液压四足机器人髋关节的鲁棒自适应动态面控制

液压四足机器人髋关节由伺服阀控缸系统构成,是机械腿的关键组成部分.它的控制性能直接影响着机械腿甚至机器人的运动控制精度.因为髋关节工作情况的复杂性和阀控缸系统自身的非线性,使得传统控制算法无法满足机器人运动性能指标的要求.由此,本文对液压四足机器人髋关节伺服阀控缸系统的控制方法进行了研究.首先通过对髋关节工作条件的分析完成了伺服阀控缸的数学建模,然后基于鲁棒自适应动态面的控制算法设计了伺服阀控缸系统的控制器,并从李雅普诺夫稳定判据的角度证明了系统的稳定性.最后通过Matlab与AMESim的联合仿真,对鲁棒自适应动态面与传统PID及普通动态面的控制效果做出对比,证明了所研究算法的有效性.      

基于LuGre摩擦模型的伺服系统自适应鲁棒控制器

针对具有摩擦非线性、参数不确定性以及外界扰动的伺服系统,建立了基于LuGre摩擦模型的控制系统模型。在此基础上,设计了自适应鲁棒控制器。该控制器包括基于模型在线参数估计的自适应补偿、稳定反馈和鲁棒控制三部分。分析了鲁棒控制部分的机理。利用Lyapunov稳定性方法证明了该闭环控制器信号有界,且跟踪误差在任意要求的精度范围内。仿真结果验证了该控制器的有效性。     

基于主-辅控制架构的无人机鲁棒飞行控制律设计

无人机在实际飞行中易受到扰动与系统未建模动态等不确定性因素的影响.为此,文中提出了一种新的鲁棒飞行控制律设计方法.该方法以主-辅控制器为基本架构,主控制器采用鲁棒伺服线性二次型调节(LQR)法构造,以提供基本指令跟踪控制输入;以加入主控制器后的理想闭环系统为参考模型,基于鲁棒模型参考自适应算法设计辅控制器,以抑制扰动和未建模动态对飞行控制系统的影响.理论分析表明,该控制律能够保证闭环飞行控制系统在存在有界扰动与未建模动态情况下稳定且跟踪误差有界.非线性对比仿真验证了控制系统对各种形式扰动的抑制作用,说明了该控制系统的有效性与鲁棒性.     

互联混沌电力系统的自适应backstepping滑模鲁棒控制

针对受外在周期性负荷扰动和电磁扰动以及内部参数不确定的简单二机互联混沌电力系统模型,将backstepping法、自适应控制和滑模控制三者结合,设计了动态反馈鲁棒控制器,使闭环动态误差系统渐近稳定,并对所设计的鲁棒控制器的性能做了评估,同时对系统不确定参数进行实时动态辨识,得到参数自适应更新律,在设计过程中,不需要对原系统进行任何线性化处理,因此,完整保留了系统的非线性特性.数值仿真结果表明,所设计的控制器对参数不确定性和外在干扰具有很强的鲁棒性.     

具有降阶模型的多模型鲁棒自适应控制

针对传统鲁棒自适应控制器暂态性能差的缺点,提出了多模型鲁棒自适应控制方法.对于包含未建模动态的自适应控制系统,首先采用正则化技术把系统未建模动态转化为系统有界扰动,并利用系统低阶模型设计多模型鲁棒自适应控制器,最后证明了系统BIBO稳定以及跟踪误差有界.仿真实验说明所提出的方法能获得较好的控制效果.     

含TCSC装置的单机无穷大电力系统的非线性自适应动态面鲁棒控制

针对含晶闸管控制串联电容器装置的单机无穷大电力系统,考虑摩擦阻尼系数不确定及受外部未知干扰的情况,基于非线性自适应动态面控制方法,设计了鲁棒控制器,同时得到了系统不确定参数的自适应更新律以及系统稳定运行的充分条件.采用该方法避免了传统自适应backstepping法中对虚拟控制输入的反复求导,克服了计算量过大的缺点.数值仿真结果表明,所设计TCSC非线性自适应动态面鲁棒控制器在系统动态响应和不确定参数的估计性能方面优于传统的自适应backstepping鲁棒控制器,提高了电力系统的动态稳定性.     

基于多工作点模型的高精度鲁棒伺服控制器设计

为了满足永磁同步电动机伺服系统的高精度应用需求,提出了一种基于多工作点模型的鲁棒控制器设计方法。该方法首先进行标称控制器设计,利用反馈线性化将电机模型变换为含有等价干扰的线性模型,并设计线性控制律,让标称控制系统跟踪参考输出信号,然后设计鲁棒补偿器,抑制等价干扰的影响,最后利用不同工作点的设计结果,确定最终鲁棒控制器参数。理论证明了该文闭环控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒跟踪特性。实验结果表明所设计的鲁棒伺服控制系统在不同工作点下均具有期望的鲁棒转速跟踪特性和扰动抑制特性。     

基于多工作点模型的高精度鲁棒伺服控制器设计

为了满足永磁同步电动机伺服系统的高精度应用需求,提出了一种基于多工作点模型的鲁棒控制器设计方法。该方法首先进行标称控制器设计,利用反馈线性化将电机模型变换为含有等价干扰的线性模型,并设计线性控制律,让标称控制系统跟踪参考输出信号,然后设计鲁棒补偿器,抑制等价干扰的影响,最后利用不同工作点的设计结果,确定最终鲁棒控制器参数。理论证明了该文闭环控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒跟踪特性。实验结果表明所设计的鲁棒伺服控制系统在不同工作点下均具有期望的鲁棒转速跟踪特性和扰动抑制特性。     

具有有界扰动的时变非线性系统的鲁棒控制

考虑一类具有有界扰动的时变非线性系统的鲁棒输出调节问题．利用递推设计方法设计出一种新的鲁棒控制器，该控制器不要求知道有界扰动和系统时变参数的上界．采用该控制器，能保证闭环系统信号的全局有界性，并且通过控制器参数的适当选择，可使闭环系统输出充分接近零．仿真例子表明所设计鲁棒控制器的有效性．     

TCSC非线性自适应鲁棒控制器设计

研究了含有参数不确定及外部扰动的带有TCSC(thyristor controlled series compensation)的单机无穷大母线系统的鲁棒控制问题.针对描述单机无穷大母线系统的非线性三阶模型,将自适应理论和L2增益干扰理论相结合,并用逆推法构造出系统的存储函数,设计出了系统的非线性自适应鲁棒控制器.所设计的控制器不仅能够保证系统状态有界,而且能够有效地抑制外部干扰对系统输出的影响.仿真结果表明,所设计的控制器能够在很短的时间内使系统恢复稳定的状态,说明其控制是有效的.     

同步励磁发电机鲁棒自适应控制

利用backstepping和扰动抑制 (disturbanceattenuation)方法对同步发电机设计了一种非线性自适应鲁棒励磁控制器 .控制设计方法基于同步发电机的三阶非线性模型 ,对于系统中可能出现的各种不确定参数和有界扰动 ,给出了参数自适应律和控制律 ,保证了闭环系统在各种扰动情况下的稳定性 .最后做了系统从初始进入稳态和系统在三相短路及外部常值扰动情况下的仿真 ,并讨论了该方案扩展到多机系统的可能性 .     

通信延迟下自适应容错控制及其在航天器编队中的应用

为解决编队系统存在的参数模型变动范围不可预测、执行器部分失效等问题,设计提出了一种自适应鲁棒容错编队控制方法。给出航天器相对位置非线性动力学模型,设计了自适应鲁棒容错控制器,并且分别设计自适应律估计故障大小、质量和外界扰动上界,同时分析了闭环系统的Lyapunov稳定性,给出系统稳定所需要的条件。数值仿真结果表明,提出的控制方法能实现编队跟踪控制的目标,位置跟踪稳态误差小于1.5×10^-3m,速度跟踪稳态误差小于1.8×10^-5m,验证了所提出方法的有效性。     

基于扩展观测器的电液负载模拟器自适应鲁棒控制

针对电液负载模拟器中传感器测量噪声干扰和未知的外部扰动引起的跟踪精度不高的问题,提出了一种基于扩展观测器的自适应鲁棒控制器。利用扩展观测器估计系统中未知的模型不确定性并进行补偿,同时,在观测器和控制器的自适应模型补偿器设计中,将实际状态值替换为相应的期望信号值,以减少测量噪声的干扰,控制器和扩展观测器中的系统参数均通过参数自适应得到。利用Lyapunov理论进行了闭环系统的稳定性分析。仿真结果表明,在不存在外部扰动的情况下,所提出的控制器能够达到更高的跟踪精度,而在存在外部扰动的情况下,所提出的控制器不仅保持了良好的跟踪性能,同时具有较强的鲁棒性。     

基于扩展观测器的电液负载模拟器自适应鲁棒控制

针对电液负载模拟器中传感器测量噪声干扰和未知的外部扰动引起的跟踪精度不高的问题,提出了一种基于扩展观测器的自适应鲁棒控制器。利用扩展观测器估计系统中未知的模型不确定性并进行补偿,同时,在观测器和控制器的自适应模型补偿器设计中,将实际状态值替换为相应的期望信号值,以减少测量噪声的干扰,控制器和扩展观测器中的系统参数均通过参数自适应得到。利用Lyapunov理论进行了闭环系统的稳定性分析。仿真结果表明,在不存在外部扰动的情况下,所提出的控制器能够达到更高的跟踪精度,而在存在外部扰动的情况下,所提出的控制器不仅保持了良好的跟踪性能,同时具有较强的鲁棒性。     

严格反馈非线性系统的鲁棒自适应逆最优跟踪

针对具有未知定常参数和未知有界扰动的严格反馈非线性系统,结合参考信号,构造了误差系统,并解决了其逆最优控制问题.使用Backstepping算法,设计了误差系统鲁棒自适应逆最优控制器和参数自适应律,从而解决了原系统的鲁棒自适应逆最优跟踪问题,并给出性能估计.仿真结果表明该控制算法的有效性.     

具有磁滞类间隙系统的鲁棒自适应控制

针对具有未知磁滞类间隙的非线性系统,提出一种鲁棒自适应控制(ARC)算法。采用连续时间动态微分方程描述此非线性特性,利用投影算子对参数进行估计。鲁棒自适应控制律由3部分组成,即模型补偿项、鲁棒控制项和鲁棒反馈项。仿真结果验证了该方法的可行性。     

雷达卫星鲁棒逆最优自适应姿态跟踪控制

针对存在外界扰动和模型参数不确定性的雷达卫星姿态跟踪控制问题,提出了一类基于修正的罗德里格斯参数描述的雷达卫星鲁棒逆最优自适应控制器设计新方法．通过Backstepping方法和构造相应李雅普诺夫函数,设计了鲁棒逆最优控制器,避免了直接求解哈密顿一雅克比一贝尔曼偏微分方程,使控制器相对于选取的具有鲁棒性的代价函数最优,并以较小的L：增益,实现对外界扰动的输入一状态稳定和鲁棒性;针对系统参数不确定性设计自适应参数更新律,对参数进行自适应学习,有效降低参数不确定对系统的不利影响．仿真结果表明：该方法能有效抑制模型不确定参数和外界未知扰动的影响,在保证姿态跟踪精度的同时,能增强系统鲁棒性．     

STATCOM的非线性鲁棒控制器设计

针对含有参数不确定性及外部扰动的静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)单机无穷大系统,研究了鲁棒H∞控制问题.应用改进自适应backstepping方法及Lyapunov方法构造出系统的存贮函数,同时设计出鲁棒H∞控制器及参数替换律.在内部扰动中重点考虑了阻尼系数不易精确测量的影响,该控制器不仅保留系统的非线性特性和对未知参数的实时在线估计,而且能够有效抑制干扰对系统输出的影响.仿真结果表明所提控制器的有效性和优越性.     

一种伺服电动缸驱动的雷达俯仰轴自适应控制

本文针对大尺寸阵面雷达天线中,俯仰轴旋转控制时受天线风力矩、惯性力矩和摩擦力矩影响过大,从而导致控制稳定性差、控制精度降低的问题,提出一种新的采用伺服电动缸驱动形式的雷达俯仰轴控制结构,将雷达俯仰轴的旋转运动控制转换成电动缸丝杠的直线运动控制,提高了雷达俯仰轴的抗干扰能力和控制稳定性;基于雷达俯仰轴转动和伺服电动缸丝杠直线运动之间的非线性关系,设计了一种自适应模糊PID控制器,实现了雷达俯仰轴的稳定控制,仿真结果验证了所设计控制器的有效性和实用价值。     

基于轨迹跟踪的航天器姿态自适应鲁棒控制

针对存在不确定惯量和空间环境干扰的挠性航天器姿态大角度快速机动控制问题,提出了一种受细胞膜放电模型启发的自适应鲁棒姿态控制器设计方法.首先,为了快速完成姿态机动任务,并尽可能少激发挠性帆板振动,在挠性航天器运动学和动力学分析的基础上,提出了基于预先规划姿态运动轨迹且对不确定惯量具有自适应能力的自适应鲁棒控制器.在此基础上,为了改善机动过程中姿态跳变使系统指向精度和稳定度变差的问题,基于细胞膜放电的动力学模型设计了一种改进型自适应鲁棒控制器.所提出的控制器能够保证闭环系统渐进稳定;当惯量估计误差有界时,对于任意初始跟踪误差,该控制器可以保证姿态跟踪误差一致终值有界.仿真结果表明了所提出的改进型自适应鲁棒控制器的有效性.