主-从自治海上航行器有限时间同步运动控制

研究主-从自治海上航行器有限时间同步运动问题, 提出一种可实现主-从自治海上航行器的位置、姿态、线速度、角速度、线加速度和角加速度等运动状态有限时间同步的连续状态反馈控制方法. 首先, 通过建立主、从自治海上航行器的动力学模型, 给出了主-从同步运动控制方案; 然后, 采用齐次系统有限时间稳定性理论, 为从自治海上航行器设计了一种连续状态反馈控制器, 以及在该控制器下实现主-从自治海上航行器有限时间同步运动的充分性判据, 并通过实例仿真进行了验证.     

基于有限时间系统同步的自治水下航行器回收控制

基于主-从系统状态同步的思想,提出了母艇在平面运动中回收自治水下航行器（Autonomous underwater vehicle,AUV）的一种控制方法. 在给出母艇和自治水下航行器的动力学模型基础上,建立了自治水下航行器（从系统）接收母艇（主系统）的状态信息并控制自身接近母艇的主从控制方案,使母艇自主回收水下航行器的问题转化为两者的运动状态同步问题. 利用有限时间稳定性理论,设计了一种在常值海流扰动影响下,自治水下航行器能够在有限时间内被母艇回收的滑模控制器,理论证明和仿真实例证实了该控制器的有效性.     

无刷直流电动机系统的有限时间同步

有限时间同步能够确保两个系统在有限的时间内实现同步,具有重要的研究意义.但常见的控制器往往只能确保两个系统渐近同步,而能够实现有限时间同步的控制器目前尚不多见,且存在控制器复杂,不连续易产生抖振现象等缺陷.为此,本文设计了一种简单连续的有限时间同步控制器,实现了主–从无刷直流电动机系统(the brushless DC motor system,BLDCM)的有限时间同步.首先建立了基于该控制器的主–从有限时间同步框架.然后,从理论上证明了两个相同的BLDCM系统有限时间同步的充分性同步判据.最后,通过数值实例验证了所得判据的有效性.     

一类二阶非线性系统的有限时间状态反馈镇定方法

针对一类二阶非线性系统的有限时间状态反馈镇定问题进行了讨论. 给出了三种基于连续状态反馈的全局有限时间状态反馈镇定方法. 首先，利用非线性齐次系统性质，设计出一种状态反馈控制器，使得闭环系统渐近稳定并且具有负的齐次度；其次，基于有限时间Lyapunov函数的反步构造法，给出了一种有限时间控制器；最后，利用非奇异终端滑模控制技术，得到了一种使闭环系统有限时间收敛到平衡点的反馈镇定控制器. 仿真结果表明了这些方法的有效性.     

基于积分滑模控制的非理想变时滞 神经网络有限时间同步

研究一类非理想变时滞神经网络的有限时间同步问题.首先,利用驱动-响应概念推导误差系统,并运用同步误差构造一个合适的积分滑模流型,若误差系统的状态轨迹在有限时间内到达滑模面,则同步误差将随其后在有限时间内收敛于零.然后,结合神经元激活函数的约束条件,设计一种合适的滑模控制器,根据所设计的控制器和Lyapunov稳定性理论,误差系统的状态轨迹能够在有限时间内到达滑模面,从而非理想变时滞神经网络的有限时间同步能够实现.最后,通过数值仿真结果验证所提出设计方法的有效性.     

基于事件触发的AUVs固定时间编队控制

针对多自主水下航行器编队系统受限于有限的通信资源及收敛速度慢等问题, 提出一种基于事件触发的自主水下航行器固定时间领航?跟随编队控制方法. 首先, 将动态面控制算法与反步法结合, 消除“计算膨胀”问题; 其次, 为节约有限通信资源, 将事件触发通讯机制和固定时间理论引入多自主水下航行器编队控制中, 设计编队控制器, 实现编队系统的固定时间稳定, 且系统收敛时间与初始状态无关, 并通过理论证明无Zeno行为; 最后, 对4艘自主水下航行器的编队进行仿真实验, 验证算法的有效性.     

海浪扰动下水下航行器的动力定位性能分析

水下航行器动力定位是通过对水下航行器的多个螺旋桨推进器的转速、推力进行控制调节以抵御外界环境扰动,体现了水下航行器在外界环境扰动下执行各种任务的能力.通过对随机波浪扰动下的水下航行器前向动力定位进行建模仿真,分析得到各个状态特性与环境扰动分量对水下航行器动力定位性能的影响.进行了水下航行器的运动方程和螺旋桨动力学特性的精确建模;再针对波频扰动下的变参数问题以及控制器的鲁棒性和自适应性要求,建立了水下航行器动力定位滑模控制器;最后,将PM谱的随机波浪扰动应用于动力定位仿真研究,仿真结果显示,螺旋桨的动力学特性、幅值限制以及波浪的流速与加速度信息直接影响了水下航行器的动力定位性能.     

不确定广义大系统有限时间鲁棒分散控制

研究不确定连续广义大系统的有限时间鲁棒分散控制问题,设计系统的有限时间鲁棒分散状态反馈控制器.首先应用广义Lyapunov 函数法,给出不确定广义大系统有限时间鲁棒稳定的充分条件;其次,给出不确定广义大系统应用分散状态反馈控制器鲁棒镇定的充分条件和有限时间鲁棒分散控制器的设计方法;最后,通过仿真例子验证所提出方法的有效性.     

基于输出反馈和滑模控制的一类二阶非线性系统有限时间镇定方法

本文研究了一类具有不确定非线性动力学和未知外部扰动的二阶非线性系统的全局有限时间输出镇定问 题. 首先, 提出了一种全局状态反馈有限时间控制器, 实现了二阶非线性系统的有限时间镇定. 为了解决只有系统输 出可用这种更有挑战性的情况, 采用了一种新颖的设计思想, 即非分离原理. 构造了一个有限时间收敛的状态观测 器来估计未知状态. 在此观测器的基础上, 提出了一种基于输出的有限时间复合控制器. 基于李雅普诺夫方法, 证明 了整个闭环系统的全局有限时间稳定性. 仿真结果表明了理论的有效性.     

基于动态边界层的水下航行器滑模轨迹跟踪

滑模控制方法的不变性和鲁棒性特性能够克服水下航行器轨迹跟踪过程中的参数不确定性以及摄动的影响,但在实际应用中存在执行器受限问题常常会导致滑动模态的丧失.为了抑制执行器的速率与幅值限制对滑模控制器的影响,采用二阶滑模控制的水下航行器轨迹跟踪控制,并用了边界层厚度动态控制的方法解决存在速率和幅值限制的有限带宽的执行器的滑模控制器的设计,通过增加边界层厚度,控制器的轨迹跟踪能力有所减弱.但是系统状态仍然保持在边界层内,保证了系统的稳定性.通过仿真证明了水下航行器的姿态角跟踪控制仿真证明了上述结论的正确性.     

非均匀气隙永磁同步电机的有限时间混沌同步

针对非均匀气隙永磁同步电机(PMSM)混沌系统,提出一种改进的主动有限时间同步控制器.该控制器首先利用主动控制来实现动态误差系统非线性项和线性项的近似解耦,再通过有限时间稳定控制来实现驱动系统和相应系统的有限时间同步.通过仿真实验,验证了该控制器比传统的控制器具有更强的鲁棒性和快速响应能力.     

浮力驱动式水下航行器建模与控制仿真研究

基于浮力驱动式航行器的巨大潜在应用价值,针对其独特的运动特征和可行的控制策略展开仿真研究.对浮力驱动式航行器的水动力学基本特点进行了深入分析,进而由此建立三维空间运动数学模型.在此基础上,重点研究了航行器纵平面的运动特性及其控制规律,建立了稳态参数表达式,将纵平面运动模型线性化,提出了利用线性二次调节器方法设计航行体控制器的方案.并以一组典型的航行体总体参数为例,通过仿真计算证明了控制方案的可行性和有效性.为浮力驱动式航行器总体和控制系统设计的工程应用提供了一定的理论基础与技术支撑.     

采用一致性算法与虚拟结构的多自主水下航行器编队控制

采用一致性算法与虚拟结构法研究了多自主水下航行器(AUV)小尺度编队控制问题.首先针对各自主水下航行器拥有不同虚拟领航者信息(参考信息)的情况,通过对各AUV拥有的不一致参考信息进行一致性协商而达到状态一致.其次,基于虚拟结构思想采用坐标变换将各AUV相对于虚拟领航者的相对位置转换为各自的期望位置,并设计了一种有限时间跟踪控制律以确保各AUV能在有限时间内跟踪上其期望轨迹,从而实现了多AUV的小尺度有限时间编队控制.最后仿真实验验证了控制策略的有效性.     

控位滑行航行器的运动分析与弹道仿真

控位滑行航行器是一种结构简单、能源的利用率高,同时机动性也较好的新型水下航行器.为了解决控位滑行航行器的运动优化控制,针对控位滑行航行器的滑翔和近水面的控位运动稳定性问题,利用控位和滑翔运动特点,根据动量和动量矩定理建立了航行器空间运动数学模型,通过MATLAB/ Simulink软件模块建立了航行器空间六自由度运动仿真模型,并对滑翔和控位运动弹道进行了仿真,分析总结了航行器在不同运动模式和工况下的稳定性,并对不同参数条件下的航行器稳定性品质和衰减历程进行了对比.结果表明在给定的初始条件下控位滑行航行器是能按照预设轨迹航行,完成航行任务,满足设计要求的.     

线性连续时间时滞系统的有限时间有界跟踪控制

研究一类线性连续时间时滞系统的有限时间有界跟踪控制问题.首先,采用预见控制理论中求导的方法构造带有时滞的误差系统,把误差信号的信息包含在误差系统的状态向量中,再将其作为误差系统的输出向量;其次,通过为误差系统设计一个有记忆的状态反馈控制器,把问题转化为研究带有时滞的误差系统的闭环系统输入-输出有限时间稳定问题;再次,借鉴输入-输出有限时间稳定的研究方法和线性矩阵不等式的方法, 通过构造Lyapunov-Krasovskii函数,给出由一组线性矩阵不等式表征的控制器增益矩阵的设计方法,由此得到原系统的一个有限时间有界跟踪控制器;最后,通过一个数值实例验证所设计的控制器的有效性和优越性.     

滑翔式水下航行器的运动建模与分析

滑翔式水下航行器是一种基于滑翔原理的无外挂推进系统、仅依靠内置执行机构调整重心位置和净浮力来控制其自身运动状态的新型水下自治机器人。它在净浮力的作用下,利用水平翼在有攻角情况下产生的前进动力,在设定的深度范围内进行锯齿形前进。对滑翔式水下航行器进行运动机理分析,建立滑翔式水下航行器运动数学模型,并对滑翔式水下航行器定常运动状态下的运动参数与可控变量的关系进行仿真,利用MATLAB/SIMULINK建立滑翔式水下航行器模型对其运动进行仿真。     

基于两步控制策略的混沌系统全局有限时间同步

本文研究了无刷直流电机(brushless direct current motor,BLDCM)混沌系统的全局有限时间同步问题.利用混沌吸引子的有界性,提出了两步控制策略.首先不施加控制,让主–从混沌系统各自的轨迹收敛到各自的吸引子中,并估计了吸引子的界和收敛时间;再对收敛到吸引子的从系统施加状态误差反馈控制,根据有限时间稳定性理论,得出该控制器在满足一定条件时,两个相同的混沌系统可以快速达到有限时间同步.这种方法在主从系统的初始值相差很大的情况下可以大大减少控制成本,并且可以并估计同步时间.文章最后用仿真结果验证了所得判据的可行性和有效性.     

变体飞行器链式平滑切换控制

针对变体飞行器在连续变形过程中的高度保持和姿态稳定问题,提出了一种平滑切换状态反馈控制器设计方法.建立了纵向运动的链式平滑切换系统模型,相比于传统的任意切换律和硬切换方案,所提出的模型能够更准确的反映变形过程的运动特性,且降低了设计的保守性.推导了链式平滑切换系统有限时间有界且具有鲁棒性能指标的充分条件,将增稳控制器设计转化为具有线性矩阵不等式组约束的优化问题.所设计的控制器虽然放宽了对系统渐近稳定性的要求,但能够保证系统状态在变形时间段内有界稳定,且兼顾了实际的舵偏响应.控制算例和非线性仿真验证了所提方法的有效性.     

一种带有动态输出反馈控制器的网络控制系统的Markov跳变模型

对于网络控制系统(Networked control systems, NCS)中的随机延迟时变有界, 其上界大于一个采样周期的情况, 建立了带有动态输出反馈控制器的连续时间系统模型. 以此为基础, 应用连续时间系统模型离散化与增广状态空间方法, 建立了受控于有限状态Markov链的离散时间跳变系统模型. 在该系统的稳定性控制器设计中, 给出了一种求内点法的初始可行解的方法, 从而解决了所建模型的可解性问题. 理论分析和车载倒立摆上的仿真计算表明, 由上述模型与改进算法所给出的动态输出反馈控制器能使系统稳定.     

一类线性离散时间系统有限时间控制问题

讨论一类具有时变、有限能量外部扰动的线性离散时间系统的有限时间控制问题.首先研究问题可解的充分条件,并讨论了状态反馈控制器存在的条件,这些条件可归结为基于线性矩阵不等式(LMI)的可解性问题;然后给出状态反馈控制器和输出反馈控制器的具体设计;最后通过仿真验证了该方案的有效性.