短、超调量小、自适应性强.     

平面正弦钢球传动机构接触力影响因素分析

建立了平面正弦钢球传动机构的钢球接触力分析模型,在MATLAB中使用Newton-Raphson的方法绘制出主动圆盘正弦轨道对钢球的接触力、保持架活动槽对钢球的接触力以及从动圆盘正弦轨道对钢球的接触力随主动圆盘转角的变化曲线。同时,以正弦曲线振幅、平面正弦曲线槽周期、法线圆半径以及正弦轨道截面圆半径为基础,使用控制变量的方法进行数值模拟,归纳出平面正弦钢球传动机构中基本结构参数单独改变时钢球接触力曲线特性的变化规律。最后,将设计经验与理论数值相结合确定了机构中基本结构参数的取值,为平面正弦钢球传动机构中钢球接触力的优化设计提供了理论依据。     

基于全状态线性化的非线性系统扰动抑制

研究在持续外界扰动作用下非线性系统的扰动抑制问题.运用全状态线性化原理设计非线性扰动抑制控制律,利用其中的非线性控制抵消了开环非线性.对转换后的线性系统设计最优扰动抑制控制律,其中的前馈控制补偿了扰动对系统的影响.仿真示例验证了所设计的控制律能够有效地实现非线性系统的扰动抑制.     

一类非线性奇异摄动系统的次优控制

研究一类非线性奇异摄动系统的线性二次型最优控制问题.基于奇异摄动的快慢分解理论,将系统分解为一个快子系统和一个降阶的非线性慢子系统.利用逐次逼近方法,得到了非线性慢子系统的最优控制律,进而结合快子系统的最优控制律得到了原系统的次优控制律.仿真算例表明了算法的有效性.     

一种新的鲁棒离散自适应控制方法研究

本文提出一种对测量仪表和控制器误动作等引起的大扰动或异常值有较好鲁棒性的离散自适应控制策略,并讨论了基于文献[6]的鲁棒辨识算法的自适应控制算法,对确定性线性系统中的稳定性和跟踪最优性、递推参数估计的收敛性和一致性的两定理进行了证明。计算机仿真表明,本文控制算法对大扰动或异常值具有良好的鲁棒性和最优跟踪特性。     

Design of an Attitude and Disturbance Rejection Controller for Spacecraft

According to the Rodrigues parameter and the internal model principle,an adaptive state feedback control law is proposed for a rigid spacecraft with inertia uncertainty and exotic disturbances generated by an unknown nonlinear exosystem.The uncertainty of parameters is treated by an adaptive control law.And a new internal model is proposed to estimate the exotic disturbances.By using the Lyapunov analysis method,the control law is designed to ensure that the system's state variables asymptotically converge to stable,and the disturbances can be completely rejected.Finally,numerical simulations are included to demonstrate the performance of the presented controller.     

基于遗传算法的稳定自适应模糊控制器的优化

采用模糊动态模型,对连续时间的高阶非线性系统进行了模糊控制。通过模糊推理,选择起主导作用的局部子系统的状态反馈控制,并作用于整个系统。利用大系统分散控制关联稳定性的概念和方法,得到了闭环模糊系统稳定的充分条件,并在此基础上给出了对模糊控制器进行优化设计的一种遗传算法实现策略。同时,仿真例子也验证了该设计方法的正确性。     

基于线性二次型高斯（LQG）理论的最优制导规律

以线性二次型高斯（LQG）理论为基础，研究一种最小化末端脱靶量和拦截周期内控制能量消耗的具有可变有效导航比的LQG最优制导规律，分析了这种制导规律的有效导航比及其在战术导弹上的应用，应用伴随方法对这种制导规律进行制导性能仿真计算。结果表明：这种制导规律的控制精度高，机动过载要求小。     

一类有界干扰的线性切换系统的可镇定性

研究了带干扰的线性定常切换系统可镇定性问题.当切换模型集合是一致能控的紧集时,如果切换信号可以观测,且切换频率有界,则可构造状态反馈使得切换系统全局稳定.     

标准锅炉系统的适应性非线性控制

为了保证标准锅炉系统实现大范围、全工况优化运行,提出一种双环的控制结构,即内环采用适应性非线性控制,实现输入-状态反馈线性化,而外环采用线性控制器。该控制策略能自动抑制系统参数不确定性和外部扰动等模型未知因素的影响,不依赖模型的精确数学表达式。仿真表明,该适应性非线性控制策略是解决一类具有非最小相位特性的非线性系统控制问题的有效途径。     

减速带路面工况下线性和非线性模型悬架的最优阻尼比

为研究减速带路面工况下悬架最优阻尼比,搭建了二自由度汽车悬架线性及非线性模型,并采用Matlab/Simulink软件建立正弦截面减速带路面时域模型以通过仿真验证路面模型准确性。在此基础上,根据ISO标准中频率加权系数设计频率加权滤波网格;探讨脉冲输入下悬架线性模型的局限性,提出考虑车轮离地、撞击限位块场景下的二自由度悬架非线性模型;最后采用振动剂量值VDV和轮荷冲击系数k作为减速带路面工况下平顺性评价指标,仿真比较线性和非线性模型在考虑车轮离地、不同悬架限位块刚度以及不同行驶速度情况下的悬架最优阻尼比。研究表明仅考虑车轮离地非线性情况不会影响最优阻尼比,考虑撞击限位块时,不同限位块刚度以及不同车速均影响最优阻尼比. 该项研究结果为车辆悬架阻尼优化及控制提供了依据。     

一种分散鲁棒自适应控制器的设计方法

基于李雅普诺夫函数法,提出了一种适用于不确定性线性大系统的分散鲁棒稳定控制方法．系统的不确定性因素包括系统参数摄动、关联变化以及外界干扰．由于实际大系统的不确定因素复杂且系统关联变化很难描述,因而在控制律中又引入了对设计参数的自适应算法,大大简化了控制器的设计和实现．所提出的控制律可以保证系统在不确定性干扰和关联变化的情况下全局稳定,同时自适应算法使参数收敛．仿真结果表明了该控制方法的有效性     

PMSM speed control using adaptive sliding mode control based on an extended state observer

In this study,a composite strategy based on sliding-mode control( SMC) is employed in a permanent-magnet synchronous motor vector control system to improve the system robustness performance against parameter variations and load disturbances. To handle the intrinsic chattering of SMC,an adaptive law and an extended state observer( ESO) are utilized in the speed SMC controller design. The adaptive law is used to estimate the internal parameter variations and compensate for the disturbances caused by model uncertainty. In addition,the ESO is introduced to estimate the load disturbance in real time. The estimated value is used as a feed-forward compensator for the speed adaptive sliding-mode controller to further increase the system's ability to resist disturbances. The proposed composite method,which combines adaptive SMC( ASMC) and ESO,is compared with PI control and ASMC. Both the simulation and experimental results demonstrate that the proposed method alleviates the chattering of SMC systems and improves the dynamic response and robustness of the speed control system against disturbances.     

严格反馈非线性系统的自适应逆最优控制

介绍了逆最优控制的基本思想，针对一类具有未知定常参数和未知时变有界扰动的严格反馈非线性系统，给出了逆最优增益配置定理，使用Backstepping算法，设计了逆最优控制器。该控制器是非线性的、连续的，且比较容易实现，仿真结果表明该控制算法的有效性。同时指出逆最优控制系统具有稳定裕度，因而具有局域鲁棒性，其稳定裕度是线性二次型最优调节器状态反馈控制在非线性系统中的推广。