含输入饱和的自动驾驶汽车预设性能自适应控制

为了改善含有输入饱和与未知扰动的自动驾驶车辆系统在执行轨迹跟踪任务时的瞬态和稳态性能,考虑到自动驾驶汽车横向和纵向动态的耦合,设计基于滑模控制和预设性能控制的协调控制器。针对可能出现的输入饱和,基于饱和信号设计辅助系统,并在饱和发生时利用辅助系统调整规定的性能边界,使跟踪误差始终遵守性能约束,避免穿越边界引起系统不稳定。利用神经网络对系统中存在的模型误差以及外部扰动进行拟合和补偿,并设计一种基于复合学习的在线更新算法来训练神经网络。通过Lyapunov方法严格证明了闭环系统的稳定性,并通过仿真验证了新提出的辨识和控制方案的有效性。所设计的协调控制器可以在存在强耦合特性、模型不确定性和外部干扰的情况下保证预定的轨迹跟踪性能。     

链式自动化弹仓的自适应模糊滑模控制

在自动化弹仓位置控制过程中,弹仓内弹丸数量的变化会导致系统参数产生较大变化,同时还存在链传动啮合冲击和非线性摩擦等扰动因素,为了解决上述问题,提出一种自适应模糊滑模控制策略.采用自适应算法估计系统参数,减小了系统参数变化的影响;采用模糊逻辑代替传统滑模控制的不连续切换控制项,有效地削弱了抖振.仿真结果表明:该控制策略对系统参数变化和外部扰动不敏感,同时具有较高的控制精度.     

基于扩展状态观测器的链式自动弹仓广义预测控制

为了实现链式自动弹仓的位置跟踪问题,设计了一种将扩展状态观测器和广义预测控制相结合的新的控制策略。在连续时间广义预测控制算法的基础上,设计了广义预测位置控制器;通过扩展状态观测器对弹仓系统的多源扰动进行了估计,利用估计值对广义预测控制器进行了前馈校正,增强了控制器的抗干扰能力,确保了控制系统的稳定。分别在空载、半载和满载3种不同负载工况下对链式自动弹仓进行控制仿真和分析。结果表明：与PID控制相比,提出的控制策略对扰动力矩不敏感,具有更好的鲁棒性,且稳态误差更小,位置控制精度更高。     

基于反推自适应控制的舵机伺服系统设计

基于反推控制理论对飞控系统舵回路进行设计。针对舵机内部参数的不确定性和外部负载力矩的扰动，在构造辅助控制输入时引入积分环节。通过适当选取李雅普诺夫函数，使分步构造的控制输入信号有界，并确保角位置跟踪误差能从所有可能的初始状态收敛。数字仿真结果表明，该设计方法增强了舵回路的鲁棒性并提高了稳态控制精度。     

饱和输入限制下欠驱动自主水下航行器水平面航迹跟踪控制

针对控制输入存在饱和限制的欠驱动自主水下航行器水平面航迹跟踪问题,提出了一种饱和 控制方法。在航迹跟踪误差方程基础上,设计了一种误差信号观测器对原有跟踪误差进行近似,以避免由于跟踪误差直接求导所引起的控制器表达式的复杂化现象;推导得到一种新的误差动力学方程,通过引入一种光滑有界函数作为输入饱和条件的近似,以及一种Nussbaum型偶函数,设计了饱和动力学控制器;根据Lyapunov理论证明了该控制器能够使得自主水下航行器在控制输入饱和限制下,可以实现对任意光滑水平面航迹的跟踪控制,并保证跟踪误差是全局最终一致有界的。仿真实验结果验证了该设计方法是有效的,且对于模型参数误差具有一定的鲁棒性。     

变体飞行器有限时间切换H∞跟踪控制

针对变体飞行器变形过程中的跟踪控制问题,基于切换线性变参数控制理论建立了变体飞行器模型。为了抑制变形过程中控制器切换和不确定性的影响,保证闭环系统有限时间有界同时满足指定的H_∞性能指标,基于模态依赖平均驻留时间方法和多Lyapunov函数方法,提出一种切换有限时间H_∞跟踪控制器的设计方法,并分析了系统的有限时间鲁棒稳定性,通过求解线性矩阵不等式得到控制器存在的充分条件。仿真结果表明,所提方法能够使飞行器系统准确跟踪指令,且对于控制器切换和不确定性具有鲁棒性,降低了控制器设计的保守性。     

基于扰动观测器的机载光电稳定平台自适应指数时变滑模控制

针对考虑载机干扰、摩擦力矩和参数不确定性等扰动因素影响的机载光电稳定平台高精度控制问题,提出了一种基于非线性扰动观测器的自适应指数时变滑模控制方法。该方法利用非线性扰动观测器观测系统的聚合不确定性,用来抵消外界扰动和参数不确定性对系统的干扰。在此基础上,设计自适应指数时变滑模控制器,实现了光电稳定平台伺服系统在残余聚合扰动影响下的期望角位置转动的全局鲁棒控制,该方法不需要确定聚合不确定性的上界信息,同时避免了普通自适应滑模的切换增益过度自适应问题,最终通过李雅普诺夫稳定性定理证明了闭环系统的全局渐近稳定性,系统角位置最终渐近收敛到期望角位置。数值仿真和样机测试结果表明,在外界扰动和参数不确定性的影响下,该方法能够实现系统的高精度角位置控制。     

微型无人直升机自适应路径跟踪控制

针对微型无人直升机惯性参数不确定并受外部扰动的情况,提出了一种新的自适应路径跟踪控制方法。该控制方法采用了双回路结构,外回路结合无人直升机的特点,设计了基于制导律的路径跟踪控制器,通过控制无人直升机升力和姿态完成对期望路径和期望速度的跟踪;内回路设计了基于L₁自适应算法的姿态控制器,经自适应律对惯性参数以及外部扰动进行实施估计和补偿,通过控制无人直升机的力矩达到跟踪期望姿态的目的。双回路控制器能够避免设计欠驱动系统带来的问题和困难,并由时标分离原理,能够证明有惯性参数不确定性和扰动情况下的系统跟踪误差一致有界。最后,对所设计的控制方法进行了数值仿真与飞行实验,验证了控制算法的可行性和性能。     

基于Lyapunov函数的非线性系统自适应容错控制研究

在系统的非线性函数、外界扰动、建模不确定性以及外界未知故障输入上界均未知的情况下，构造了新颖的Lyapunov函数，基于鲁棒白适应观测器设计了新的自适应容错控制器，所设计的自适应控制器可使闭环系统渐近稳定。仿真算例表明了该方法的有效性和优越性。     

自适应模糊小波滑模控制在交流伺服系统中的应用

针对某武器大功率交流伺服系统的位置跟踪问题,提出了一种基于自适应模糊小波神经网络快速终端滑模控制(AFWN-FTSMC)方法。为使控制器的设计不依赖于被控对象的精确数学模型,采用自适应模糊小波神经网络控制器(AFWNC)逼近滑模控制中的等效控制部分,解决了由于系统的不确定性及干扰的存在而不能准确确定等效控制的问题;同时利用自适应PI控制来降低系统的抖动,并采用Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,该方法可以有效抑制抖振,提高系统的瞬态响应性能和控制精度,并且对结构参数不确定性具有很强的鲁棒性。     

控制受限的火箭炮位置伺服系统鲁棒自适应反步控制

针对火箭炮位置伺服系统运行过程中所存在的转动惯量和负载力矩变化大,输入控制 受限等各种不确定因素,提出了一种基于动态面滤波法的自适应鲁棒位置控制器。对于模型中的 不确定参数,采用投影算法进行有效估计,利用鲁棒滑模滤波器简化控制器的设计,引入一个辅助 分析系统来对控制输入限制的影响进行有效分析,同时将辅助分析系统与反步方法结合,通过对模 型的等价变换和选择适当的Lyapunov 函数,给出系统的自适应控制器的设计方法。仿真结果表 明,该方法保证了系统的响应速度和控制精度,对参数摄动及外界负载扰动具有较强的鲁棒性。     

参数自优化的有人与无人车辆编队鲁棒模型预测控制

为解决有人与无人车辆编队中,有人领航车紧急加减速和紧急转向控制输入对无人车跟踪控制的扰动问题,设计了一种参数自优化的有人与无人车辆编队鲁棒模型预测控制算法。通过采集分析历史数据确定控制器扰动的噪声极值,并经过适度放缩得到其鲁棒边界。设计抑制该扰动的局部反馈鲁棒控制器,并通过贝叶斯优化的方法实现鲁棒边界等控制器参数自优化。基于混合整数线性优化的方法预测有人领航车未来轨迹,并设计鲁棒模型预测控制器实现无人车对有人领航车的跟踪控制。仿真和实车试验结果表明：所设计的鲁棒模型预测控制器在跟踪精度方面相比于传统模型预测控制器有明显的提升;同时该控制器有效地抵抗了来自有人领航车紧急加减速和紧急转向控制输入、无人跟随车系统模型不确定性和外部环境的扰动,振荡情况明显改善,提高了系统的鲁棒性。     

舰炮交流伺服系统自适应模糊滑模位置控制

将变结构滑模控制技术和模糊控制技术相结合,提出一种新颖的自适应模糊滑模伺服系统位置控制方法。根据模糊向量设计自适应律计算逼近的模糊函数逼近被控系统的数学模型。根据线性反馈技术设计滑模控制律,并证明了系统的稳定性。模糊滑模控制柔化了控制信号,将不连续的控制信号连续化,减轻或避免了一般滑模控制器的振颤现象。模糊逻辑实现了滑模控制参数的自适应调整,是解决参数不确定时变系统控制的一种新型有效的方法,降低了切换控制的影响,有效地降低了抖动。实验结果表明,采用自适应模糊滑模控制技术设计的位置控制器精度高,响应时间快,有效抑制系统抖动现象,解决了输入信号的滤波问题、运动中负载的扰动问题以及位置控制中参数难以相互协调匹配的难题。     

基于干扰观测器的弹丸协调器电液伺服系统自适应滑模控制

针对弹丸协调器电液伺服系统中存在非匹配不确定性和参数不确定性问题,提出一种基于干扰观测器的自适应滑模控制策略。采用干扰观测器估计系统中的非匹配不确定性,通过Lyapunov稳定性理论证明干扰观测器的稳定性,并将其引入新型积分滑模切换函数的设计中,使控制器能够对非匹配不确定性提供有效补偿,提高控制精度。为了降低系统参数不确定性的影响,在滑模控制器设计中引入自适应律以保证控制器的动态性能,并对控制器的全局稳定性进行了证明。实验结果表明：采用的干扰观测器和自适应律能够准确描述系统特性;基于干扰观测器的自适应滑模控制器能够满足期望轨迹的跟踪要求,使设计的控制器在不同工况下均具有较好的动态跟踪特性和稳态精度,并具有较强的鲁棒性。     

矢量喷管伺服系统联合仿真与控制方案

针对矢量喷管位置伺服系统在实际运行过程中容易受到系统外部扰动导致参数不确定的问题,设计了基于软件接口的机电液系统联合仿真与控制方案,通过SolidWorks、ANSYS、ADAMS、EASY5和Simulink之间数据交换分别建立了矢量喷管伺服机构刚柔耦合动力学模型、液压系统动态模型和滑模控制器,并通过接口实现了矢量喷管位置伺服系统仿真模型的集成。仿真结果证明:采用自适应模糊滑模控制器有效克服了矢量喷管位置伺服系统参数不确定和非线性的影响,实现了对矢量喷管伺服机构的高精度控制。     

输入受限时电机伺服系统渐近跟踪控制

参数不确定性、不确定非线性（特别是非线性摩擦）以及输入受限等非线性问题在电机伺服系统中广泛存在,针对以上诸多问题,建立了包含连续可微摩擦模型的系统数学模型,提出了一种基于误差符号积分鲁棒控制器的新型控制方法。该方法能实现在输入受限时和外干扰作用下的渐近跟踪。采用Lyapunov函数从理论上证明控制器的渐近稳定性。仿真对比结果表明,该控制方法在输入受限时展现了优良的跟踪精度和响应速度,且具有较强的鲁棒性。     

线性跟踪系统Lyapunov函数性质及其应用

研究了线性跟踪系统Lyapunov函数性质,并基于该性质进行控制系统设计研究,给出控制器结构和Lyapunov函数取值估计;首先,以经典三回路为基础建立线性闭环跟踪系统微分方程;在完成系统数学模型的基础上,给出线性跟踪系统Lyapunov函数对时间的一阶导数为非负,二阶导数为非正,即线性跟踪系统Lyapunov函数最大值不是在系统的初始状态而是稳定状态这一论点;进而基于该Lyapunov函数性质对控制系统进行设计和Lyapunov函数取值进行研究;最后通过仿真验证,仿真结果表明所提出的线性跟踪系统Lyapunov函数性质、控制器设计和Lyapunov函数取值估计是正确的。     

基于Lyapunov函数的飞行器高度回路饱和控制器设计

对一类采用过载控制的飞行器的高度控制系统，采用Lyapunov函数方法，进行基于过载受限的饱和控制器设计。该方案使得不同初始状态与控制目的的高度控制系统，均能在输入受限的条件下，收敛到系统原点领域。高度控制系统是一类非线性系统，文中通过构造Lyapunov函数方法，确保了系统的稳定性。由于控制律采用的是饱和控制形式，因此从根本上解决了输入受限问题。最后仿真结果表明了该方案的有效性。     

T-S模糊跟踪控制在飞行器控制回路中的应用研究

针对飞行器控制回路设计中的跟踪问题。给出了采用分布并行补偿控制技术的Takagi-Sugeno模糊控制系统实现无静态误差跟踪的定理。利用线性参变系统二次稳定的充要条件证明了满足某飞行器俯仰通道二次稳定的公共正定矩阵P的存在性，考虑控制输入限制和气动参数在其标称值的30％范围内变化的控制品质．利用Matlab软件的LMI工具箱设计了满足闭环系统二次稳定的T—S模糊跟踪控制器，数字仿真的结果表明所设计的控制器满足总体设计的要求。     

基于改进LuGre摩擦模型的双旋弹丸固定舵翼滚转位置鲁棒自适应控制算法

针对双旋弹丸舵翼滚转位置系统存在非线性摩擦、不确定性参数以及时变扰动等问题,提出一种基于连续可微LuGre摩擦模型的鲁棒自适应控制策略。以基于永磁同步发电机为电磁执行机构的舵翼滚转位置控制系统为研究对象,建立包含改进摩擦模型的系统非线性数学模型。通过对未建模扰动的上界进行自适应估计,在控制器中设计扰动补偿鲁棒反馈项将其补偿,降低扰动对控制性能的影响。对系统不确定性参数、摩擦状态量进行在线自适应估计,并结合摩擦补偿设计自适应控制律,降低系统对参数不确定性和非线性摩擦的敏感度。通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的全局稳定性。仿真结果表明：该方法能准确地对模型参数、非线性摩擦状态以及扰动进行估计和补偿,具有控制精度高、稳定性好和鲁棒性强等优点。