一类不确定非线性系统的自适应鲁棒控制

针对一类由非线性微分方程描述的不确定单输入单输出(SISO)系统,提出了一种自适应鲁棒控制算法.设计了一动态滤波器并将其与原系统组成扩展系统,由滤波器求得控制律稳定扩展系统.算法绕开辨识模型参数而是直接估计函数值,加快了控制律的求解.设计了状态误差观测器,用观测器的值构造控制律逼近状态反馈时的控制效果.基于Lyapunov 稳定理论分析了扩展系统的渐近稳定性并给出了闭环稳定的充分条件.最后仿真结果验证了算法的有效性和鲁棒性.     

基于状态反馈精确线性化的三相四桥臂逆变器的控制

根据三相四桥臂逆变器的工作原理,应用开关函数建立了控制系统数学模型,引入开关周期平均算子将离散的系统转化为连续系统.根据系统的主要控制目标选取状态变量、输入变量和输出变量,得到适合于微分几何方法的3输入3输出的仿射非线性系统模型.根据非线性微分几何理论,从理论上证明了该模型满足多输入、多输出系统精确线性化的条件,推导出非线性状态反馈控制律.对非线性坐标变换后得到的线性系统,利用二次型最优控制策略时,根据无源性控制方法的思想,提出一种闭环系统能量函数,并推导出权矩阵的参数形式.将最优化得到的控制律进行逆变换来实现原系统的优化控制设计.仿真结果验证了该方法的有效性和正确性.     

带有海浪滤波器的船舶航向反步自适应输出反馈控制

针对复杂海况下船舶航向控制中的模型非线性、参数不确定和海浪扰动问题,提出了一种基于反步法的非线性自适应输出反馈控制算法.首先基于无源理论设计了一种状态观测器以实现海浪滤波和状态估计,这种观测器无需海浪扰动的方差信息从而减少了观测器参数数量.然后假定系统模型参数未知,基于反步法给出了非线性控制律和参数自适应律.利用Lyapunov理论证明了这种自适应输出反馈控制系统的稳定性.仿真结果表明本文所提控制器具有较好的控制性能,对不确定性模型参数具有良好的自适应性.     

多变量非线性系统的间接模糊输出反馈自适应控制

针对一类多输入多输出非线性不确定系统，提出一种基于观测器的模糊间接自适应控制方法，并基于李亚普诺夫函数方法，导出了输出反馈控制律以及参数的自适应律，证明了整个控制方案不但能保证闭环系统稳定，而且取得了良好的跟踪控制性能。     

多输入多输出复杂时滞系统的预测函数控制及其鲁棒D稳定性条件

针对多输入多输出被控过程同时存在状态滞后和控制输入滞后问题,利用预测函数控制算法对预测模型没有特殊要求和在线计算量小的特点,基于预测函数控制设计机理得到系统的控制律.在标称情况下,反馈控制律可表示为无记忆反馈和带记忆反馈的叠加形式.在假设不含时滞标称系统解析的条件下,应用最大模定理和矩阵谱半径性质,给出存在状态滞后和控制输入滞后结构参数摄动不确定系统鲁棒D稳定的充分条件.数值实验和仿真实验验证了所给方法的有效性.     

具有参数不确定性的非线性系统的鲁棒输出跟踪

研究具有非线性参数化的非线性系统的输出跟踪问题.采用时变状态反馈控制律, 指数镇定输出跟踪误差,并保证非线性系统的所有状态是有界的.为了实现时变状态反馈控 制律,设计高增益鲁棒观测器观测构造该控制律所需要的状态,使得整个闭环系统的输出能 渐近跟踪期望输出,且该闭环系统中所有信号都是有界的.     

面向控制性能的一类非线性关联系统输出反馈动态面控制

针对一类含有完全未知关联项的多输入/多输出非线性系统,提出了输出反馈动态面自适应控制方案,克服了反推控制中的微分爆炸问题;利用神经网络逼近系统中的未知关联项,对于每个子系统只需对一个参数设计自适应律;引入性能函数和输出误差变换,跟踪误差信号的收敛速率、最大超调量和稳态误差等控制性能指标均可得到保证.理论证明了闭环系统的所有信号半全局一致有界,仿真结果验证了所提方案的有效性.     

具有高阶时延的离散非仿射非线性系统的自适应跟踪控制

本文研究了一类具有高阶输入–输出时延的非仿射非线性离散不确定系统的自适应输出跟踪控制问题,提出了一种基于隐函数的自适应输出反馈输出跟踪控制方案.该方案主要解决了两个技术问题:一是构造了基于未知参数估计和未来时刻信号估计的隐函数方程解的自适应控制律,解决了因系统高阶时延导致的控制律因果矛盾问题并实现了闭环稳定和渐近输出跟踪;二是针对非仿射非线性控制律难求解问题,提出了基于迭代解的解析自适应控制律,实现了闭环稳定和实用输出跟踪.最后仿真研究证实了所提出控制方案的有效性.     

基于扩张观测器的欠驱动船舶轨迹跟踪低频学习自适应动态面输出反馈控制

针对速度不可测的三自由度欠驱动船舶轨迹跟踪控制问题,考虑船舶存在模型参数不确定项以及外界环境干扰未知情况,提出一种基于扩张观测器的欠驱动船舶轨迹跟踪低频学习自适应动态面输出反馈控制策略.该策略构造扩张观测器估计船舶速度向量,利用神经网络算法逼近模型参数不确定项,然后采用动态面控制技术避免对虚拟控制律直接求导,简化控制律计算过程,并引入低频增益学习技术消除外界扰动导致控制信号产生高频振荡,最后选取李雅普诺夫函数证明该控制律能够保证船舶跟踪闭环系统中所有误差信号一致最终有界.仿真结果表明,本文所设计控制器对船舶模型参数不确定项及外界环境干扰具有较强的鲁棒性,能够实现对船舶轨迹的有效跟踪.     

基于控制性能的MIMO非线性系统动态面控制

针对一类不确定非线性MIMO(multiple-input multiple-output)系统,在动态面控制方法的基础上,提出了自适应跟踪控制方案.通过引入性能函数和输出误差转换,保证输出信号具有指定的跟踪速度、跟踪误差、最大超调量.为了避免控制奇异问题,采用神经网络直接逼近期望控制信号.该方案无需估计神经网络的权值,仅对1个参数进行自适应律设计.理论证明了闭环系统所有信号有界,仿真结果验证了所提方案的有效性.     

近空间飞行器纵向抗干扰轨迹控制研究

针对近空间飞行器( nearspace vehicle,NSV) 在高超音速飞行时,气动参数变化剧烈且容易受到外界干扰的特点,研究了NSV 纵向轨迹系统的干扰问题,提出了鲁棒自适应动态面的回馈递推控制方法。首先对高度非线性、高度复杂的NSV 的纵向运动的模型进行坐标变换,采用输入－输出反馈线性化方法,将其转化为仿射非线性模型; 然后通过一阶低通滤波器对控制器设计中的虚拟控制律进行估计,从而避免了对其求导带来的计算膨胀问题; 再结合神经网络逼近理论以及虚拟控制器中的鲁棒项,一起消除近空间飞行器的纵向系统中存在的参数摄动不确定和外界干扰。最后通过稳定性分析,表明了该方法在降低系统控制器复杂性的同时仍具有很好的鲁棒性。     

网络控制系统动态量化H∞控制

基于线性矩阵不等式技术,采用状态反馈控制,考虑同时带有网络诱导随机丢包 和量化的H∞控制问题。考虑信号经网络从传感器到控制器和从控制器到执行器的传输中存在 通信诱导随机丢包,并采用动态量化器量化信号。设计H∞控制器的同时,提出量化的控制策 略,使得闭环系统在量化器的量化范围条件下指数均方稳定且具有指定的H∞性能指标。通过 数值仿真例子表明设计方法的有效性。     

变采样周期网络化系统鲁棒容错控制

针对网络控制系统中存在的时变采样周期与时延,通过矩阵Jordan 变换与分解, 将采样周期和时延的不确定性转变为系统结构参数的不确定性,建立了离散时间凸多面体不 确定系统模型。在此基础上,首先设计观测器,保证系统状态和故障估计收敛于实际值。接 着,根据估计的故障,设计了主动动态输出反馈鲁棒容错控制器,给出了执行器发生故障时, 系统能保持渐近稳定的充分条件。将控制器设计问题转化为以线性矩阵不等式形式为约束条 件的凸优化问题,进而得出了最优H∞鲁棒容错控制器参数的具体表达式。数值仿真验证了提 出的设计方法的有效性。     

基于嵌入MC 的动态WTA 方法研究

总结了武器目标分配( Weapon Target Assignment,WTA) 问题的研究现状,分析 了资源损失最小化和目标威胁最大化两类静态分配模型的局限性,为了达到目标动态分配的 目的以解决当前方法的非实时性问题,提出了一种符合作战实际的动态武器目标分配方法。 首先,为使分配模型具有实时性和一般性,引入了目标的动态输入,并使其按一般性分布随机 地进入; 其次,针对目标输入后的动态随机系统,分析了再生点瞬间的系统状态,采用嵌入马 尔可夫链( Markov Chain,MC) 的方法使得系统马尔可夫化,求解了系统的状态转移概率; 再次,构造了武器目标分配的目标函数,根据系统的状态转移概率建立了动态的目标分配模 型; 最后给出了模型求解方法,并通过实例证明了该方法的有效性和实时性,是对现有方法的 一种完善和补充。     

基于领导跟随的欠驱动船舶编队跟踪控制

针对具有三自由度欠驱动水面船舶编队控制问题,提出一种基于领导跟随 ( Leader /Follower) 结构的欠驱动水面船舶队形跟踪控制方法。当系统接收到队形控制指令, 每个欠驱动水面船舶按照自己在编队中的角色进行控制,其中Leader 根据任务中的队形指令 完成航迹跟踪控制,而Followers 则依据Leader 的信息和航行中任务中的队形指令完成航迹跟 踪控制。在航迹跟踪控制中,根据期望队形任务指令为每个船舶设计需要跟踪的参考路径和 速度指令; 基于Lyapunov 理论和重定义输出方法设计非线性速度控制器和路径跟踪控制器跟 踪设计路径和速度指令; 稳定性分析证明了队形跟踪误差是一致最终稳定的。仿真结果表明 船舶可以跟踪任意期望曲线队形,从而验证了方法的有效性。     

基于Virtual Output Queued交换结构的最大权重匹配算法

信头阻塞（HOL）限制了采用FIFO输入队列交换机的吞吐率,而使用虚输出队列（VOQ）技术可以完全消除HOL阻塞。文章给出了VOQ的交换机模型,介绍了基于最大权重匹配的算法LQF、OCF、LPF及其性能,还描述了更加实用的并行迭代算法i－LQF、i－OCF和i－LPF。文章的结论对于构造高带宽的交换机具有实际意义。     

Time‐varying input delay compensation for nonlinear systems with additive disturbance: An output feedback approach

This paper addresses the output feedback tracking control of a class of multiple‐input and multiple‐output nonlinear systems subject to time‐varying input delay and additive bounded disturbances. Based on the backstepping design approach, an output feedback robust controller is proposed by integrating an extended state observer and a novel robust controller, which uses a desired trajectory‐based feedforward term to achieve an improved model compensation and a robust delay compensation feedback term based on the finite integral of the past control values to compensate for the time‐varying input delay. The extended state observer can simultaneously estimate the unmeasurable system states and the additive disturbances only with the output measurement and delayed control input. The proposed controller theoretically guarantees prescribed transient performance and steady‐state tracking accuracy in spite of the presence of time‐varying input delay and additive bounded disturbances based on Lyapunov stability analysis by using a Lyapunov‐Krasovskii functional. A specific study on a 2‐link robot manipulator is performed; based on the system model and the proposed design procedure, a suitable controller is developed, and comparative simulation results are obtained to demonstrate the effectiveness of the developed control scheme.     

基于模糊自整定PID 四旋翼无人机悬停控制

四旋翼无人直升机是一种多输入、强耦合、多变量、欠驱动的系统,其可以应用到航拍、考古、边境巡逻、反恐侦查等多个领域,具有广阔的前景。根据欧拉定理以及牛顿定律建立四旋翼无人直升机的动力学模型,并且考虑了空气阻力、转动力矩对于桨叶的影响,而后基于经典PID 算法设计了双环控制系统,之后在此基础上结合模糊控制技术设计了模糊自整定PID 控制器。通过Matlab /Simulink 对两种控制算法设计的控制器进行仿真比较,从仿真结果可以看出两种控制算法均可使四旋翼无人直升机到达指定位置并且保持悬停状态,但模糊自整定PID 算法设计的控制系统在响应时间以及稳定性方面优于经典PID 下的控制系统的控制效果。     

连续语音识别中利用帧间相关性的研究

尽管作为当前最为流行的语音识别模型,隐马尔可夫模型（HMM）由于采用了状态输出独立同分布假设,因此不能描述语音现象中固有的时间相关性。文章介绍了一个更为灵活的基于段长分布HMM（DDBHMM）的研究帧相关性的框架,并在此基础上提出了一个混合模型,采用一种将语音特征静态信息和动态变化信息分别描述又有机结合在一起的方式,以较小的计算代价更为合理地刻划了真实的语音现象。汉语大词汇量非特定人连续语音识别的实验表明,通过利用帧相关性识别系统的性能得到了明显改善。     

四旋翼无人机鲁棒自适应姿态控制

 四旋翼无人机的姿态控制是自主飞行控制的核心,针对四旋翼姿态易受外界环境干扰和内部参数摄动等不确定性影响的问题,设计了一种鲁棒自适应反步控制器,以提高四旋翼的鲁棒性。建立了四旋翼完整的姿态运动模型,并将其转化为含有广义不确定性的多输入多输出非线性系统。根据该系统满足严格反馈的结构特点,设计了反步控制器; 针对系统中存在的外部干扰和内部参数摄动等不确定性,引入了一类鲁棒自适应函数来抵消该不确定性对系统的影响; 采用非线性跟踪微分器估计虚拟控制量的微分信号,减小了反步控制器设计中普遍存在的“计算膨胀”问题; 通过构造Lyapunov 函数证明闭环系统是稳定且指数收敛的。仿真结果表明,所设计控制器具有良好的控制效果和鲁棒性。