自抗扰控制在火电厂主汽温控制中的应用

针对火电厂过热汽温控制系统的大滞后、大惯性以及动态特性随工况变化的不确定性等特点，本文提出了ADRC过热汽温控制方案。该方案采用导前温度信号作为辅助反馈信号，构成串级ADRC-PID／ADRC双回路控制系统。在电厂过程仿真平台STAR-90上的实验结果表明，用这种方法建立的过热汽温控制系统，具有较好的控制品质和较强的自适应能力。     

自抗扰控制在火电厂主汽温控制中的应用研究

自抗扰控制器(ADRC)是在继承经典PID不依赖于对象模型优点的基础上,通过改进经典 PID 固有缺陷而形成的新型控制器,性能优良并且算法简单.针对火电厂过热汽温控制系统的大滞后,大惯性以及动态特性随工况变化的不确定性等特点,给出了主汽温的自抗扰控制方案,该控制方案不需要精确模型参数就可以实现干扰补偿.在电厂热工过程控制实时仿真平台STAR-90上建立模块化的自抗扰控制器,进行了变负荷、10%扰动和RB试验.试验结果表明,用ADRC技术建立的过热汽温控制系统对被控对象模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的适应性和鲁棒性,控制系统具有优良的动态性能.     

一类不确定系统的控制与滤波

本文从控制系统的同一问题的不同侧面来阐述一类不确定系统的控制与滤波问题,并采用同一类型非线性PID控制律来解决这些问题。本文的研究表明,非线性特性的合理应用会显著提高控制器和滤波器的效率。     

高机动导弹非线性自动驾驶仪动态面控制

提出了高机动非线性导弹自动驾驶仪的动态面控制器设计方法,该方法基于光滑二阶动态滑模,所设计的虚拟控制足够光滑,在利用反步法设计内环控制器时不需要进行积分滤波,克服了反步法所带来的项数膨胀问题.二阶动态滑模控制器能够对非匹配不确定性或未建模动态进行补偿,并且比传统滑模有更高的跟踪精度.在考虑了系统不确定性和外部干扰的情况下,仿真结果显示所设计的控制器有较强的鲁棒性和控制精度.     

坦克炮控系统非线性补偿控制研究

针对坦克炮控系统中同时存在齿圈间隙、摩擦力矩和参数漂移等多种非线性因素,造成系统驱动延时,换向振荡和低速爬行等问题,从分析系统的各种非线性特性及其影响入手,建立了包含多种非线性在内的炮控系统数学模型.在此基础上,借助系统总扰动的思想,引入自抗扰控制技术,采用跨阶控制方案,实现了系统的非线性补偿控制.仿真表明,所设计的控制器能够同时有效地抑制了各种非线性因素的影响,很好的改善了系统性能.     

测量时滞系统的故障诊断和动态自修复控制

研究含有测量时滞的线性系统的故障诊断和自修复控制问题.提出了一种测量时滞系统基于降维状态观测器的故障诊断方法.通过构造含有故障状态的增广系统并进行增广系统测量时滞的无时滞转换,将测量时滞系统的故障诊断问题转化为无时滞增广系统的状态观测问题.通过构造增广系统的降维状态观测器,设计了在线诊断故障的故障诊断器.利用故障诊断的结果,设计了故障的动态自修复控制律使系统在故障情况下能够正常运行.最后,通过一个仿真算例来验证本文所提出的方法的可行性和有效性.     

基于观测器的一类不确定非线性系统自适应输出反馈控制

针对一类不确定非线性系统,基于非线性状态观测器采用回馈递推(Backstepping)设计方法提出了一种鲁棒自适应L2增益控制方案。该控制方案首先对系统的不可观测状态设计非线性状态观测器,在此基础上通过多步递推得到系统的控制律并设计了未知干扰的参数自适应律,使系统具有L2增益性能。同时把采用常规设计方法需要对过多参数进行辨识问题简化为只需对与未知干扰个数相同的参数进行辨识的问题,简化了控制器结构。最后通过仿真算例验证了所设计控制方案的有效性。     

具有非线性输入的一类不确定混沌系统的控制

研究了一类具有非线性输入的不确定混沌系统的跟踪控制问题。首先在系统状态已知,系统的非线性项及干扰项的界已知的情况下设计了理想滑模控制器,然后在系统只有一个状态可测,非线性项及干扰项的界未知的情况下,利用扩张观测器观测出系统的未知信息再设计控制器,从而实现了混沌系统的跟踪控制。最后对Duffing系统进行数值仿真,结果表明该控制方案是有效的。     

飞行器自抗扰姿态控制优化与仿真研究

以飞行器姿态控制为背景,设计了俯仰、横侧（解耦）自抗扰控制器。通过扩张观测器的动态补偿获得控制器的鲁棒性。通过被控对象执行机构特性和所希望的闭环性能确定控制器参数的范围。被控对象的状态方程和扩张观测器方程组合在一起,形成扩展状态方程,把控制参数的确定,转化为线性矩阵不等式的求解。仿真结果表明,控制器具有很强的鲁棒性,适应性,快速性和优良的控制品质。

Abstract：

Active Disturbance Rejection Control （ADRC） based pitch attitude and lateral decoupling control were proposed. Robustness was obtained by dynamic compensation of Extended State Observer （ESO）, and the control parameters’ bounds were determined by combination of actuator’s characteristics and specified closed-loop performance. The parameters’ optimization was carried out by LMI approach based on expanded state equations containing the plant and the ESO. The simulation results show that the controller has strong robustness, adaptability and good performance.     

动态神经网络的非线性系统鲁棒辨识和状态观测

针对多变量仿射非线性系统辨识和状态估计问题。采用动态神经网络作为辨识器和观测器,从而将系统辨识和状态观测设计过程合二为一,给出了辨识和状态估计的系统设计方法及具体设计步骤。在考虑建模误差项影响的情况下,采用基于Lyapunov理论的权调节律确保权值估计误差和状态观测误差的一致最终有界。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

一类非线性大系统的鲁棒变结构观测器

研究了一类具有结构和参数不确定性的非线性关联大系统状态观测器设计问题。在假定非线性系统的线性部分是可观测、不确定性和关联项满足Lipschitz条件的情况下,利用变结构控制的思想提出了一种非线性状态观测器设计方案,并证明了该观测器的指数收敛特性。所设计的观测器对结构和参数不确定性具有较强的鲁棒性。最后给出仿真研究说明了所提方法的有效性。     

一类参数不确定非线性系统的故障检测与重构

飞行器在全包络上表现出明显的气动参数不确定性,以某无人机纵向模型为研究对象,提出一种不确定参数在线估计的自适应观测器故障重构方法。首先,将系统状态方程描述为一类带时变参数的仿射非线性结构,在参数增广系统能观性分析基础上,采用增广容积卡尔曼滤波(augmented cubature Kalman filter, ACKF)算法实现气动参数在线估计,以克服鲁棒性死区故障检测方法的保守性,提高检测灵敏度。其次,将所估计参数用于自适应观测器设计,由于Lie导数分析方法保证了对象系统的能观性,故系统不必满足文献方法中的特定规范形式;在此基础上,给出了故障检测自适应阈值和故障参数调节律,并分析了估计误差的收敛性。仿真实验表明了所提方法的有效性。     

非线性中立型控制系统的鲁棒稳定与鲁棒镇定

研究了一类不确定性的非线性中立型动态系统,系统具有多重时不变状态时滞。其不确定性满足范数有界条件。采用LyapunovV泛函的方法。建立了一类Lyapunov泛函。通过对控制系统(B,D,C)的分析,得出只要矩阵对(B,D)是完全可控的,或者是可稳定的,则在相应的条件下便得出相应的非线性中立型动态控制系统及滞后型动态系统可镇定的充分条件。建立了非线性中立型微分系统的时滞无关的渐近稳定性判别条件,以及非线性中立型动态控制系统的时滞无关鲁棒镇定的判据。同时,给出了相应的非线性滞后微分系统的时滞无关鲁棒稳定性的判据,以及非线性滞后动态控制系统的时滞无关鲁棒镇定性的代数判据。     

非匹配不确定性条件下的编队分布式协同控制

针对非匹配不确定性、饱和输入等约束条件下的编队协同控制问题展开研究。通过引入辅助系统和扩张状态观测器实现对系统状态的实时跟踪;设计了滑模扰动观测器,实现在有限时间内精确估计系统的全部未知扰动;在此基础上,提出了反馈控制协议,显著改善了系统控制性能,有效降低了计算负担,使得通过选择合适参数能够保证状态追踪误差收敛到有界域内;最后通过Lyapunov稳定性理论对控制系统稳定性进行严格证明。数值算例验证了控制协议有效性,结果表明所设计的控制协议能够满足复杂约束条件下的编队协同控制要求。     

高阶非线性时滞系统的神经网络动态面控制

针对一类具有未知时变时滞的不确定高阶非线性系统,基于增加幂次积分方法,提出了一种非光滑状态反馈自适应神经网络动态面控制设计方案。通过构造适当的Lyapunov Krasovskii泛函处理了未知时变时滞不确定项;通过利用神经网络权值范数的适当形式幂次函数,将神经网络用于对在单步递推中所构造的未知函数进行建模;采用动态面技术,解决了“微分爆炸”问题。所提控制方案能够保证闭环控制系统的状态量和跟踪误差半全局一致终结有界。最后,仿真算例结果表明了该方案的有效性。     

高次非线性系统自适应动态面输出调节方法

针对一类在线性外系统驱动下的不确定三角结构高次非线性系统的输出调节问题,提出了一种自适应动态面鲁棒输出调节方法。根据输出调节问题的可解条件,将该问题转化为三角结构高次非线性系统的镇定问题。在此基础上,前n-1步采用自适应增加幂次积分方法设计期望虚拟控制律;第n步引入具有误差的内模方程,通过有效地结合自适应增加幂次积分方法和内模控制,设计出鲁棒输出调节控制器。在每一步递推中,通过采用动态面控制思想引入一个低通滤波器,克服了对期望虚拟控制律的微分。最后,通过数值仿真实例验证了所提控制方案的有效性。     

基于神经网络动态非线性非平稳经济系统预测

考虑实际经济系统中广泛存在着非线性和时变性因素，以及大部分变量的序列具有增增长特性，提出了用网络方法，建立实际经济系统的时变非线性模型，采用增广卡尔曼滤波算法训练神经网络，并根据先验信息（序列的时间增长特性）构造参数转移矩阵，对实际经济的预测分析结果证明，与传统定常非线性预测模型相比，该方法不仅可以在线递推预测，而且由于参数转移矩阵的引入，预测精度得到很大的提高。     

一类混合动态系统的控制综合

对由一系列传输带构成的运输系统的混合系统控制问题进行了研究，建立了基于自动机原理的传输带混合控制模型．将混合控制系统中离散事件的变换过程用真值表表示，并设计出相应的逻辑电路图以实现自动机的功能，从而实现控制综合的目的．结果表明，对此类混合系统的控制综合可以利用基于离散事件系统监督控制的方法来实现．     

数值界不确定性关联大系统分散鲁棒H∞控制

采用LMI方法,针对各个子系统研究一类由N个子系统构成且存在数值界不确定性关联大系统的分散鲁棒H∞控制问题。得到了由线性矩阵不等式给出的无记忆状态反馈分散鲁棒控制器,该控制器使每一个子系统和整个大系统都可镇定且满足给定H∞性能的充分条件。该方法没有参数调整过程,求解应用方便,最后通过一个数值例子来说明该设计方法的有效性。