基于扰动观测器的时滞非线性系统的跟踪控制

研究了具有输入时滞和未知外部扰动的单输入单输出非线性系统的跟踪控制问题. 针对系统中未知扰动,设计了扰动观测器对其进行良好的监测,针对输入时滞问题,采用pade近似和增加中间变量的方法消除其带来的影响. 在系统具有未知外部扰动的情况下,利用反步法和扰动观测器的技术提出了鲁棒跟踪控制. 在基于扰动观测器的鲁棒跟踪控制下,通过李雅普诺夫分析,保证了闭环系统中所有信号的一致渐近收敛性. 最后通过一个仿真实例验证了该控制方法的有效性.     

基于观测器摩擦补偿的机电系统高精度控制

针对机电作动系统在低速阶段摩擦非线性明显且同时存在其他干扰,易导致系统跟踪精度、稳定性下降这一问题,设计基于非线性观测器摩擦补偿的自适应鲁棒控制器. 针对摩擦非线性,利用LuGre摩擦模型描述系统的摩擦现象,提出非线性观测器对模型的内部摩擦状态进行观测. 针对系统摩擦系数、转动惯量及其他不确定性参数,设计参数自适应律进行估计. 利用前馈补偿的方法,对摩擦非线性和参数不确定性进行补偿,设计鲁棒项克服系统的其他扰动. 利用Lyapunov稳定性定理证明了提出的控制器在存在扰动的情况下可以实现系统的有界稳定性. 实验结果表明,提出的控制器具有较高的控制精度与较强的鲁棒性,跟踪精度较传统的PID控制器提高了一个数量级.     

基于反步法的弹性飞翼无人机抗干扰L2增益姿态控制设计

针对存在非线性、强耦合、参数不确定性及外部扰动的大展弦飞翼布局无人机的刚/弹耦合动力学模型,研究了一种基于反步法的弹性飞翼无人机抗干扰补偿L2增益姿态控制方法。首先,基于李雅普洛夫稳定理论,利用指令滤波反步方法设计实际控制量和虚拟控制量,并在反馈中采用自抗扰非线性增益函数提高系统的鲁棒性和动态特性;其次,利用二阶滑模干扰观测器估计系统复合干扰和补偿;最后,引入L2鲁棒项抑制干扰观测器的估计误差对控制精度带来的影响,使得系统满足耗散不等式,闭环系统跟踪误差最终有界稳定。仿真结果表明,该控制方法对模型不确定性、气动弹性、阵风及外扰等影响具有鲁棒性,能够实现高精度的姿态跟踪控制。     

卫星姿态跟踪的模糊滑模控制器设计

针对刚体卫星的姿态跟踪问题,提出了一种模糊滑模变结构控制器设计方法。首先根据由误差四元数和误差角速度描述的跟踪误差动力学和运动学方程,设计了基于李亚普诺夫方法的滑模变结构控制律。为克服滑模控制中存在的固有的抖振问题,采用模糊控制方法设计了切换控制项。最后对卫星姿态跟踪控制系统进行了仿真研究。结果表明,在参数不确定性及外干扰存在时,所设计的控制方案在实现姿态跟踪控制的同时,对于卫星转动惯量的摄动及外部扰动力矩是鲁棒的。     

一类多电机系统鲁棒自适应控制的若干问题

论述了一类具有非线性及耦合特性的多电机鲁棒自适应控制的若干问题。首先论述了问题的背景,叙述了一类典型的多电机系统——三相电弧炉电极调节系统的控制进展,然后对多电机系统控制问题的提法进行了论述。最后讨论了基于反馈线性化方法的多电机系统模型跟踪鲁棒控制的方案。     

三相电弧炉电极调节控制系统的鲁棒自适应控制

讨论了基于反馈线性化的鲁棒控制方法在在非线性系统控制中的应用.应用基于微分几何的反馈线性化方法将单相电极调节系统等价为完全可控线性系统,考虑三相耦合及弧长扰动的影响,设计了鲁棒自适应控制器,进行了MATLAB仿真.结果表明,基于反馈线性化鲁棒控制方法,可以有效克服三相耦合和弧长扰动的影响,在电弧炉电极调节系统控制中有一定的潜力.     

多输入多输出非线性参数系统的鲁棒自适应控制

如何有效地处理输入输出之间的复杂耦合和系统的各种不确定性对多输入多输出非线性参数系统的控制至关重要.通过引入辅助动态信号来刻画未建模动态,采用自适应非线性阻尼的方法抑制参数和非线性不确定性、未知有界扰动、未建模动态和输入输出之间的耦合对系统性能的影响, 并基于控制李亚普诺夫函数法来设计多输入多输出非线性参数系统的鲁棒自适应控制器.所提出的鲁棒自适应控制法不必对系统的未知参数进行估计.理论证明,所提方法保证闭环系统的所有信号一致有界,且通过选择适当的设计参数,可使跟踪误差任意的小.仿真结果例证了所提出控制法的有效性.     

直线伺服系统的变增益零相位H∞鲁棒跟踪控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)直接驱动伺服系统，提出了一种将变增益零相位误差跟踪(VGZPET)控制和H_∞鲁棒控制相结合的鲁棒跟踪控制策略，以解决系统的快速而精确的跟踪性能和抗扰性能之间的矛盾.VGZPETC克服了建模误差、系统参数变化等影响，保证了快速性，使系统实现准确跟踪；而H_∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响，保证了系统具有较强的鲁棒性能.仿真结果表明，该方案具有快速精确的跟踪性能，同时对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.     

一类不确定非线性系统的状态参考自适应滑模控制

针对一类非匹配不确定非线性系统。基于状态参考自适应控制算法和滑模控制策略。提出了状态参考自适应反演滑模控制方案，实现了不确定非线性系统的鲁棒输出跟踪。与现有的控制器设计相比，大大降低了控制系统阶次，允许系统存在非参数化的不确定性和未知扰动，增强了控制系统鲁棒性。仿真算例证明了理论研究成果的正确性和鲁棒性。     

机械臂协调操作柔性负载鲁棒神经网络控制

针对多变量刚柔耦合的双机械臂协调操作柔性负载系统,基于奇异摄动理论研究该系统有限元模型的分解以及轨迹跟踪控制问题.考虑动力学模型的复杂性,通过双时标变换将协调系统分解成表征系统大范围刚性运动的慢变子系统和表征系统弹性振动的快变子系统.基于反演思想在慢变子系统中设计鲁棒神经网络控制策略,实现系统轨迹跟踪性能;针对快变子系统,设计鲁棒最优控制策略抑制系统的弹性振动.仿真研究结果表明,该控制策略增强了系统的跟踪性能和鲁棒性.     

一类离散非线性不确定互联系统的模糊分散控制

对一类离散非线性不确定互联系统给出了模糊状态反馈分散控制设计的方法。设计中，首先采用模糊T—S模型对离散非线性不确定互联系统进行模糊建模，应用并行分布补偿算法(PDC)，给出分散反馈分散控制的设计。基于李亚普诺夫方法，给出了模糊闭环分散系统的稳定性分析。     

预期动态法在四水箱液位控制中的应用

针对实际生产中常见的双输入双输出过程,基于单位反馈闭环控制结构,根据前馈补偿的思想设计全解耦控制器矩阵,结合二自由度PID/PI预期动态法（DDE）鲁棒性强的特性,设计PID/PI解耦控制方案。同时,对于实际中常见的加性和乘性不确定性干扰,分析了控制系统保证鲁棒稳定性的充要条件,给出了基于谱半径判据的判定方法。本文借助英国Feedback 33-040s Coupled Tanks四水箱实验装置,对四水箱液位实时控制设计PI解耦控制器方案。实验结果表明：该方案能够使系统各路输出响应之间实现有效解耦,可对水箱液位进行有效控制,显著地提高了多变量关联系统的控制性能。     

基于干扰观测器的感应直线伺服电机解耦控制

感应直线电机具有结构简单、坚固耐用、适应性强、成本低的特点，因而在各个领域获得广泛应用.但由于感应直线电机是一个非线性、多变量、强耦合的复杂对象，要实现高性能的控制效果，必须对其进行解耦，应用多变量非线性的逆系统理论，通过状态反馈进行动态解耦控制，从而将感应直线电机分解为转速和转子磁链独立的子系统，然后应用线性系统理论进行控制器的设计.为了抑制扰动，采用干扰观测器进行扰动补偿.仿真结果表明，这种控制方案有较好的动态和静态特性及抗扰性.     

基于定量反馈理论的液压机驱动系统复合鲁棒控制

针对液压机驱动系统参数摄动和不确定性的特点,建立了系统数学模型,提出了动梁速度外环控制和压力内环控制的分级复合鲁棒控制策略。外环级应用定量反馈理论,设计了鲁棒性较强的速度跟踪控制器和前置滤波器。内环级设计了基于径向基函数的神经网络扰动观测补偿器,运用Lyapunov稳定性定理证明了提出的干扰观测器对扰动抑制的有效性,可在不确定因素存在的情况下实现期望的系统压力跟踪控制。仿真结果表明：该控制方案对系统不确定性的抑制作用明显,且能提高液压机驱动系统的跟踪性能,具有较好的鲁棒稳定性,可有效实现速度切换瞬态过程的平顺性。     

一类非线性系统的神经网络鲁棒自适应控制

针对一类单输入单输出仿射非线性系统，提出了一类神经网络鲁棒自适应控制。设计过程中，采用RBF神经网络实现对系统中的未知非线性函数逼近，并考虑到存在逼近误差和外部干扰，采用滑模控制实现了系统的鲁棒控制。最后通过MATLAB仿真，证明了该方法的有效性。     

谐波驱动伺服系统的改进自适应鲁棒控制

针对谐波驱动伺服系统存在参数不确定性、干扰及非线性摩擦的问题,考虑位置相关摩擦的特性,提出改进自适应鲁棒控制算法.采用未知参数的正余弦函数组合的形式表征位置相关摩擦的特性,采用库仑-黏性摩擦表征速度相关摩擦力的特性.在期望补偿自适应鲁棒控制算法的基础上,增加自适应律的比例项,提高参数辨识的性能,有效抑制系统高频干扰.理论证明了控制系统的全局稳定性.分别在考虑位置摩擦和未考虑位置摩擦的情况下,采用自适应鲁棒控制、期望补偿自适应鲁棒控制及改进自适应鲁棒控制算法对单自由度机械臂的谐波驱动伺服系统进行实验研究.结果表明,该方法具有良好的控制性能.     

SVC与发电机励磁鲁棒非线性协调控制

针对SVC与发电机励磁的协调控制问题,研究了能够实现干扰抑制的鲁棒非线性协调控制律.首先针对一类多输入非线性系统,通过耗散不等式的递推设计,提出了一种L2增益意义下的干扰抑制方法,得到实现干扰抑制的控制律.然后考虑电力系统的强非线性和不确定性,建立了带有干扰项的SVC与发电机励磁系统非线性模型.二者相结合提出了一种新的SVC与发电机励磁的鲁棒非线性协调控制律.单机无穷大系统情况下的仿真结果表明,提出的控制律可有效抑制干扰的影响,提高电力系统暂态稳定性.     

Robust adaptive control for a class of uncertain non-affine nonlinear systems using neural state feedback compensation

A robust adaptive control is proposed for a class of uncertain nonlinear non-affine SISO systems. In order to approximate the unknown nonlinear function, an affine type neural network(ATNN) and neural state feedback compensation are used, and then to compensate the approximation error and external disturbance, a robust control term is employed. By Lyapunov stability analysis for the closed-loop system, it is proven that tracking errors asymptotically converge to zero. Moreover, an observer is designed to estimate the system states because all the states may not be available for measurements. Furthermore, the adaptation laws of neural networks and the robust controller are given based on the Lyapunov stability theory. Finally, two simulation examples are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed control method. Finally, two simulation examples show that the proposed method exhibits strong robustness, fast response and small tracking error, even for the non-affine nonlinear system with external disturbance, which confirms the effectiveness of the proposed approach.     

一类中立非线性系统的未知参数谐波扰动补偿

对于一类受到外部未知参数谐波信号干扰下的中立非线性不确定系统,提出了一种基于自适应前馈补偿的控制器设计方法。首先设计非线性观测器将未知扰动估计问题转换为参数辩识问题,并在前馈通道对扰动进行抵消,其次设计具有鲁棒性能的状态反馈控制器来抑制未建模动态,从而在外部扰动和模型参数不确定同时作用下,使系统具有较好的控制性能。对二关节机械臂的仿真证明该方法的有效性。