飞机全电刹车系统滑移率约束反演滑模控制

针对滑移率控制中要求保持刹车工作点的稳定性问题,提出基于障碍Lyapunov函数的反演滑模控制方法并应用于飞机全电刹车系统.考虑机电作动器的非线性特性,建立系统的状态空间模型并简化为严格反馈形式,将刹车系统的控制稳定性问题等效描述为含输出约束的系统镇定问题.根据反演控制思想,采用障碍Lyapunov函数方法获得刹车压力控制律,实现对滑移率的边界约束,并设计无抖振非奇异快速终端滑模控制器应用于机电作动机构,实现对参考刹车压力的快速跟踪.通过Lyapunov方法证明闭环系统稳定性,HIL实验结果表明控制策略的有效性.     

舵鳍联合减摇与航向保持的非线性控制方法

为了研究船舶在固定航速下横荡、横摇和艏摇三个自由度运动的舵鳍联合减摇与航向保持控制问题,通过状态空间的划分,将状态含有绝对值的系统转化成为不含绝对值的切换系统,利用SOS(sum of squares)技术,分别设计了非线性状态反馈切换控制器和单控制器,并结合Lyapunov稳定性理论给出了闭环系统镇定的充分条件。仿真结果表明:在外扰的影响下,所设计的控制器使得船舶减摇效果明显,而且能够保持期望的航向。     

基于自组织广义椭球基函数模糊系统的船舶航向保持控制

为能够以较小计算量实现船舶航向的精确控制,针对船舶航向保持控制设计一种基于自组织广义椭球基函数模糊系统(SO-GEBF-FS)的航向保持控制器.分析非线性船舶航向运动模型,介绍SO-GEBF-FS的结构及组成,并设计一种有效的规则生长修剪算法.采用DSC设计方法设计控制器,利用SO-GEBF-FS逼近其中不确定性,通过Lyapunov稳定性理论证明闭环系统稳定性.将所设计控制器应用于船舶航向运动数学模型,结果验证了该控制器的有效性和优越性.     

具有饱和约束的船舶航向非光滑反馈控制设计

针对具有饱和约束的船舶航向控制问题,提出一种基于Lyapunov稳定性理论的非光滑反馈设计实现航向无差控制.该方法结合闭环控制及开环控制两种设计手段,在保证船舶航向控制系统稳定的前提下,克服舵角工作范围约束,可在初始条件已知情况下,保证船舶在任意位置实现无差航向控制.多种情况下数值仿真结果验证了该非光滑设计方法的有效性.     

基于极点配置的智能体PID运动控制器参数优化

针对智能体的运动控制问题,以水面船舶减摇问题为例,采用易于工程实现的经典PID控制器,提出了一种以时间乘横摇和艏摇的绝对误差累积和为性能指标的单纯形优化算法来解决控制器参数优化正定问题,该方法在理论推导出控制器参数的结果后再以实际系统输出做为优化的依据进行参数整定,最终实现对横摇和艏摇的最优控制,很大程度上提高了控制器的实用性;同时由于横摇和和艏摇的频带特性之间的差异,通过引入高通滤波器更好地解决了舵减横摇对航向影响的问题,仿真结果表明单纯形算法优化的控制器参数提高了控制效果,加入高通滤波器降低了舵减摇对航向的影响。     

基于非线性干扰观测器的机械臂终端滑模控制

为了在干扰存在的情况下实现对五自由度机械臂的有效控制,提出了一种基于非线性干扰观测器的终端滑模控制策略.通过选择适当的非线性增益函数,干扰观测器能够精确地估计未知干扰,实现对控制器的补偿,降低滑模控制抖振.非奇异快速终端滑模面的设计提高了收敛速度,保证轨迹跟踪误差在有限时间内快速收敛.基于Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性,数值仿真结果验证了所设计方法的有效性.     

减摇航向自动舵的简捷鲁棒优化控制算法

为使航向自动舵在简捷鲁棒控制的基础上实现舵减摇功能,在小幅度增加控制成本的前提下增强船舶抗风浪能力,设计具有船舶航向保持、航向改变和舵减摇三种工作模式的简捷鲁棒优化控制系统.该系统在船舶运动状态和海况发生变化后,通过检测航向偏差和横摇角的标准差值是否超出设定阈值,进而适时地利用遗传算法优化控制系统参数.以非线性船舶运动模型为控制对象的仿真试验结果表明,该控制系统在船舶横摇自然频率附近较宽频带内减摇效果显著,并具有较好的转向和航向保持性能.控制器参数具有较好的自适应调整能力.     

基于指令滤波的全状态约束海洋水面船舶有限时间轨迹跟踪控制

该文研究了由外部时变干扰和模型不确定性构成的复合扰动作用下,具有全状态约束的海洋水面船舶(MSV)的有限时间轨迹跟踪控制问题.首先,引入有限时间扰动观测器来精确估计由外部扰动和模型不确定性构成的复合扰动.其次,将障碍李雅普诺夫函数、反步法和有限时间稳定性理论相结合,实现全状态约束.采用有限时间指令滤波器对虚拟控制律求导...     

不确定模糊系统的有限时间鲁棒H∞控制

讨论了一类不确定非线性模糊系统的控制问题,针对能量有界的输入干扰,设计了基于状态反馈的有限时间鲁棒H∞控制器.基于鲁棒控制理论,通过对状态反馈系统的分析,提出了使得系统既符合有限时间稳定又满足H∞控制指标的控制器存在条件.结合构造的Lyapunov-Krasovskii函数和线性矩阵不等式理论,给出了控制器存在的可行性描述.基于有限时间稳定性理论设计的鲁棒H∞控制器,使系统具有有限时间稳定,抑制干扰强,满足给定范数指标的特点.仿真实例说明了该设计方法的有效性.     

欠驱动水面船舶的轨迹跟踪模型预测控制器

针对在风、浪、流时变干扰下欠驱动水面船舶的轨迹跟踪控制问题,设计了一种基于模型预测控制的轨迹跟踪控制器.考虑到欠驱动船舶在没有横向驱动力情况下控制船舶纵向、横向和艏摇角3个自由度的运动,建立了仅有2个控制输入量且存在风、浪、流干扰下的非线性状态空间模型,在对模型近似线性化后应用线性模型预测控制方法设计出了一种考虑控制量极限约束、控制增量约束以及输出量约束的轨迹跟踪控制器.最后,在仿真环境下测试了系统对圆形轨迹的跟踪性能,并对约束进行了误差分析.结果表明,所设计的控制器能较好地满足跟踪性能,并能抵抗一定程度的环境干扰.     

基于模糊航向制导的AUV航迹控制方法研究

提出了基于模糊航向制导的水下机器人间接航迹控制方法，航向制导环采用模糊算法进行最优艏向实时解算，再以此艏向作为期望航向进行航向控制；为提高系统的鲁棒性和自适应性能，航向控制环采用滑模控制器，最终实现AUV的航迹跟踪，最后，根据此方法进行了航迹跟踪试验，结果表明模糊艏向解算器的航迹控制精度要大大高于PID艏向解算器，并且设计方法易于理解，便于工程设计和应用。     

考虑计算延迟的Boost变换器异步切换控制方法

为应对Boost变换器电路中控制律的计算延迟及高频切换,提出一种基于时间切换的有限时间异步控制方法实现变换器的稳定控制.首先利用切换系统方法建立Boost变换器在开关动作和电路拓扑切换间发生延迟的异步控制模型;然后结合平均驻留时间方法与多Lyapunov函数,利用占空比实现变换器的混杂切换控制;最后基于有限时间控制原理...     

具有变时滞的高阶模糊神经网络在有限时间内的周期间歇控制同步

研究一类高阶模糊神经网络在有限时间内的周期间歇控制同步问题.通过Lyapunov函数,有限时间内稳定性理论及一些不等式方法,在恰当的外部输入控制的条件下,基于p-范数得到了新的在有限时间内周期间歇控制同步的充分条件.还发现一个有趣的现象,周期间歇控制时间T和系统实现有限时间同步的时间珔T是对立关系.     

具有死区输入和输出受限系统的动态面控制

对存在死区输入和输出受限的动态非线性系统,给出一种基于动态面的控制策略.设计适当的待逼近未知连续函数,处理动态不确定性和非仿射函数的影响.引入对称障碍Lyapunov函数(barrier Lyapunov function, BLF),保证了BLF有界,实现输出受限.利用Lyapunov稳定性定理,分析得到闭环系统半全局一致最终有界,且满足输出约束.仿真算例验证了该策略的有效性.     

一类不确定非线性系统的模型偏差补偿跟踪控制算法

针对一类带有系统未建模动态和干扰的不确定仿射非线性系统,基于滑模变结构控制和模型偏差补偿控制的思想,给出一种轨迹跟踪数字控制器的实现方法.在采样周期足够小的情况下,利用连续时间系统的前向Euler近似离散模型,首先推导出等价控制项作为前馈控制.然后将导出的状态误差修正项和模型偏差补偿项代替滑模控制中的切换函数,其中状态误差修正项用来保证状态误差趋于零,模型偏差补偿项用来补偿系统的未建模动态和干扰的不确定性,从而既保证了控制系统的鲁棒性,又消除了抖动现象.最后通过构造Lyapunov函数,证明了该控制算法的稳定性,同时以两连杆机械臂的轨迹跟踪为目标的仿真实验也说明了此数字控制器的有效性.     

不确定模糊系统的有限时间鲁棒H_∞控制

讨论了一类不确定非线性模糊系统的控制问题,针对能量有界的输入干扰,设计了基于状态反馈的有限时间鲁棒H∞控制器。基于鲁棒控制理论,通过对状态反馈系统的分析,提出了使得系统既符合有限时间稳定又满足H∞控制指标的控制器存在条件。结合构造的Lyapunov-Krasovskii函数和线性矩阵不等式理论,给出了控制器存在的可行性描述。基于有限时间稳定性理论设计的鲁棒H∞控制器,使系统具有有限时间稳定,抑制干扰强,满足给定范数指标的特点。仿真实例说明了该设计方法的有效性。     

全任务航海模拟器的航迹保持算法

为满足全任务航海模拟器的功能需要,采用Visual C++重新进行设计,改进了原用C语言实现的船舶航迹自动舵.航迹保持算法采用间接式算法,超出偏差带时采用多模态控制,使船舶回到偏差带以内;航向保持采用常规PID控制算法.仿真结果表明,风力7级时,在超出偏差带或转向时船舶均能自动回到预定航线上,最大航迹偏差为2 n mile.采用VC实现的航迹自动舵可满足航海模拟器的功能要求.     

船舶航向/横摇鲁棒容错控制研究

为提高船舶航向/横摇控制系统的可靠性,改善系统故障情况下的容错控制效果,采用基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒容错控制方法,对船舶航向/横摇系统进行容错控制研究.建立船舶航向/横摇耦合运动模型,分析故障导致的模型等效不确定性,通过定义广义干扰,将模型变换为适合于H2/H∞鲁棒容错控制设计的标准模型.设计系统的性能评价指标,求解鲁棒容错控制器,并进行仿真验证.结果表明,船舶航向/横摇鲁棒容错控制系统具有良好的容错性能.     

考虑状态约束的液压系统自适应控制

针对液压伺服系统中的状态约束和不确定性问题,提出一种考虑状态约束的液压伺服系统自适应控制算法。该算法基于障碍李雅普诺夫函数设计了有限时间干扰观测器和自适应控制器,其中:有限时间干扰观测器用于干扰估计,且能保证估计精确;自适应控制器用于处理系统参数不确定性;障碍李雅普诺夫函数用于约束状态并保证闭环系统稳定。实验结果表明,该算法能够约束系统输出速度和加速度,系统期望跟踪指令幅值为10mm,稳态跟踪误差最大约为0.06mm,相对跟踪误差约为0.6%,系统跟踪精度得到了提高。     

一类约束线性切换系统的滚动优化控制

针对具有任意切换序列的约束线性切换系统,提出一种切换控制律的滚动优化设计方法.利用共同控制Lyapunov函数构造一个解析的无约束切换状态反馈控制律.基于滚动优化原理进行切换控制律的滚动优化再设计,使之满足系统约束和优化性能指标.利用共同控制Lyapunov函数的性质,在理论上证明所提切换控制律的渐近稳定性、逆最优性和共同扇形裕度(0.5,∞),并用数值仿真验证了结果的有效性.