海流扰动下无人水下航行器的动态面反演轨迹跟踪控制

针对存在未知海流扰动条件下无人水下航行器(unmanned underwater vehicle, UUV)的轨迹跟踪控制问题, 提出一种欠驱动UUV的动态面反演轨迹跟踪控制方法。首先, 设计一种改进型海流扰动观测器来估测航行器动力学模型中存在的未知海流扰动。然后, 采用反演法并结合动态面控制技术设计三维轨迹跟踪控制器, 将控制算法中微分运算转换为简单且易于实现的代数运算, 降低控制算法复杂性的同时避免“微分爆炸”问题, 结合李雅普诺夫理论证明系统闭环稳定性。最后, 对所设计的控制器进行仿真验证, 结果表明所设计观测器能够有效应对时变海流干扰问题, 精确地完成UUV的轨迹跟踪控制任务。     

A Composite Adaptive Fault-Tolerant Attitude Control for a Quadrotor UAV with Multiple Uncertainties

In this paper, a composite adaptive fault-tolerant control strategy is proposed for a quadrotor unmanned aerial vehicle (UAV) to simultaneously compensate actuator faults, model uncertainties and external disturbances. By assuming knowledge of the bounds on external disturbances, a baseline sliding mode control is first designed to achieve the desired system tracking performance and retain insensitive to disturbances. Then, regarding actuator faults and model uncertainties of the quadrotor UAV, neural adaptive control schemes are constructed and incorporated into the baseline sliding mode control to deal with them. Moreover, in terms of unknown external disturbances, a disturbance observer is designed and synthesized with the control law to further improve the robustness of the proposed control strategy. Finally, a series of comparative simulation tests are conducted to validate the effectiveness of the proposed control strategy where a quadrotor UAV is subject to inertial moment variations and different level of actuator faults. The capabilities and advantages of the proposed control strategy are confirmed and verified by simulation results.

     

Feedforward and feedback optimal control for linear time-varying systems with persistent disturbances

1 .INTRODUCTIONIn nature ,there are various external disturbancesaffecting the performances of systems . Many con-trol problemsinvolve designing a controller capableof stabilizing a given linear system while mini mi-zing the worst-case response to some additive dis-turbances . This problemis relevant to disturbancerejection and cancellation. One application area ofinterest is flight control through wind shear ,where disturbances arise from a modal for windshear based on harmonic oscillati…     

Cooperative Neuro Adaptive Control of Leader Following Uncertain Multi-Agent Systems with Unknown Hysteresis and Dead-Zone

In this paper, a cooperative adaptive control of leader-following uncertain nonlinear multiagent systems is proposed. The communication network is weighted undirected graph with fixed topology. The uncertain nonlinear model for each agent is a higher-order integrator with unknown nonlinear functions, unknown disturbances and unknown input actuators. Meanwhile, the gains of input actuators are unknown nonlinear functions with unknown sign. Two most common behaviors of input actuators in practical applications are hysteresis and dead-zone. In this paper, backlash-like hysteresis and dead-zone are used to model the input actuators. Using universal approximation theorem proved for neural networks, the unknown nonlinear functions are tackled. The unknown weights of neural networks are derived by proposing appropriate adaptive laws. To cope with modeling errors and disturbances an adaptive robust structure is proposed. Considering Lyapunov synthesis approach not only all the adaptive laws are derived but also it is proved that the closed-loop network is cooperatively semi-globally uniformly ultimately bounded(CSUUB). In order to investigate the effectiveness of the proposed method, it is applied to agents modeled with highly nonlinear mathematical equations and inverted pendulums. Simulation results demonstrate the effectiveness and applicability of the proposed method in dealing with both numerical and practical multi-agent systems.     

带非线性观测器的欠驱动船舶自适应动态面输出反馈轨迹跟踪控制

针对船速与艏摇角速度均不可测的三自由度欠驱动船舶轨迹跟踪问题,考虑在海洋环境扰动未知,提出一种带非线性观测器的动态面自适应输出反馈控制方法。该方法通过对系统模型进行坐标变换,设计非线性观测器估计船舶的速度向量;采用动态面技术可处理反演法对虚拟控制量求导导致的“微分膨胀”问题,减少计算量;同时采用自适应律估计海洋环境干扰的界值,从而防止参数漂移。利用Lyapunov函数证明该控制律可保证船舶轨迹跟踪误差的一致最终有界性,仿真结果证明了所提出控制方法的有效性。     

Global Disturbance Rejection of Switched Nonlinear Systems with Switched Internal Model

This paper investigates the problem of global disturbance rejection for a class of switched nonlinear systems where the solvability of the disturbance rejection problem for subsystems is not assumed. The disturbances are assumed to be sinusoidal with completely unknown frequencies, phases and amplitudes. First, as an extension of the classic concept of internal model for non-switched systems, a switched internal model is proposed. Second, in order to solve the problem under study, an adaptive control method is established on the basis of the multiple Lyapunov functions method. Also, adaptive state-feedback controllers of subsystems are designed and incorporated with a switching law to asymptotically reject the unknown disturbances. Finally, an example is provided to demonstrate the effectiveness of the proposed design method.     

空间机器人的增广自适应神经网络补偿控制

研究了具有外部扰动空间机器人系统的补偿控制问题。首先,给出了漂浮基空间机器人系统的动力学方程。进而借助于增广变量思想,针对系统存在有未知惯性参数及外部扰动的复杂情况,先后设计了空间机器人系统关节运动、末端爪手运动的增广自适应神经网络补偿控制方案。所提控制方案无需对载体的位置、线性速度和线性加速度进行实时地测量与反馈;且较比传统自适应控制方法,又不要求动力学方程满足关于系统惯性参数的线性函数关系,因此有效避免了对系统回归矩阵进行繁琐提取的麻烦。仿真运算,验证了上述控制方法的有效性。     

基于自抗扰的反步滑模制导控制一体化设计

针对导弹末制导段的制导控制问题,基于自抗扰控制和反演终端滑模控制,提出了一种导弹制导控制一体化设计算法。利用块严格反馈系统描述一体化模型,将存在的模型误差、目标机动等看做未知干扰。采用扩张状态观测器对系统不确定性和干扰进行估计和补偿。设计反步终端滑模控制方法实现导弹的姿态控制。仿真证明了设计的一体化算法可以获得较小的脱靶量,系统对存在的内外干扰和不确定性具有较强的鲁棒性。     

基于扩张观测器的输入受限四旋翼飞行器轨迹跟踪动态面输出反馈控制

针对速度不可测和输入受限的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在模型动态不确定和外界干扰未知的情况,提出一种输入受限四旋翼飞行器轨迹跟踪动态面输出反馈控制方法。该方法首先设计非线性扩张状态观测器估计飞行器系统的速度和广义扰动,然后结合反演法和动态面技术设计动态面轨迹跟踪控制律,以降低控制算法的复杂性,同时引入双曲正切函数解决控制输入饱和问题,并构造辅助方程降低饱和效应,最后选取李雅普诺夫函数证明闭环系统所有信号一致最终有界。以大疆M100飞行器为目标进行控制仿真,结果表明,所设计的输出反馈控制器能够有效地处理飞行器系统控制输入受限、速度不可测和未知干扰问题,实现飞行器精确轨迹跟踪控制。     

一类非线性系统的鲁棒自适应控制

针对一类含有不确定参数和未知扰动的非线性系统，提出一种鲁棒自适应控制方法以确保系统输出稳定地精确跟踪给定的参考信号。控制器的设计分两步进行：首先，在不考虑扰动的情况下，采用一种基于参数映射的Lyapunov设计方法设计系统参数自适应控制器；然后，在该自适应控制器的基础上，采用衰减控制策略设计鲁棒补偿器，实现对扰动的抑制。最后通过数字仿真验证了设计方案的有效性。     

机器人位置/力混合鲁棒自适应控制

提出一种机器人位置/力混合控制的鲁棒自适应算法,利用自适应算法调节机器人系统的未知参数,为了避免在外界干扰作用下引起自适应参数的漂移,在参数自适应律中引入死区,使自适应控制器具有较强的鲁棒性能,滑模控制消除了死区自适应律引起的参数误差,并且具有较强的干扰抑制能力,使机器人末端执行器能够沿环境约束运动,并与约束表面保持期望的接触力,保证了位置和力轨迹跟踪的鲁棒性与精确性。二连杆机器人的仿真分析说明了算法的有效性。     

扑翼微型飞行器非线性H∞姿态控制

给出了扑翼微型飞行器姿态控制系统的数学模型,并提出了一种新颖的非线性H∞控制方法。飞行过程的复杂性使得姿态控制极具挑战性,主要困难是系统表现为非线性、时变参数以及各种干扰。为此提出了一种全局非线性H∞控制策略,系统控制综合是基于李亚普诺夫理论而非求解HJI偏微分方程。该方法克服了时变参数及未知干扰对系统的影响。证明了控制器的全局渐进稳定性并将其用于扑翼微型飞行器非线性H∞姿态控制系统的仿真,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

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。     

基于模糊辨识的混合鲁棒自适应控制

针对一类多输入多输出不确定非线性系统,提出一种基于模糊辨识的混合鲁棒自适应控制方法。该方法探讨了自适应模糊控制器的参数自适应律由跟踪误差和逼近误差共同进行调节,并从理论分析和仿真角度证明了该方法比参数自适应律仅用跟踪误差进行调节的控制器具有更好的跟踪效果,该方法加快了系统跟踪误差的收敛速度。将该算法用于两连杆机械手轨迹跟踪,仿真结果表明该算法具有跟踪精度高,收敛速度快的优点。     

基于负载观测器的永磁同步电机能量成型控制

针对永磁同步电机(PMSM)负载转矩已知和未知情况,采用能量成型控制方法和负载观测器技术,研究了PMSM的建模与速度控制问题。建立了PMSM的端口受控哈密顿系统模型,给出了闭环系统期望的哈密顿函数,配置了期望的互联和阻尼矩阵,设计了系统的控制器和负载转矩观测器,分析了系统平衡点的稳定性。仿真结果表明,所提出的方案对负载转矩已知和未知情况具有很好的转速控制性能和负载扰动抑制能力。     

电液系统神经网络自适应控制的研究

提出一种采用神经网络非线性系统控制的结构及原理．即采用两个ＢＰ神经网络,一个用来对被控系统进行在线辨识,另一个用做非线性自适应控制器．并对具有未知外部负载干扰的电液位置伺服系统进行了动态仿真,讨论了神经元激励函数形状因子、神经网络节点数以及神经网络训练次数对控制系统性能的影响     

FINITE TIME TRACKING CONTROL FOR RIGID ROBOTIC MANIPULATORS WITH FRICTION AND EXTERNAL DISTURBANCES

1.Introduction Variable structure control is well known for its robustness to system uncertainties and external disturbances and has been successfully applied to the rigid robotic manipulator systems(Utkin(1992),Zinober(1990)).Generally,a linear sliding mode is firstly designed to describe the desired system error dynamics,a robust controller drives the switching plane variables to reach the sliding mode,and the error dynamics will asymptotically converge to zero on the linear sliding mode.Si…     

主从FitzHugh-Nagumo神经元的鲁棒输出同步控制

籽内模理论应用于混沌吸尹／子的同步控制,针对电耦合FitzHugh-Nagumo神经元中存在未知的参数和不确定的异质扰动,引入内模并设计合适的状态反馈控制器保证了主从系统的鲁棒输出同步的半局Lyapunov渐进稳定性,有效克服了系统不确定异质干扰的影响;仿真结果验证了所提控制方法的有效性。     

不确定非线性系统自适应滑模跟踪控制及应用

针对一类非匹配不确定非线性系统,设计了一种高阶鲁棒自适应反推滑模变结构控制方法。在控制器设计中,考虑存在系统建模误差和外界未知干扰,借鉴动态面思想降低控制器复杂性,引入双曲正切函数和抖振衰减因子降低控制输入抖振,设计系统建模误差自适应律增强控制器鲁棒性,并将系统的稳定性证明简化为判断一个n阶对称矩阵的正定性问题。将设计的反推滑模控制器用于F-8飞机纵向机动控制并进行仿真,实现了飞机对指定轨迹的稳定跟踪。     

基于模糊干扰观测器的轨迹线性化控制研究

针对一类非线性不确定系统,基于轨迹线性化控制(TLC)方法及模糊干扰观测器(FDO)技术研究了一种新的非线性控制结构。利用模糊系统具有以任意精度逼近非线性函数的能力设计FDO对未知干扰和不确定进行估计,并通过鲁棒控制项来提高系统的性能。采用Lyapunov方法,证明了跟踪误差和干扰观测误差一致最终有界。最后利用提出的控制方案针对数值算例进行了仿真验证,仿真结果表明了控制方案的有效性和鲁棒性。