基于预设性能的非线性系统反演自适应控制

为使非线性系统的输出变量具有期望的动态品质和稳态误差,本文基于预设性能函数的性质,对存在参数摄动的非线性系统,设计了一种预设性能的反演自适应控制算法。本文首先给出预设性能函数,使非线性系统的输出变量受预设性能函数所约束,接着通过数学变换,将受约束的输出变量转换为另一个无约束变量,再基于新变量,采用反演控制算法,设计了一种反演自适应控制器,并理论证明了该算法能保证闭环系统的稳定性。数值仿真结果显示,本文算法能保证闭环系统的输出变量具有良好的动态品质和给定的稳态误差。     

具有输入饱和约束的永磁同步电机伺服 系统鲁棒有限时间控制

针对存在模型参数非线性不确定性因素和输入饱和约束的永磁同步电机伺服系统控制问题,提出一种具有抗输入饱和约束的鲁棒有限时间控制方法。为了处理输入饱和约束问题,通过定义饱和非线性函数将系统模型转化为带输入饱和约束的状态空间方程形式;将模型参数非线性不确定性因素扩张为一个新的状态变量,进而通过设计干扰观测器实现对不确定性因素的在线估计和前馈补偿,以提高系统的鲁棒性能;在模型参数不确定性因素前馈补偿的基础上设计永磁同步电机伺服系统鲁棒有限时间控制器,保证系统跟踪误差的有限时间收敛。仿真对比结果验证了所设计控制方法的有效性。     

带饱和约束非线性系统的鲁棒自适应容错控制

针对发生执行器故障的饱和非线性系统提出一种主动容错控制方法.考虑系统存在的外界干扰情形,运用H∞控制结合饱和约束设计了自适应容错控制器.首先,引入饱和幅值以确保控制输入始终在界范围之内,设计包含故障估计值的自适应状态反馈控制输入;其次,为实现系统具有鲁棒稳定性,同时具有最大容错椭球体稳定域的控制目标,采用李雅普诺夫理论结合H∞控制方法,并运用不变集理论估计最大椭球体稳定域,将自适应容错控制器的设计方法转化为求解线性矩阵不等式约束下的多目标优化问题;最后,通过一数值算例将自适应与固定增益控制器设计方法进行对比分析.研究结果表明:自适应控制器的性能更优,更适合用于受饱和约束非线性系统的容错控制.     

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。     

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。     

基于预设性能的自适应神经网络船舶轨迹跟踪

针对存在模型参数摄动与外界未知海洋环境干扰的船舶轨迹跟踪问题,提出一种具有规定性能要求约束的船舶轨迹跟踪控制策略．该控制策略通过引入具有约束作用的性能函数进行控制器的设计．先将有不等式约束的船舶轨迹跟踪误差转换为等价的无约束的误差,然后将转换得到的误差与滑模控制相结合设计控制器,保证船舶轨迹跟踪控制的快速性与高精度,同时使用低通滤波器求解虚拟控制量导数,避免微分爆炸．而后通过径向基函数(RBF)神经网络克服模型参数摄动,利用非线性增益函数与双曲正切函数设计自适应律,对外界未知干扰与模型参数逼近误差的总和的界进行估计．最后基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定理论证明了闭环系统中所有状态量最终一致有界,且船舶轨迹跟踪误差收敛到规定的范围内．仿真实验验证了所提出的控制策略的有效性与优越性．     

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.     

一类不确定非线性时滞系统的自适应控制

考虑了一类不确定非线性时滞系统的自适应控制.基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)方法,处理了系统中的时滞项,并且巧妙地构造了自适应控制器和反馈控制器.通过估计非线性部分的未知参数,自适应控制器补偿了系统中的非线性部分,并保证了闭环系统是渐近稳定的.最后,数值例子和仿真结果验证了所设计控制器的有效性.     

一类不确定非线性时滞系统的白适应控制

考虑了一类不确定非线性时滞系统的自适应控制．基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式（LMI）方法,处理了系统中的时滞项,并且巧妙地构造了自适应控制器和反馈控制器．通过估计非线性部分的未知参数,自适应控制器补偿了系统中的非线性部分,并保证了闭环系统是渐近稳定的．最后,数值例子和仿真结果验证了所设计控制器的有效性．     

基于观测器的中立时滞系统自适应滑模控制

针对含有外部扰动、时变时滞以及非线性输入约束的不确定中立时滞系统,提出了基于状态观测器的时滞系统自适应滑模控制方法。首先,通过构造状态观测器以及利用滑模控制理论,设计基于估计状态的积分型滑模面。其次,构造Lyapunov函数,给出误差系统与估计状态系统渐进稳定判据。最后考虑到系统输入非线性和不确定性上界在实际中难以确定的问题,在控制器设计中引入自适应控制理论。仿真研究结果表明所提出的基于观测器的自适应滑模控制方法在处理时滞以及非线性影响上效果良好,系统可以快速收敛并且无抖振,具有强鲁棒性。     

一种新的模糊自适应控制方法

针对未知的非线性不确定系统,提出了一种基于广义模糊双曲正切模型的模糊自适应控制方法·该方法采用广义模糊双曲正切模型作为未知的非线性对象的辨识器,以此为模糊自适应控制器提供参数自调整必需的梯度信息·通过与其他的辨识器比较,说明了广义模糊双曲正切模型辨识器具有辨识参数少,辨识复杂性较小,易于提高逼近精度的优点·自适应控制器的梯度算法使被控对象的输出能很好地跟踪期望输出·仿真结果表明,此控制方案对未知的非线性系统的输入有很强的自适应跟踪能力·     

船舶航向非线性系统自适应模糊补偿控制

摘要： 研究了船舶直航和谐波航向控制问题.基于Lyapunov稳定性理论,将自适应模糊补偿技术应用到船舶航向非线性响应模型中,利用万能逼近定理构造模糊系统逼近系统中的未知非线性,提出了一种基于自适应模糊补偿且带有物理约束二阶滤波器的鲁棒跟踪控制器.运动响应模型考虑了建模误差和外界干扰,模糊系统能有效地逼近非线性系统,控制器能够准确地跟踪预设航向和转首角速度.舵角控制结合舵机伺服系统模型,操舵情况符合物理现实. 数值仿真在相同控制参数下与传统比例 微分(PD)控制作比较,结果验证了自适应模糊控制器的有效性和优越性.     

方向未知的非仿射非线性系统的模糊滑模控制

为解决一类控制方向未知的非仿射非线性系统的控制问题, 提出一种新的自适应模糊滑模控制方法, 无需系统控制方向和不确定项的上界的先验知识。采用模糊逻辑系统直接逼近控制器中的未知部分, 在参数自适应律中引入Nussbaum函数处理控制方向未知问题。用一类光滑非线性饱和函数改进传统的积分滑模面, 能使控制器在保证传统积分滑模控制跟踪精度的同时获得更好的动态性能。利用李雅普诺夫方法证明了闭环系统的稳定性。数值仿真验证了算法的有效性。     

基于自适应逆推设计的STATCOM非线性鲁棒控制

针对受内部及外部扰动影响的含STATCOM(StaticSynchronousCompensator)的单机无穷大系统 ,使用自适应逆推方法构造出系统的存贮函数 ,进而同时获得非线性L2 增益干扰抑制控制器及参数替换律·该控制器不仅能够抑制干扰对系统输出的影响 ,而且由于在内部扰动中重点考虑了阻尼系数的不确定性 ,因此该控制器对系统参数变化也具有很强的鲁棒性·同时 ,该方法的设计过程系统、简明 ,易为工程人员所接受·仿真结果表明自适应逆推方法设计的控制器拥有更优越的性能     

基于终端滑模控制的有限时间拥塞控制

针对TCP网络的有限时间拥塞控制问题,考虑到输入受限、网络参数不确定和非响应流干扰的情况,提出了一种基于自适应终端滑模控制的主动队列管理算法.为了使网络系统不确定的界不需要事先获得,给出一个自适应律对总不确定的界进行了估计.考虑到系统输入受限的情况,给出另一个自适应律以补偿输入受限对系统稳定性造成的影响.为了改善网络系统的收敛性能,基于终端滑模控制设计了一个有限时间拥塞控制器.仿真结果表明,所提出的算法不仅具有有限时间收敛的品质,而且具有良好的稳定性和鲁棒性.     

柑橘果园机器人仿生眼的目标跟踪与定位系统

针对传统柑橘园林机器人云台视野范围小、定位精度低等问题,在仿生眼平台上,提出一种基于连续自适应均值偏移(CAM shift)算法和变结构PID控制器相结合的目标跟踪方法。具体包括效仿人类眼颈的结构特点,设计一个4自由度的仿生眼视觉平台;建立仿生眼的成像模型,提出一种相机外参数自适应标定方法,以解决仿生眼平台外参数会随着相机位姿改变而不断变化的问题;提出基于CAM shift的仿生眼目标跟踪算法,成功实现了对于目标的持续跟踪;为提高仿生眼系统在饱和非线性特性下的动态响应性能,提出采用基于抗饱和(Anti-windup)的变结构自适应PID控制器来设计仿生眼控制系统。以柑橘为研究对象,在设计的仿生眼平台上开展试验。结果表明,本文方法左眼平均中心位置像素误差(CPE)为7.2,右眼CPE6.1,均小于设计所要求的CPE10,且每帧图像处理过程小于0.1s。系统能满足实际应用,具有较高的鲁棒性和准确性。     

不确定非线性系统的自适应反推终端滑模控制

针对一类具有未知非线性函数的严格反馈型不确定非线性系统,提出了一种自适应反推终端滑模控制方法。反推控制的前n-1步结合动态面控制技术设计虚拟控制律,第n步仅采用一个神经网络函数逼近器补偿系统所有未知非线性函数,得到了基于全局快速终端滑模控制的自适应神经网络控制器；通过引入一阶滤波器，不仅避免了传统反推控制存在的复杂计算,提高了系统的收敛速度,而且通过引入逼近误差和不确定干扰上界的自适应补偿项来消除建模误差和参数估计误差的影响,改善了稳态跟踪精度。理论分析证明闭环系统所有信号半全局一致终结有界，仿真结果验证了该方法的有效性。     

一类非线性系统基于LS-SVM的自适应滑模控制

针对一类具有不确定性和外部扰动的非线性系统,研究了一种基于李雅普诺夫函数和最小二乘支持向量机的自适应滑模控制方案。该方案利用LS-SVM回归的逼近能力设计反馈线性化控制器,并推导出控制器权值参数向量的自适应律。通过滑模控制技术提高系统对外部干扰和逼近误差的鲁棒性。利用李雅普诺夫函数方法证明了整个闭环系统的稳定性。仿真研究验证了所提控制方案的可行性和有效性。     

输入受限非线性系统的自适应零误差跟踪控制

针对非线性系统面临的不确定动态、未知外部扰动和输入受限问题，提出了一种考虑输入饱和的零误差跟踪控制器。首先将系统的未建模动态和外部扰动综合为有界的“总扰动项”，进而设计控制律和自适应律补偿这一扰动项，使跟踪误差渐进收敛至零而不仅仅收敛至有界的紧集内。相比于传统的考虑不确定动态和外部扰动的非线性控制方法，所提控制方法的控制器结构更加简单，跟踪精度更高。此外，通过设计辅助误差补偿系统，使得控制器能较好地应对输入饱和情形，在饱和情形消失后，补偿信号能够渐进收敛至零。最后，通过仿真验证了所提方法的有效性。     

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.