基于非线性干扰观测器的翼伞鲁棒反步跟踪控制

针对干扰条件下的无人翼伞飞行器路径跟踪控制问题,提出一种基于非线性干扰观测器的反馈增益鲁棒反步控制方法.采用二阶跟踪-微分器设计干扰观测器对系统复合干扰进行估计和补偿,设计了反馈增益反步跟踪控制律,通过合理设计增益参数,消除了部分复杂非线性项,避免了虚拟量高阶导数问题,简化了控制器形式.根据Lyapunov理论设计鲁棒反馈补偿项,在保证稳定性的同时提高了系统的鲁棒性.仿真实验结果验证了所提出方法的有效性.     

飞行模拟转台非线性干扰观测器反步滑模控制器设计

本文针对考虑不确定性的飞行模拟转台伺服系统,提出了一种基于非线性干扰观测器的反步全局滑模补偿控制方法。该方法采用反步控制方法设计转速期望虚拟控制,然后利用非线性干扰观测器观测系统不确定干扰,进而对引入非线性干扰观测器的系统设计自适应全局滑模控制器,实现了飞行模拟转台伺服系统期望转角信号的鲁棒跟踪控制,仿真结果表明,该方法控制效果良好,具有很好的工程应用价值。     

一类不确定非线性系统的鲁棒自适应轨迹线性化控制

针对一类不确定非线性系统,研究了一种新的鲁棒自适应轨迹线性化控制方案.利用径向基神经网络的在线逼近能力以及被控对象分析模型的有用信息设计一种径向基神经网络干扰观测器来估计系统中存在的不确定性.观测器输出用于设计补偿控制律抵消不确定性对系统性能的影响,鲁棒自适应控制律用于克服逼近误差.采用Lyapunov方法严格证明了在自适应调节律作用下闭环系统所有误差信号最终有界.最后利用倒立摆系统验证了新方法的有效性.     

基于干扰观测器的一类不确定非线性系统鲁棒H∞控制

为了降低控制器对干扰的要求,基于干扰观测器提出一类多输入多输出不确定非线性系统的鲁棒H∞控制方法．将系统的内部不确定性和外部干扰组成复合干扰,设计基于小波神经网络的复合干扰观测器,并提出干扰观测器的参数调节方案使观测器能以高精度逼近复合干扰．同时在控制器中引入鲁棒控制项用来抑制观测器误差给系统带来的影响,所设计的控制器能使系统的跟踪误差小于一个给定的性能指标．最后给出一个仿真算例验证了本控制方案的有效性．     

近空间飞行器变增益非线性切换控制器设计

针对变后掠翼近空间飞行器大包络、多工作模态和模型不确定的特点,研究其模态切换过程中姿态的鲁棒跟踪控制问题.首先建立含扰动项的飞行器非线性切换模型,基于反步滑模方法和非线性干扰观测器设计鲁棒控制器,通过公共Lyapunov函数理论证明所设计的控制律能够保证闭环切换系统的稳定性;采用变增益切换控制策略为不同飞行模态设计合适的控制增益,用以提高系统的动态性能.仿真结果验证了所提出方法的有效性和必要性.     

面向多源干扰的动力定位船舶精细抗干扰控制

针对动力定位船舶非线性模型以及多源干扰导致的定位不精确问题,考虑不同干扰的特点及其在非线性模型中的响应特性提出一种基于无源精细化扩张状态观测器的鲁棒自适应抗扰控制方法.首先,建立动力定位船舶数学模型和多源干扰模型,并根据系统模型设计无源精细化扩张状态观测器实时估计船舶状态及其所受的多源干扰;然后,在此基础上引入动态面控制技术,在控制律中设计鲁棒自适应项以补偿估计误差;最后,证明该闭环级联系统所有误差信号一致最终有界.对一艘动力定位船舶进行仿真实验,实验结果表明,该方法在干扰估计和状态估计方面均优于传统扩张状态观测器,验证了该控制方法的有效性.     

具有非线性不确定性的高超声速飞行器的 分布式鲁棒反步跟踪控制

本文针对具有外部干扰,参数摄动和非连续未知非线性气动影响的一般高超声速飞行器纵向动力学问题,设计了分布式鲁棒反步跟踪控制器.为了处理复杂的系统,将标准反步控制和信号补偿方法结合起来构成一个"简单"的鲁棒控制器.该方法不仅可以保证闭环系统半全局鲁棒跟踪性能,也可保证系统跟踪误差以期望的收敛速度收敛到期望的误差范围内.最后,带有非线性不确定性,外部干扰和参数扰动的仿真系统说明了该方法的有效性.     

具有非线性不确定性的高超声速飞行器的分布式鲁棒反步跟踪控制（英文）

本文针对具有外部干扰,参数摄动和非连续未知非线性气动影响的一般高超声速飞行器纵向动力学问题,设计了分布式鲁棒反步跟踪控制器.为了处理复杂的系统,将标准反步控制和信号补偿方法结合起来构成一个"简单"的鲁棒控制器.该方法不仅可以保证闭环系统半全局鲁棒跟踪性能,也可保证系统跟踪误差以期望的收敛速度收敛到期望的误差范围内.最后,带有非线性不确定性,外部干扰和参数扰动的仿真系统说明了该方法的有效性.     

考虑测量不确定和输入饱和的充液航天器自适应鲁棒控制

本文研究了三轴稳定充液航天器控制系统中同时存在测量不确定,外部未知干扰,参数不确定和控制输入饱和的鲁棒自适应姿态机动控制问题.建模过程中,将晃动液体燃料等效为粘性球摆模型,采用动量矩守恒定律推导出充液航天器的耦合动力学方程.提出了一种将反步控制方法结合非线性干扰观测器和指令滤波器的鲁棒饱和输出反馈复合控制策略,该控制策略不仅能继承反步控制方法的优点,而且通过引入非线性干扰观测器实现对未知外部干扰,参数不确定以及测量不确定的补偿,还能利用指令滤波器处理控制力矩输入饱和的不利影响.基于Lyapunov稳定性分析方法证明了系统状态变量的渐进稳定性.仿真结果验证了提出控制方法的有效性和鲁棒性.     

一类非线性系统的变结构鲁棒观测器

研究了系统中不确定因素不满足匹配条件且具有外部干扰的变结构鲁棒观测器的设计问题,构造的观测器适用于标称系统是线性定常系统或可化正则型的仿射非线性系统。采用Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数为稳定观测器的判别条件,使观测器在外有部干扰时具有一致最终有界的构造误差。     

四旋翼无人机L1 自适应块控反步姿态控制器设计

针对四旋翼无人机的姿态控制问题,提出一种L1自适应块控反步控制方法.将四旋翼姿态运动模型转化为一类多输入多输出不确定非线性系统的形式;根据该系统严格反馈的结构特点,对外回路设计了块控反步控制器;针对内回路存在的外部干扰和内部参数摄动等不确定性,引入L1自适应控制思想补偿其影响.稳定性分析表明闭环系统内所有信号一致有界.仿真和姿态稳定实验验证了所提控制策略的有效性和鲁棒性.     

Type-2 Fuzzy Adaptive Output Feedback Saturation Control for Photovoltaic Grid-connected Power Systems

The adaptive interval type-2 (IT2) fuzzy output feedback control problem is studied for a single-phase photovoltaic grid-connected power system. The equivalent resistors of the inductors in the system are unknown and the part states are not available. Interval type-2 fuzzy logic systems (IT2FLSs) are utilized to approximate the uncertain nonlinear dynamics, and an IT2 fuzzy state observer is designed to estimate the unavailable states. By introducing a command filter method and using a backstepping control design technique, an IT2 fuzzy output feedback control scheme is investigated, in which the constraint conditions of pulse width modulation are ensured via mean-value theorem. It is proved that all the variables of the closed-loop photovoltaic system are uniformly ultimately bounded. The simulation and comparison results demonstrate the validity of the proposed control scheme.

     

Adaptive fuzzy output-feedback fault-tolerant tracking control of a class of uncertain nonlinear switched systems

ABSTRACT

This paper considers the output-feedback fault-tolerant tracking control problem for a class of uncertain nonlinear switched systems with nonlinear faults and strict-feedback form, where the faults which are nonaffine occur on the actuator. As a kind of specialised function approximating tool, fuzzy logic systems (FLSs), are employed to approximate the unknown smooth nonlinear functions. A switched fuzzy observer is designed to address the problem of unmeasurable states, filtered signals are used to address algebraic loop problem and the average dwell time (ADT) method is further utilised to prove the stability of the resulting closed-loop systems under a type of slowly switching signals. Based on the backstepping recursive design technique and Lyapunov function method, an adaptive fuzzy output-feedback control scheme is developed. The developed control method can ensure all the signals are semi-globally uniformly ultimately bounded (SGUUB) and the system output tracks the reference signal tightly even if unknown fault occurs. A simulation carried on an example demonstrates the validity of the obtained control scheme.     

Output feedback adaptive DSC for nonlinear systems with guaranteed L-infinity tracking performance

In this paper, the problem of output tracking for a class of uncertain nonlinear systems is considered. First, neural networks are employed to cope with uncertain nonlinear functions, based on which state estimation is constructed. Then, an output feedback control system is designed by using dynamic surface control (DSC). To guarantee the L-infinity tracking performance, an initialization technique is presented. The main feature of the scheme is that explosion of complex- ity problem in backstepping control is avoided, and there is no need to update the unknown parameters including control gains as well as neural networks weights, the adaptive law with one update parameter is necessary only at the first design step. It is proved that all signals of the closed-loop system are semiglobally uniformly ultimately bounded and the L-infinity performance of system tracking error can be guaranteed. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed scheme.     

随机非完整链式系统的自适应状态反馈镇定

基于反步技术,对带有不确定非线性项和不确定非线性系数的随机非完整链式系统,设计了自适应状态反馈镇定器.给出了能够保证系统依概率几乎渐近稳定到平衡点的切换控制.最后用仿真验证了控制器的有效性.     

Adaptive robust stabilisation of uncertain nonlinear dynamical systems: an improved backstepping approach

The main purpose of this paper is to propose a design approach by which some simple adaptive robust controllers can be synthesised for a class of uncertain nonlinear dynamical systems which can be transformed into uncertain strict-feedback nonlinear systems. In this paper, an improved backstepping design approach is presented to synthesising a class of continuous adaptive robust state-feedback controllers with a rather simple structure. The improved backstepping design approach can avoid the repeated differentiation problem which appears in using the conventional backstepping algorithm. In particular, it is not required to know the nonlinear upper bound functions of uncertainties. In the light of the presented approach, the state-feedback controllers can be constructed to be linear in the state, with the time-varying control gains which can be self-tuned by the adaptive laws. Similar to the conventional backstepping algorithm, the improved backstepping approach can be extended to a rather large class of uncertain nonlinear systems, and by combining the improved backstepping approach with other control methods, it may be expected to obtain a number of interesting results.     

具有非线性不确定参数的电液伺服系统自适应backstepping控制

针对电液伺服系统中存在非线性不确定参数的问题,提出了一种采用积分型Lyapunov函数的自适应backstepping控制方法.首先定义积分型Lyapunov函数,将电液伺服系统中的非线性不确定参数转化为线性表示;然后逐步递推设计backstepping控制器,同时在控制律中加入阻尼项,从而补偿外界干扰对控制性能的影响;基于Lyapunov稳定性方法,设计了参数自适应律,并且在自适应律中引入充分光滑投影算子,实现对电液伺服系统中不确定参数漂移的抑制作用.搭建了AMESim与MATLAB的联合仿真平台,对所设计的自适应backstepping控制器进行仿真,作为对比,设计了不带有非线性参数估计的自适应backstepping控制器和PID算法.仿真表明,本文所设计的控制器具有良好的跟踪性能和补偿非线性不确定参数变化的能力.     

非匹配不确定系统的显式反步变结构控制

研究非线性多输入多输出不确定系统在非匹配条件下的鲁棒输出跟踪问题.基于相对阶的假设,给出了多输入多输出不确定系统的标准型;进而结合反步设计方法和变结构控制方法,提出一种非匹配条件下非线性不确定系统鲁棒输出跟踪问题的显式反步变结构控制器设计方法.所给跟踪算法不仅只由不确定性的变化范围直接确定,而且有效地克服了现有反步设计算法因隐式递推关系和复杂偏导数计算给实时控制带来的困难.     

控制增益未知的船舶航向非线性自适应跟踪控制

针对参数不确定的船舶运动非线性控制系统控制方向未知的困难,将逆推算法与Nussbaum增益方法相结合,提出一种新的自适应非线性控制策略,从而实现船舶运动航向跟踪控制.首先,从理论上证明了所设计的自适应控制器保证最终的控制系数符号未知的参数不确定船舶运动非线性系统中所有信号一致有界,船舶的实际航向全局自适应地渐近跟踪期望的参考航向.对两条船舶数学模型的仿真实验结果表明,所设计的自适应非线性跟踪控制器具有良好的适应性及鲁棒性.     

基于ELM的永磁直线同步电机位移跟踪动态面反步滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)易受到参数摄动、负载扰动等不确定因素的影响,进而影响其位移跟踪控制精度的问题,提出一种基于非线性干扰观测器(NDO)和极限学习机(ELM)的动态面反步滑模控制方法.首先,通过构造NDO对系统模型中的非匹配不确定项进行动态观测,并将反步控制、动态面控制与滑模控制相结合,完成PMLSM位移跟踪控制器的设计,在提高系统抗干扰能力的同时,避免常规反步控制中的“微分爆炸”问题;其次,采用ELM神经网络对系统模型中的匹配不确定项进行逼近估计,并将输出的估计值引入设计的动态面反步滑模控制器中进行补偿;再次,采用人工鱼群-蛙跳混合算法对所设计控制器的主要参数进行优化设计,提高系统的收敛速度和稳定精度;最后,将所提出控制方法与其他控制方法进行仿真对比,仿真结果表明了所提出方法的有效性.